Füllstand, Durchfluss und Druck in Lebensmittel- und Getränkebetrieben: Prozesssensorik vom Tank bis zur Reinigung

In einer Brauerei, einer Molkerei oder einem Saftbetrieb wird vieles gemessen, bevor die erste Flasche den Füller verlässt. Wie voll ist der Glykoltank, reicht das Mehl im Silo bis zur nächsten Lieferung, fließt im Sudhaus die richtige Menge Mischwasser, und kommt das Additiv an der Bandschmierung tatsächlich an? Solche Fragen stellen Instandhalter, Prozess- und Energieingenieure sowie Maschinenbauer, die Filtrations-, Wasch-, Misch- und Brauanlagen für Lebensmittelhersteller liefern. Dieser Leitfaden folgt dem Medium durch den Betrieb: gelagert in Tank und Silo, bewegt in der Leitung, dosiert und gereinigt, versorgt mit Druckluft, Gas und Vakuum. Zwei Abschnitte am Ende behandeln die Hygiene als Auslegungskriterium und das mobile Messen vor einer Investition. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen und beschreiben Aufgaben und Anforderungen, keine laufenden Anlagen.

Wichtige Punkte im Überblick

Die Trennlinie verläuft durch das Objekt: Die Füllung der einzelnen Flasche prüft eine eigene Station am Füller, die Prozesssensorik gilt dem Behälter, aus dem der Füller zieht, der Leitung, die ihn speist, und dem Druck dahinter.
In den meisten dokumentierten Aufgaben sitzt der Sensor außerhalb des Mediums, deshalb steht am Anfang oft die Frage, ob die Leitung überhaupt geöffnet werden muss.
Für Tank und Silo ist der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR vorgesehen, dessen Nahbereichsmodelle bis 1,5 m und dessen Fernbereichsmodelle bis 20 m erfassen.
Über die Hygiene wird je Messstelle entschieden: Das stärkste Argument der anklemmbaren Durchflusssensoren ist kein Zertifikat, sondern die Bauweise ohne Kontakt zum Medium und ohne Öffnen der Leitung.
Weil ein anklemmbarer Sensor ohne Eingriff in die Leitung auskommt, taugt er als Messwerkzeug auf Zeit, mit dem sich ein Messpunkt erst belegen und danach fest auslegen lässt.

Nicht die Flasche, sondern das Medium: wo Prozesssensorik beginnt

Die Trennlinie dieses Themas verläuft durch das Objekt. Ob eine einzelne Flasche genug Inhalt hat, prüft die Station am Auslauf des Füllers, und das gehört zur Anwesenheits- und Vollständigkeitsprüfung. Wie hoch die Füllung als Messwert mit Toleranz steht, beantwortet die Maßprüfung in der Abfüllung. Hier geht es um den Behälter, aus dem der Füller zieht, um die Leitung, die ihn speist, und um den Druck dahinter. Wird die Füllmenge je Zyklus über den Durchfluss überwacht, gehört auch das in diesen Artikel; die Kontrolle an der Flasche bleibt eine eigene Station.

In den meisten dokumentierten Aufgaben sitzt der Sensor außerhalb des Mediums: Er misst von oben auf die Oberfläche im Tank, ist außen auf ein Rohr oder einen Schlauch geklemmt oder liest die Druckluft in einer Versorgungsleitung. Deshalb steht am Anfang oft nicht die Frage, welches Messgerät mit dem Produkt in Berührung kommen darf, sondern ob die Leitung überhaupt geöffnet werden muss.

Im Tank und im Silo: Füllstand und Überfüllsicherung ohne Schwimmer im Produkt

Schwimmer, Grenzstandgabeln, Sonden und Waagen sind in vielen Betrieben vorhandene Messtechnik. Die dokumentierten Anwendungen zielen auf eine Messung von oben, die nichts in das Medium bringt. Gemessen werden soll der Füllstand in einem Molketank bei einem Hersteller von Filtrationsanlagen für Molkereien, ebenso Glykol in einer Brauerei und kleine Silos in einer anderen Brauerei. Große Silos waren dort kein Thema, weil der Umbau für eine neue Öffnung zu aufwendig wäre. Das ist die typische Grenze am geschlossenen Edelstahlbehälter: Der Sensor braucht einen vorhandenen Stutzen oder den Deckel.

