Füllstand in Dekantier-, Reinigungs- und Vorratsbehältern: Radar-Füllstandssensoren in der Pharma- und Medizinproduktion

In einem Dekantier-, Reinigungs- oder Vorratsbehälter einer Pharma- oder Medizinproduktion soll möglichst nichts in das Medium ragen, was nicht zum Prozess gehört, und für einen Blick auf den Stand soll niemand den Behälter öffnen müssen. Dieser Beitrag richtet sich an Prozess- und Instandhaltungsingenieure bei Herstellern von Arzneimitteln, Medizinprodukten und Medizinverpackungen sowie an Hersteller von Isolatoren und Sondermaschinen für die Pharmaindustrie. Er geht die dokumentierten Behälter der Reihe nach durch, vom großen Dekantiertank bis zum Trichter mit Tabletten, und endet mit den Angaben, die vor einem Test feststehen sollten. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen, an einer davon verlief ein Test bereits sehr gut; eingebaut ist in keinem der Fälle ein Sensor. Durchfluss von Pharmawasser, den Wasserstand der Waschanlage und das Dosieren in der Maschine behandeln eigene Beiträge dieser Reihe.

Wichtige Punkte im Überblick

Am Füllstand lässt sich auch das Ende eines Prozessschritts ablesen, etwa wenn sich nach dem Ansetzen einer Natriumchloridlösung über bis zu rund 100 Stunden Rückstand absetzt und bisher jemand durch ein Sichtfenster schaut.
Vor einem Test ist festzulegen, ob der Abschluss an einem Grenzwert oder am Verlauf über die Stunden abgelesen wird, denn davon hängen Ausgang und Auswertung in der Steuerung ab.
An den Behältern der chemischen Reinigung eines Herstellers von Medizinverpackungen mit rund einem Dutzend Messstellen verlief ein Test mit dem Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR sehr gut.
Bei vielen Messstellen lohnt es sich, die Behälter vor der Auslegung nach Höhe, Einbau und Medium zu gruppieren, damit dieselben Einstellungen und Grenzwerte für mehrere Stellen gelten.
Zwischen den Nahbereichsmodellen bis 1,5 m und den Fernbereichsmodellen bis 20 m entscheidet die Höhe des Behälters vom Deckel bis zum Boden.

Dekantieren über viele Stunden: das Ende eines Prozessschritts am Füllstand erkennen

Füllstand ist nicht nur eine Frage von voll oder leer. In einer dokumentierten Anwendung wird in einem großen Tank eine Natriumchloridlösung angesetzt, danach setzt sich ungelöster Rückstand als weißer Bodensatz ab. Das dauert bis zu rund 100 Stunden, und bisher prüft jemand den Stand durch ein kleines Sichtfenster. Gesucht ist eine Messung, die das Ende des Dekantierens ohne diesen Blick anzeigt.

In Frage kommt das Chemiemodell des Radar-Füllstandssensors der Modellreihe FR, ein Fernbereichsmodell bis 20 m, mit Blick auf die Pharmaanwendung und den großen Tank; eine Zulassung ist damit nicht verbunden. Vor einem Test lohnt es sich festzulegen, an welchem Wert der Abschluss des Schritts abgelesen werden soll, etwa an einem Grenzwert oder am Verlauf über die Stunden, denn davon hängt ab, welcher Ausgang und welche Auswertung in der Steuerung gebraucht werden.

Desinfektionsmittel am Isolator: Füllstand im Vorratsbehälter

Ein Hersteller von Isolatoren für eine sterile Arbeitsumgebung dosiert Desinfektionsmittel aus einem Behälter. Für dessen Füllstand kommt der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR in Frage. Bisher setzt der Hersteller kapazitive und Ultraschallsensoren ein. Wie das Desinfektionsmittel aus dem Behälter in den Isolator dosiert wird, ist eine eigene Aufgabe; hier geht es nur um den Vorrat.

Für den Behälter am Isolator zählt, dass kein Teil des Sensors in das Desinfektionsmittel ragt und der Behälter nicht geöffnet werden muss, um den Stand zu sehen. Welches Modell der Modellreihe passt und wo es über dem Behälter sitzt, hängt von Größe und Aufbau des Behälters ab und ist am konkreten Isolator zu klären.

Reinigungsbehälter in der Medizinverpackung: viele Messstellen mit gleichen Bedingungen

Ein Hersteller von Medizinverpackungen betreibt eine chemische Reinigung mit mehreren Behältern. Rund ein Dutzend Füllstandsmessstellen kommen dort zusammen. Ein Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR wurde an diesen Behältern getestet, und der Test verlief sehr gut. An denselben Stellen ist außerdem der Durchfluss eine Aufgabe, für die Anklemmbare Durchflusssensoren der Modellreihe FD-X in Frage kommen.

Bei so vielen Messstellen lohnt es sich, vor der Auslegung die Behälter zu gruppieren: gleiche Höhe, gleicher Einbau, gleiches Medium. Wo die Bedingungen übereinstimmen, lassen sich dieselben Einstellungen und Grenzwerte verwenden, statt jede Stelle neu festzulegen. Die Behälter mit abweichender Höhe oder anderem Reinigungsmedium bleiben dann die Stellen, die einzeln geprüft werden. Weil es sich um chemische Reinigungsmedien handelt, sagt dabei der Test mit dem realen Medium mehr als eine Werkstofftabelle.

