Grenzwertmessung mit elektromagnetischen Wellen
Was Kaffeeliebhaber an ihrem Latte Machiato so schätzen, ist die dicke Schicht Milchschaum, die das Heissgetränk krönt. In der Lebensmittelindustrie ist Schaumbildung unerwünscht.
Produkteneuheiten
In vielen Prozessen in der Lebensmittelindustrie jedoch ist Schaumbildung eine unliebsame Begleiterscheinung, die vor allem dann problematisch wird, wenn sie die Füllstandsmessung beeinträchtigt. Im Idealfall blenden die Sensoren die Schaumbildung aus, wie etwa der durch elektromagnetische Wellen angesteuerte Grenzwertschalter FlexLevel Switch, der erst beim Erreichen der tatsächlichen Füllmenge reagiert.
Bei der Überwachung von industriellen Prozessen oft zu einer schwierigen Herausforderung, etwa in der Brauindustrie, der Fruchtsaftproduktion oder in der Milchverarbeitung. Eine der häufigsten Anwendungen in der Prozessindustrie ist die punktuelle Füllstandserfassung. Hierfür gibt es eine Reihe von Grenzwertschaltern, die auf unterschiedlichen Technologien basieren. Welche Technologie am besten geeignet ist, hängt vom Einsatzgebiet und somit von den Anforderungen der Branche ab. Insbesondere in der Pharma-, Nahrungsmittel- oder Getränkeindustrie müssen höchste hygienische Standards eingehalten werden. Hier sind Zulassungen wie 3A, EHEDG und FDA unerlässlich, die in Bezug auf Konstruktion, Werkstoff und Ausführung die Hygienetauglichkeit der Produkte bescheinigen.
In vielen Prozessen aus diesen Bereichen bildet sich Schaum an der Oberfläche des Füllstandspegels, den ein gewöhnlicher Füllstandschalter miterfasst und somit schaltet, obwohl die gewünschte Füllmenge noch nicht erreicht ist. Für genau solche Anwendungen bietet Baumer den Grenzwertschalter FlexLevel Switch an, der speziell für den Einsatz im hygienischen Bereich entwickelt wurde. Mithilfe des Konfigurationstools FlexProgrammer 9701 bietet er die Möglichkeit, die Empfindlichkeit und die Reaktionszeit einzustellen. In Anwendungen wie in der Brauindustrie, bei denen Prozesstechniker häufig mit Schaumbildung zu kämpfen haben, lässt sich der Schaum somit sehr einfach ausblenden.
Der Sensor reagiert erst, wenn die tatsächliche Füllmenge erreicht ist. Dadurch lassen sich Fehlermeldungen vermeiden, die durch falsche Minimum-/Maximum-Füllstandsanzeigen verursacht werden und zu Stillstandzeiten der Anlage während des Produktionsprozess führen. Die Produktivität der Anlage lässt sich somit steigern.
Von der Sensorspitze des FlexLevel Switches wird ein hochfrequentes elektromagnetisches Signal in den Tank ausgesendet. Das Medium hat die Funktion eines virtuellen Kondensators und bildet zusammen mit einer Spule im Sensorkopf einen Stromkreislauf, der das Signal für den Schaltpunkt erzeugt. Diese virtuelle Kapazität hängt vom dielektrischen Wert des Mediums ab und ist für die meisten Medien gut zu unterscheiden. Die Schaltfunktion, ob Schliesser oder Öffner, kann durch die Veränderung der Anschlussart oder mithilfe des FlexProgrammers 9701 realisiert werden. Es lassen sich verschiedene Ausgangssignale (PNP, NPN und ein digitales Signal) über die Programmiereinheit wählen. Verändert sich der Füllstand eines Mediums, wie zum Beispiel beim Befüllen eines Behälters, kann eine Dämpfung des Ausgangssignals aktiviert werden.
Der Vorteil dieser Messtechnologie ist, dass nur ein kleiner kegelförmiger Stutzen in das Medium ragt, an dem dieses nur schwer anhaften kann, während es bei anderen Messmethoden oft grössere Flächen notwendig sind, an denen insbesondere pastöse oder klebrige Medien leicht haften bleiben und zu einer Fehlfunktion führen können.
Eine spezielle 3A-Einschweissmuffe sorgt für die hygienegerechte Integration in den Prozess und bietet mithilfe einer Seitenbohrung den Vorteil, dass eine Undichtigkeit durch das Auslaufen von Prozessflüssigkeit sichtbar wird.
Die 3A-Zulassung des Geräts ist nur in Verbindung mit einem 3A-Gegenstück – in diesem Fall der Einschweissmuffe – und der korrekten Einbauposition gültig. Alle Bauteile des Sensors, die mit dem Messmedium in Berührung kommen, sind aus säurebeständigem Edelstahl oder aus PEEK-Kunststoff gefertigt und erfüllen sowohl die FDA- als auch die 3A- und EHEDG-Richtlinien. Das Gerät ist mit verschiedenen 3A-gerechten Prozessanschlüssen erhältlich.