Ein Tank von etwa 12 m Höhe braucht eine Überfüllsicherung. Ein Weinbetrieb sucht eine einfache Füllstandserkennung gegen das Überlaufen. Für Mehl in einer Tiernahrungsproduktion soll der Füllstand an mehreren Stellen erfasst werden.

Schwierige Oberflächen gehören früh in die Planung. Kohlensäurehaltiges Mineralwasser bildet bei erhöhter Temperatur in einem Mischtank von etwa 1,5 m einen Strudel. In einem Getränkebetrieb steht auf einem Klärbecken Schaum aus Erfrischungsgetränken. Schaum stört grundsätzlich jede Messung, die von oben auf die Oberfläche zielt.

Für diese Aufgaben ist der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR vorgesehen. Die Nahbereichsmodelle erfassen bis 1,5 m und eignen sich damit für kleine Silos, Tagesbehälter und mobile Tanks, die Fernbereichsmodelle reichen bis 20 m und decken auch den hohen Tank ab. Die Linse besteht bei allen Modellen aus PTFE. Schaum und anhaftendes Material berücksichtigt der Katalog im Mindestabstand zum höchsten Füllstand. Die Anzeigeeinheit lässt sich vom Sensorkopf trennen und bis 30 m entfernt montieren, sodass der Füllstand am Tankfuß abzulesen ist.

In der Leitung: Durchfluss von außen messen, ohne das Rohr zu öffnen

Ein anklemmbarer Sensor misst durch die Rohrwand. Die Leitung wird nicht aufgetrennt, das Medium nicht berührt, und der Sensor lässt sich umsetzen. In den dokumentierten Anwendungen geht es um Wasser, Bier, Saft, Rahm und Kühlmedium. Eine Mischwasserleitung im Sudhaus aus Edelstahl, DN40, führt 90 bis 110 hl/h und verlangt Zählimpuls und 4-20-mA-Signal. Ein Filtrationsanbieter, der zahlreiche Brauereien beliefert, will den Durchfluss in der Bierfiltration am Schlauch erfassen.

An einem Metallrohr in einer Filtrationsabteilung wurde ein angeklemmter Sensor mit positivem Ergebnis getestet. Ein Hersteller von Käsearomen will den Durchfluss von Rahm erfassen, der von Tank zu Tank gepumpt wird. In einer Saftlinie nach dem UHT-Wärmetauscher wird der Durchfluss zum Füller bisher aus der Pumpensteuerung abgeleitet, gereinigt wird bei etwa 85 °C.

Für Rohre und Schläuche kommt ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-H in Frage. Das Standardmodell arbeitet bis 85 °C Rohroberflächentemperatur und liefert über einen integrierten Temperatursensor auch die Temperatur. Die Hochtemperaturausführung reicht bis 180 °C, die Schlauchausführung bis 100 °C an weichen Kunststoffrohren und allen Schläuchen. Für größere Nennweiten deckt ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-R den Bereich DN40 bis DN200 bei Medientemperaturen von -20 bis +120 °C ab, ebenfalls mit Temperaturüberwachung.

Grenzen gehören dazu. Ein anklemmbarer Sensor hat je Rohrgröße einen Höchstdurchfluss. In einer Anwendung aus dem Brauereianlagenbau sollen 400 l/min über eine Leitung von 30 mm fließen, während die Modellreihe FD-H für die 1-Zoll-Ausführung 200 l/min als Nenndurchfluss nennt. Ein magnetisch-induktives Messprinzip wiederum braucht Leitfähigkeit und passt deshalb nicht zu vollentsalztem Wasser.

Dosieren und Reinigen: Lauge, Additive und Desinfektion im Blick

Ob etwas fließt, wird am häufigsten bei Medien gefragt, die niemand sieht. Ein Lieferant von Wasch- und Schmierchemie hat in einer Brauerei anklemmbare Durchflusssensoren der Modellreihen FD-X und FD-H an Schlauch und Rohr für die Bandschmierung und die Additivdosierung getestet, und die Tests verliefen positiv. Bei einem Abfüller kommt der Füllstand in Tanks mit Lauge, Säure und Additiven hinzu.

