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Neues Druckmessgerät für den Hygienebereich

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15.03.2012 Messgeräte für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie müssen nicht nur den Regeln des Hygienic Design entsprechen. Viele Anwendungen stellen besondere Anforderungen an die Robustheit der Komponenten und erfordern wegen der hohen Prozesstemperaturen eine gute Temperaturkompensation der Messergebnisse. Die hygienischen Druckmessumformer der neuen Produktfamilie PBMH wurden speziell für dieses anspruchsvolle Einsatzgebiet entwickelt.

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Entscheider-Facts Für Anwender

  • Die Druckmessumformer PBMH decken nicht nur einen weiten Messbereich von -0,1…0,1 bar bis 0…400  bar mit hoher Temperaturfestigkeit ab.
  • Mit ihrem für Atex-sichere Geräte sehr kompakten Design – der Durchmesser des zylindrischen Gehäuses beträgt nur 22 mm – können sie auch in kleineren Rohren und Behältern flexibel eingesetzt werden.
  • Dies und die Vielzahl verfügbarer Prozessanschlüsse ermöglicht es Anwendern, ihre komplette Prozesskette mit PBMH-Geräten auszustatten.
  • So lassen sich Vorteile nicht nur bei der Benutzerfreundlichkeit realisieren, sondern aufgrund des guten Preis-Leistungs-Verhältnisses auch bei den Anschaffungskosten.

Die Hygienic-Design-Regeln für europäische Anlagen- und Maschinenbauer, die die Food- und Pharmabranche beliefern, sind in der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und der Norm DIN EN 1672-2:2009 zur hygienegerechten Gestaltung von Nahrungsmittelmaschinen festgelegt. Sie stellen beispielsweise sicher, dass die medienberührenden Oberflächen aus unbedenklichen Materialien, wie beispielsweise Edelstahl, bestehen und so glatt sind, dass sie sich problemlos reinigen lassen. Darüber hinaus dürfen die Geräte keine Innenwinkel aufweisen, die sich schwierig reinigen lassen. Im Zuge der EHEDG-Zertifizierung wird die Reinigbarkeit der Geräte experimentell überprüft. Zusammen mit dem 3-A-Designzertifikat bietet das EHEDG-Zeugnis den Anwendern ein hohes Maß an Sicherheit bezüglich des Einhaltens von Hygienestandards.

Absolutes Muss: Hygienic Design

Zertifizierungen, die das Einhalten von Hygienic-Design-Standards bei einzelnen Komponenten für die Lebensmittelindustrie sicherstellen, nützen dem Maschinenbauer und dem Endanwender. Ein Maschinenbauer, der eine zertifizierte Komponente in seinem Produkt einsetzt, muss bestimmte Tests an dieser Komponente nicht mehr selbst vornehmen, weil er die Gewährleistung hat, dass sie diese Tests bereits erfolgreich absolviert hat. Das spart Zeit bei Entwicklung und Herstellung neuer Maschinen. Die Anwender dieser Maschinen wiederum müssen in ihren Produktionseinrichtungen ein HACCP-Konzept implementieren (Hazard Analysis and Critical Control Points). Eine Lösung, bei der man das geforderte Sicherheitsniveau mit einer reduzierten Zahl von regelmäßig zu prüfenden Kontrollpunkten erreichen kann, ist dabei erstrebenswert, weil es Zeit und Kosten spart. Schnelle Reinigungsprozesse der Anlagen sind aus denselben Erwägungen wünschenswert.

Die PBMH-Druckmessumformer stehen mit mehreren frontbündigen Prozessanschlüssen zur Verfügung, die ebenfalls 3A-zertifiziert sind. Infolgedessen sind sie nicht nur mit allen anderen Produkten des Herstellers für den Hygienebereich kompatibel, sondern auch mit einem Großteil der branchenüblichen Installationen mit Geräten anderer Hersteller. Dem Anwender bietet diese Tatsache ein hohes Maß an Flexibilität und Wirtschaftlichkeit, weil der Einbau eines neuen Druckmessumformers nicht den Ersatz anderer Komponenten erzwingt.

Robustheit und Atex-Schutz

Das Einhalten der Hygienic-Design-Normen ist gesetzlich vorgeschrieben. Andere Anforderungen an Druckmessgeräte im Lebensmittel- und Pharmaziebereich ergeben sich dagegen aus der Praxis bestimmter Anwender. Mühlen und Zentrifugen beispielsweise setzen alle darin verbauten Komponenten dauerhaft starken Vibrationen aus. Weil in diesen Anlagen auch Druckmessumformer benötigt werden, wurde bei der Entwicklung der PBMH-Instrumente auch die Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen sowie Schocks optimiert. So entspricht beispielsweise die Schocktoleranz von 100 g für 100 ms, die ein PBMH-Gerät aufweist, 25 Stürzen auf einen Betonboden aus 1 m Höhe.

