Messtechnik für sterile Prozesse

Anlagen, in denen hygienische Prozesse ablaufen, sind durch die erforderliche Reinigung und Sterilisation starken Beanspruchungen ausgesetzt. Heißwasser und bis 150°C heißer Dampf sowie scharfe Reinigungsmittel, Natronlauge oder Wasserstoffperoxid setzen dem Werkstoff ebenso zu wie Salpeter- bzw. Phosphorsäure beim nötigen Derouging. Aus diesem Grund kommen nur besonders korrosionsfeste Stähle in Betracht. Namhafte Hersteller von Messgeräten für den sterilen Produktionsbereich setzen daher von vornherein auf die weltweit geltenden Standards, um Anwendern den Anlagenexport zu erleichtern. Auch die Forderung der Anlagenbauer nach vielfältigen Anschlussvarianten für sterile Prozesse und der zunehmende Einsatz digitaler, busfähiger Sensoren spiegelt sich in der Produktpalette wider.

Sterilität sichern

Um Keimen sicher begegnen zu können, müssen in allen Anlagenteilen die Rauigkeitswerte zwischen 0,4 und 0,8 µm liegen. Die glatten Oberflächen lassen sich besonders gut reinigen, ohne dass Fremdkörper daran haften bleiben. Um diese Oberflächengüte auf Dauer einzuhalten, sind in der EU nur die Edelstähle 1.4404 sowie 1.4435 üblich. Letzterer ist dank verringertem Delta-Ferrit-Gehalt noch beständiger. Aus diesem Grund wird er zum Beispiel in der Schweiz oft nur als alleiniger Werkstoff für solche Anlagen erlaubt. Neben diesen Edelstählen werden teilweise auch Materialien, wie Alloy59 und HastelloyC, oder Kunststoffe, wie PFA (Perfluoralkoxy) und PTFE (Polytetrafluorethylen), verwendet. Allen gemeinsam ist die sehr gute Beständigkeit gegenüber den erforderlichen Reinigungsprozeduren sowie der erhöhten Korrosionsbeständigkeit aggressiver Prozessmedien.

Der Werkstoff allein macht aber noch keine gute Anlage. Da man nie alles aus einem Stück bauen kann, sind Trenn- und Verbindungsstellen erforderlich. Hier lauert Gefahr: Spalten sind Lücken, die die glatte Oberfläche stören. Daher wurden für Verbindungsstellen unterschiedliche Hygieneanschlüsse entwickelt, besonders Rohrverbindungen. Für Standardanwendungen gibt es die Milchrohrverschraubung DIN11851 oder Tri-Clamp. Für CIP/SIP-fähige Anlagen dagegen sind Aseptikanschlüsse gemäß DIN11864, Aseptik-Flanschverbindungen sowie Varivent- und Neumo-Ausführungen bevorzugt. Gerade an der Trennstelle zwischen Rohr, Kessel oder Behälter und den essenziellen Messgeräten für die Überwachung der Anlage vermeiden diese Anschlüsse Toträume.

Keimfreie Sensorik

Alle zuvor genannten Punkte gelten auch für die Messeinrichtungen. Selbstverständlich müssen Messgeräte im sensiblen Bereich auch eine Außenreinigung schadfrei verkraften. Ausreichender Schutz gegen das Eindringen von Wasser und Chemikalien ist ebenso Pflicht. Daher ist es erforderlich, dass alle Messgeräte die vorgeschriebenen Standards einhalten. Da die Werkstoffkosten im Vergleich zum sonst nötigen bürokratischen Aufwand der Vorratshaltung kaum ins Gewicht fallen, setzt man auf Herstellerseite von vornherein auf höchste Standards. So werden fast ausnahmslos Geräte aus DIN 1.4435 Edelstahl gefertigt. Auf Wunsch stehen alle medienberührten Teile der Geräte auch in elektropolierter Ausführung mit noch geringeren Rauigkeitswerten zur Verfügung.