Eine Rostschutzdosierung in einer Brauerei wird heute nicht überwacht. Ein kleiner Hersteller von Waschanlagen für Lebensmittel und Getränke will seine Leitungen und IBC-Tanks überwachen. Am Rand der Aseptik steht ein Konzept: Bei der Sterilisation von Preforms mit Wasserstoffperoxid-Dampf soll erkannt werden, ob der Dampf ankommt, denn ein gerissener Schlauch hätte unsterilisierte Preforms zur Folge. Welche Geräteklasse das leistet, ist offen.

Kleine Dosiermengen am Schlauch erfasst ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-X, dessen kleinster Momentandurchfluss bei 0,1 ml/min liegt, mit der Schutzart IP68G. An Schläuchen und Rohren für Schmiermittel und Lauge arbeitet der Durchflusssensor der Modellreihe FD-H. Die Tanks mit Reinigungs- und Dosiermedien überwacht der Radar-Füllstandssensor; ob ein Modell zum jeweiligen Medium passt, ist vor der Auswahl im Katalog zu klären.

Druckluft, Gase und Vakuum: Verbrauch je Linie sichtbar machen

Druckluft ist keine Besonderheit der Lebensmittelbranche, doch die Aufgaben tragen ihre Handschrift. Ein Betrieb mit mehr als einem Dutzend Linien hat gerade eine Leckagesuche mit Ultraschall abgeschlossen und will nun den Verbrauch je Linie dauerhaft sehen. Ein Energie- und Umweltauditor will den Leckageverbrauch vor und nach der Reparatur vergleichen. An einer Ventilsteuerung im Außenbereich ist Leckage der Anlass zum Messen. Im Eisspeicher einer Brauerei sollen Druck und Temperatur des Ammoniaks überwacht werden.

Die Energie-Management-Einheit der Modellreihe MP-F erfasst Gase und elektrische Energie und enthält eine Taupunktfunktion; ein Durchflusssensor ist sie nicht. Für den Vergleich vor und nach einer Reparatur und für mobile Messungen an Luft- und Gasleitungen ist ein Anklemmbarer Durchflusssensor für Druckluft und Gase der Modellreihe FD-G vorgesehen. Wo Durchfluss und Druck an einem Punkt gebraucht werden, etwa an Sauggreifern und kleinen Luftleitungen, misst ein Kombinierter Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP beides gleichzeitig.

Hygiene als Auslegungskriterium: ohne Medienkontakt messen, Hygienemodell nur, wo es gebraucht wird

In einer Anwendung aus dem Molkereianlagenbau steht sinngemäß, die Hygiene sei das größte Thema. Ein mobiler Tank von gut tausend Litern nach Lebensmittelstandard, mit 40 bis 90 °C und Dampf, braucht auch eine Anzeige vor Ort. Wie genau Betreiber hinschauen, zeigen zwei weitere Anwendungen. An einer Sirup-Pasteurisierung müssen Sensoren den dortigen Vorgaben für die Lebensmittelproduktion entsprechen. Für ein Rohrleitungssystem verlangt der Betreiber für einen Drucksensor mit Produktkontakt ein Lebensmittelzertifikat, und an den doppelwandigen Rohren ist ein Anklemmen nicht nutzbar.

Das stärkste Argument der anklemmbaren Durchflusssensoren ist deshalb kein Zertifikat, sondern die Bauweise: kein Kontakt zum Medium, kein Öffnen der Leitung. Die Schutzarten unterscheiden sich je Modellreihe. Die Modellreihe FD-H hat IP65/IP67, die Modellreihe FD-R IP65/67 und IP69K. Beim Radar-Füllstandssensor haben die Standardmodelle IP67, IP67 und IP69K hat nur das Hygienemodell FR-LS20. Laut Katalog ist es für den Einsatz in hygienischen Bereichen zertifiziert und erfüllt die Vorgaben der EC 1935/2004; seine Anschlusstemperatur reicht bis +100 °C, bei den übrigen Modellen bis +85 °C.