Wassertank, Sondermaschine und Tablettentrichter: weitere Füllstandsaufgaben

Ein Hersteller medizinischer Textilien will den Füllstand eines Wassertanks erfassen, der die ganze Produktion versorgt. Ein Sondermaschinenbauer für die Pharmaindustrie hat in seinen Maschinen bereits Füllstandsmesstechnik; als Alternative dazu kommt der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR in Frage.

Feststoffe im Trichter einer Pharmamaschine sind eine eigene Aufgabe. Für Tabletten in einem solchen Trichter sind zwei Prinzipien denkbar: ein Radar-Füllstandssensor und ein Allzweck-Lasersensor der Modellreihe LR-T mit sichtbarem Lichtpunkt. Er misst den Abstand über die Lichtlaufzeit, je nach Ausführung von 60 bis 2.000 mm oder bis 5.000 mm. Offen ist, wie sich der Staub im Trichter auf die Messung auswirkt. Auch im Prüflabor eines Herstellers von Sterilisationsmaschinen ist ein Füllstand zu messen, für den ein Allzweck-Lasersensor der Modellreihe LR-T in Frage kommt.

Vor dem Test: Behälterhöhe, Einbauort und Medium festlegen

Ob ein Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR zu einem Behälter passt, lässt sich mit wenigen Angaben eingrenzen, die meist schon vor der Auswahl bekannt sind. Die erste ist die Höhe. Die Nahbereichsmodelle sind auf Abstände bis 1,5 m ausgelegt, die Fernbereichsmodelle auf bis zu 20 m; zwischen beiden Gruppen entscheidet also, wie hoch der Behälter vom Deckel bis zum Boden ist. Soll der Stand am Fuß eines hohen Tanks oder an einem Bedienplatz abgelesen werden, kommt die abgesetzte Anzeigeeinheit in Frage, die es nur bei den Fernbereichsmodellen gibt.

Die zweite Angabe ist der Einbauort. Gemessen wird von oben bis zur Oberfläche, deshalb zählt, was zwischen Deckel und Medium liegt: Zuläufe, Stutzen, Leitungen. Der schmale Strahl der Modellreihe kann an solchen Hindernissen vorbeisehen, wenn der Einbauort passend gewählt ist. Eine Skizze mit Durchmesser, Lage der Stutzen und Einbauten erspart später die Suche nach der richtigen Stelle.

Die dritte Angabe ist das Medium. Der Katalog ordnet Medien nach ihrer relativen Permittivität ein: ab 3 als Flüssigkeit, darunter als ölige Flüssigkeit, erfassbar ab 2. Wer diesen Wert für sein Reinigungsmittel, seine Lösung oder sein Desinfektionsmittel kennt, kann die Einordnung vorab vornehmen; sonst klärt sie der Test. Die Linse ist bei allen Modellen aus PTFE. Eine pauschale Beständigkeitsaussage für jedes Medium enthält der Katalog nicht, und ob Werkstoffe und Messung zum eigenen Medium passen, zeigt erst der Versuch mit dem realen Stoff.

Zuletzt die Auswertung. Genügt ein Grenzstand, etwa ein Signal kurz vor leer an einem Vorratsbehälter, oder wird der Füllstand fortlaufend gebraucht, wie beim Dekantieren über viele Stunden? Davon hängt ab, welcher Ausgang an die Steuerung geht und wie viele Schaltpunkte festgelegt werden. Mit diesen vier Angaben lässt sich vorab klären, welches Modell in Frage kommt.

Häufige Fragen

F Welche Messbereiche haben die Radar-Füllstandssensoren der Modellreihe FR?

Die Nahbereichsmodelle erfassen bis 1,5 m, die Fernbereichsmodelle bis 20 m. Bei Fernbereichsmodellen lässt sich die Anzeigeeinheit vom Sensor trennen und bis 30 m entfernt montieren. Welches Modell an einem Behälter passt, hängt neben der Höhe vom Einbauort und den Bedingungen der Anlage ab.

F Wo sitzt der Sensor über dem Behälter?

Der Sensor sitzt im Deckel oder an einem Stutzen über dem Medium und braucht freie Sicht auf die Oberfläche. Er arbeitet mit einem schmalen Strahl, der an Hindernissen im Behälter vorbeisehen kann. Welche Stelle am eigenen Behälter passt, zeigt ein Test vor Ort.

F Gibt es ein eigenes Modell für Chemikalien?

Ja, im Fernbereich gibt es ein Chemiemodell bis 20 m, im Nahbereich ein Kompakt-/Chemiemodell bis 1,5 m. Für einen Dekantierbehälter mit Natriumchloridlösung kommt es in Frage. Eine pauschale Beständigkeit gegen jede Säure oder Lauge sagt der Katalog nicht zu, das eigene Medium gehört in den Test.

F Lässt sich der Füllstand von Tabletten im Trichter messen?

In Frage kommen ein Radar-Füllstandssensor und ein Allzweck-Lasersensor der Modellreihe LR-T, der mit sichtbarem Lichtpunkt arbeitet und den Abstand über die Lichtlaufzeit misst. Wie sich Staub auf die Messung auswirkt, zeigt ein Test am realen Trichter.

F Muss für die Füllstandsmessung ein Teil in das Medium ragen?

Nein. Der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR sitzt über dem Medium und misst berührungslos. Das ist in den dokumentierten Anwendungen der Grund, warum er für Dekantier-, Reinigungs- und Desinfektionsmittelbehälter in Frage kommt. Der Behälter bleibt geschlossen, und am Medium selbst ändert sich nichts.

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