In Mühlen, aber auch bei der Verarbeitung pulverförmiger Substanzen in der Pharmaindustrie können durch den Staub in der Luft zudem explosive Atmosphären entstehen. Dort dürfen nur Geräte mit Atex-zertifiziertem Zündschutz eingesetzt werden. Bei ihnen ist durch das Gehäuse oder eine separate elektrische Isolation sichergestellt, dass die elektrischen Signale, die das Gerät sendet und empfängt, nicht als Zündfunken auf die explosive Atmosphäre wirken. Der PBMH ist Atex-zertifiziert und eignet sich damit für den Einsatz in den genannten Bereichen – aber auch bei Anwendungen mit Sauerstoff – etwa in Krankenhäusern – sowie in Tanks auf Schiffen, wo Explosionssicherheit ebenfalls ein großes Thema ist. Anwender im maritimen Bereich können den PBMH übrigens statt in der üblichen Ausführung Edelstahl 1.4404/AISI 316L auch in einem Gehäuse aus meerwasserbeständigem Hastelloy C beziehen.

Sichere Temperaturkompensation

Die PBMH-Druckmessumformer basieren auf dem Prinzip der piezoresistiven Druckmessung mit Silizium-Messzellen. Dabei wird eine Wheatstonesche Messbrücke aus mehreren Widerständen – ähnlich wie in der Halbleiterindustrie – direkt in einen Siliziumchip eingefügt. Die mechanische Veränderung, die durch den Druck an dem Chip entsteht, wird mithilfe der Widerstände in die Veränderung eines elektrischen Signals umgeformt. Der Chip samt der Messbrücke ist also der Drucksensor, das gesamte Gerät hingegen ein Druckmessumformer.

Die Widerstände auf einem für die Druckmessung konzipierten Sensor können sich jedoch auch durch Temperaturschwankungen verändern. Daraus folgt: Ändert sich die Temperatur am Medium, so hat dies einen direkten Einfluss auf das gemessene Drucksignal. Diesen Effekt nennt man Temperaturkoeffizient (TK). Der Koeffizient beschreibt einen linearen Fehler ausgehend von einem Bezugspunkt, der meist bei Raumtemperatur liegt. Demzufolge ist der Temperaturfehler bei Raumtemperatur gleich Null und nimmt mit zunehmendem Abstand zur Raumtemperatur linear mit dem spezifizierten Koeffizienten zu. In diesen Fällen gilt die Faustregel: je kleiner dieser Temperaturkoeffizient, desto besser der Drucksensor.

Hochwertige Druckmessumformer wie die PBMH-Familie nutzen das Prinzip der aktiven Temperaturkompensation, d.h. die aktuell gemessenen Werte werden auf elektronischem Wege mit Referenzwerten abgeglichen, die im Messgerät abgespeichert sind, und dadurch korrigiert. Aufgrund der jahrelangen Forschung und Entwicklung des Herstellers im Bereich der Temperaturkompensation weisen die PBMH-Geräte in ihrem spezifizierten Temperaturbereich einen Temperaturfehler auf, der nahezu Null ist.

Der Temperaturbereich der PBMH-Messumformer umfasst Mediumstemperaturen von -40 bis 125 °C. Mit einer optional verfügbaren Kühlstrecke können sogar Medien mit Temperaturen bis 200 °C mit äußerst geringer Temperaturdrift gemessen werden.

Die Tatsache, dass die Sensoren auch bei hohen Temperaturschwankungen, wie sie für die Dampf-Sterilisation typisch sind, sehr hohe Messgenauigkeit und Stabilität aufweisen, ist der Grund, warum beispielsweise das Schweizer Unternehmen Fedegari Autoklaven in seinen Dampf-Sterilisationsapparaten für Krankenhäuser und Labors derartige Druckmessumformer einsetzt. Autoklaven gehören zu den hygienischen Anwendungen mit den größten Temperaturunterschieden überhaupt.

Anuga FoodTec 2012
Halle 8.1 – A 028

Heftausgabe: März 2012
Daniel Hunold, Produktmanager Baumer

Über den Autor

Daniel Hunold, Produktmanager Baumer
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