Ein blaues Licht im Kopf des Schalters leuchtet, wenn ein Medium detektiert wird. Die Anzeige ist leicht zu sehen, selbst wenn der Sensor oben auf einem Behälter montiert ist. Der FlexLevel Switch erkennt den Grenzwert von Flüssigkeiten (Wasser, Milch, Bier), dickflüssigen Stoffen (Honig, Joghurt, Zahnpasta) und sogar von trockenen Stoffen (z. B. Verbrennungsrückstände, Mehl oder Körner). Dies ist bereits ab dem Werk voreingestellt und bedarf keiner weiteren Anpassung nach der Installation. Bei besonders schwierigen Medien wie klebrigen Substanzen ermöglicht die Teach-in-Funktion eine manuelle Einstellung der zu erkennenden Füllstände.
Auch für Anwendungen im pharmazeutischen Bereich wie bei der Füllstanddetektion von ultrareinem Wasser wird der FlexLevel Switch erfolgreich eingesetzt. Schaum-, Blasen- oder Klumpenbildung sowie Vibrationen und Verwirbelung beeinträchtigen seine Leistung nicht. Auch seine Einbaulage spielt keine Rolle. Der Sensor kann seitlich oder – wie im Fall eines Trockenlaufschutzes – auch von unten in ein Rohr montiert werden.
In der Standardausführung ist der FlexLevel Switch für dauerhafte Prozesstemperaturen von -40 °C bis +85 °C ausgelegt. Er ist jedoch auch für den Einsatz in CIP- und SIP-Anlagen mit kurzzeitigen Temperaturen (max. eine Stunde) bis zu 140 °C geeignet. Bei Verwendung einer optionalen 100 mm- oder 250 mm-Kühlstrecke kann das Gerät sogar für Prozesstemperaturen bis zu 200 °C eingesetzt werden. Die Kühlstrecke wurde mit einem verschiebbaren Anschlussstück konzipiert, so dass sie auch als Verlängerung dienen kann, etwa wenn die Sensorspitze bei zähflüssigen Medien wie Joghurt tiefer in den Behälter hineinreichen soll oder wenn das Medium durch eine Behälterisolierung hindurch erreicht werden soll.
Abb. 6a-b: FlexLevel Switch mit Kühlstrecke
Der Schaltzustand lässt sich als normal offen oder normal geschlossen programmieren. Das Gerät ist sowohl für offene als auch für geschlossene Behälter mit Drücken bis 40 bar einsetzbar. Da der FlexLevel Switch keine beweglichen Teile hat und die Elektronik komplett integriert ist, ist er praktisch wartungsfrei. Somit ist eine präzise Grenzwerterfassung möglich, ohne dass der Schaltpunkt eingestellt werden muss.
Anwendungen in der Lebensmittelindustrie
Die hygienegerechten FlexLevel Switch-Modelle kommen insbesondere in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie zum Einsatz. In Dänemarks grösstem Joghurtwerk in Brabrand setzt Arla Foods den FlexLevel Switch in den Vorlaufbehältern von verschiedenen Abfüllmaschinen zur Erkennung der oberen und unteren Füllstände ein. In einem Fall ist das Medium Joghurt, im anderen ist es Crème Fraîche mit 10 bis 38 % Fettgehalt. Beide Medien sind sehr klebrig und haften an den Messgeräten an. Arla Foods hat die zuvor benutzten Vibrationsgrenzschalter ausgetauscht, da deren Funktion gestört wurde, sobald das Medium an der Gabel haften blieb, wodurch es zu Fehlmessungen kam. Die jetzt installierten FlexLevel Switche erkennen den Füllstand zuverlässig, selbst wenn das Medium an der Sensorspitze klebt. Denn die Teach-in-Funktion ermöglicht eine manuelle Einstellung der zu erkennenden Füllstände bei besonders schwierigen Medien wie klebrigen Substanzen.
Andere Messprinzipien zur Füllstandsmessung
Neben dem FlexLevel Switch bietet Baumer eine grosse Bandbreite an kontinuierlichen und punktuellen Messsystemen an, die auf verschiedenen Technologien basieren. Geräte für die hydrostatische Druck- und Differenzdruckmessung basieren auf Piezo, Keramik, Kapazität oder Dünnfilm. Ebenso können Füllstände mit Ultraschall- und optischen Sensoren sowie mit auf Leitfähigkeit basierenden Geräten gemessen werden. Ob in der Produktionsanlage nun ein flüssigkeitsberührender Sensor benötigt wird oder eine berührungslose Messung durchgeführt werden soll – Baumer bietet dem Kunden eine auf die jeweilige Applikation zugeschnittene, optimale Lösung mit der passenden Technologie. Die unterschiedlichen Füllstandssensoren eignen sich insbesondere zur Messung im industriellen Bereich, in der chemischen und feinchemischen Verfahrenstechnik sowie in der Pharma-, Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie. pd/hps
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