Ebenso deutlich benennen die Anleitungen, was nicht gilt. Die Geräte der Modellreihen FD-G, FD-R und MP-F sind nicht nach den Sicherheitsvorschriften für Lebensmittel beziehungsweise Medizinprodukte ausgelegt. FD-G, FD-R und MP-F dürfen auch nicht als geeichte Messgeräte im geschäftlichen Verkehr eingesetzt werden. Eine pauschale Hygienefreigabe gibt es damit nicht, entschieden wird je Messstelle.

Mobil messen vor dem festen Einbau: Service, Inbetriebnahme und Datenexport

Weil ein anklemmbarer Sensor ohne Eingriff in die Leitung auskommt, taugt er auch als Messwerkzeug auf Zeit. Ein Pumpeninstallateur für Lebensmittel- und Pharmabetriebe hat die Modellreihe FD-H mit gutem Ergebnis erprobt; für den Gasdurchfluss im Service kommt dort die Modellreihe FD-G in Frage. In einem weiteren Betrieb kommt ein Durchflusssensor der Modellreihe FD-R in DN80 oder DN100 als mobiles Messgerät in Frage. In einem Brauereibetrieb soll am Brunnen mobil gemessen und per USB ausgewertet werden. Der Durchflusssensor der Modellreihe FD-H speichert Messdaten ein Jahr lang und exportiert sie per USB. So lässt sich ein Messpunkt erst belegen und danach fest auslegen.

Häufige Fragen

F Worin unterscheidet sich die Füllstandsmessung im Tank von der Füllhöhenkontrolle an der Flasche?

Die Füllstandsmessung gilt dem Prozessbehälter, also Tank, Silo, Tagesbehälter oder mobilem Tank, oft mit Überfüllsicherung. Die Füllhöhenkontrolle prüft jede gefüllte Einheit am Auslauf des Füllers, als i.O./n.i.O. oder als Messwert. Wird die Füllmenge je Zyklus über den Durchfluss überwacht, ist das Prozesssensorik, die Kontrolle an der Flasche bleibt eine eigene Prüfung.

F Kann ein anklemmbarer Durchflusssensor eine geeichte Messung ersetzen?

Die Anleitungen der Modellreihen FD-G und FD-R schließen den Einsatz als geeichtes Messgerät im geschäftlichen Verkehr ausdrücklich aus. Die dokumentierten Anwendungen zielen auf Überwachung, Zählimpulse und Fehlersuche, bei denen eine ausreichende Genauigkeit genügt. Ein Anbieter aus der Bierfiltration hält ebenfalls fest, der Sensor sei kein Ersatz für geeichte Modelle.

F Welche Füllstands- und Durchflusssensoren haben die Schutzart IP69K?

Beim Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR hat nur das Hygienemodell FR-LS20 neben IP67 auch IP69K, die Standardmodelle haben IP67. Bei den anklemmbaren Durchflusssensoren hat die Modellreihe FD-R IP69K, die Modellreihe FD-H IP65/IP67. Eine pauschale IP69K-Aussage für alle Prozesssensoren gibt es nicht.

F Wie misst man den Füllstand, wenn auf der Oberfläche Schaum steht?

Schaum stört Verfahren, die von oben auf die Oberfläche messen, und gehört deshalb früh in die Planung. Der Katalog des Radar-Füllstandssensors berücksichtigt Schaum und anhaftendes Material im Mindestabstand zum höchsten Füllstand. Ob die Messung bei Strudel, Kondensat oder Dampf stabil bleibt, klärt ein Test am realen Tank.

F Was misst die Energie-Management-Einheit der Modellreihe MP-F?

Sie erfasst Gase und elektrische Energie und enthält eine Taupunktfunktion. In einer dokumentierten Anwendung soll sie nach einer Leckagesuche den Druckluftverbrauch je Linie sichtbar machen. Ein Durchflusssensor ist sie nicht; für den Durchfluss in Druckluft- und Gasleitungen ist die Modellreihe FD-G vorgesehen.

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