Gerade für international agierende Unternehmen spielt Universalität eine wichtige Rolle. Die Normen und Richtlinien sind dabei eine Hilfe; so kann schon im Vorfeld schnell geklärt werden, welche Anforderungen die jeweilige Landesbehörde stellt. Bei den Messgeräten bedeutet dies, dass 3-A Sanitary Standards und die kooperierende europäische European Hygienic Equipment Design Group (EHEDG) Testmethoden und Vorschläge für die Gestaltung von Anlagenkomponenten herausbringen. Das ist von Vorteil für den Anlagenbauer und den Endkunden: Entsprechen Messgeräte von vornherein allen gängigen Normen, können sie weltweit eingesetzt werden. Teure zusätzliche Zulassungen oder eine aufwändige Lagerhaltung unterschiedlicher Geräte für Anforderungen der jeweiligen Norm entfallen. Zeit und Kosten für Produktion und vor allem für Ersatzteilservice sinken drastisch. Wie es aussieht, geht der Trend heute tatsächlich zur internationalen Zusammenarbeit bei der Normenerstellung. Dies wird wohl in Zukunft eine gewisse „weltweite Vorschriftensicherheit“ bringen.

Innere Werte

Auch in der sterilen Verfahrenstechnik macht der Fortschritt nicht Halt. Der allgemeine Trend weg von der klassischen Anzeige vor Ort und dem analogen Feldgerät mit Strom oder Spannungsausgang, zum Beispiel 4 … 20mA, hin zu digitalen, busfähigen Lösungen ist deutlich zu sehen. Geringerer Verdrahtungsaufwand, die Möglichkeit, Feldgeräte zu parametrieren sowie bessere EMV-Zuverlässigkeit bringen auch hier deutliche Vorteile. Eine CANopen-Schnittstelle gemäß CiA DS-301 stellt dabei die Kompatibilität mit nach CiA ausgelegten Systemen sicher. Der Druckmessumformer Typ SA-11 mit CANopen-Schnittstelle ist für den Bereich von 250 bis 25bar erhältlich. Alle gängigen Prozessanschlüsse für die sterile Verbindung zwischen Anlage und Messgerät stehen zur Verfügung. Zusätzlich ist das Messgerät mit einer Kühlstrecke zwischen Prozessanschluss und Elektronik versehen; das ist praxisgerecht und verbessert die Signalstabilität während Sanitisierungs- und Sterilisierungsprozessen.

Benötigt der Anwender ein Übertragungssignal mit Hart-Protokoll, Profibus oder Foundation Fieldbus, wie zunehmend in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie üblich, so ist der Drucktransmitter IPT-11 die richtige Wahl. Auch hier ist die Einbindung in vorhandene Steuerungssysteme problemlos, alternativ können die Gerätedaten am Display vor Ort abgelesen werden. Wenn die Information vor Ort gebraucht wird, ist dies ein nicht zu unterschätzender Sicherheitsvorteil gegenüber „nur“ Bus-Messgeräten. Der neue Typ der IPT-Serie in frontbündiger Ausführung umfasst Messbereiche von 100mbar bis 40bar bei einer Genauigkeit von 0,075%. Höhere Messbereiche bis 600bar mit einer Genauigkeit von 0,1% sind verfügbar. Damit ist er prädestiniert für den Einsatz in Pharmazie, Chemie und Petrochemie. Selbstverständlich entsprechen die Messeinrichtungen bei Bedarf auch den Anforderungen der Explosionsschutzarten Ex ia, sowie Ex d nach Atex oder FM und ermöglichen so auch hier den weltweiten Einsatz.

Maßanzug Messgerät

Messgeräte werden aus Kostengründen heute modular gefertigt. Je nach Einsatzbereich werden unterschiedliche Prozessanschlüsse nachträglich eingeschraubt. Nachteil dieser Methode sind die zusätzlichen Trennstellen und die so möglichen Kontaminationspunkte. Moderne Schweißverfahren erlauben heute aber eine bessere Verbindung. Deshalb setzt der Hersteller bei der Baureihe SA-11 von vornherein auf ein speziell für die sterile Verfahrenstechnik entwickelten Fertigungsprozess. Dabei wird der gewünschte Anschluss mit dem Messgerätekörper heliumdicht verschweißt. So ist jegliches Hygienerisiko an dieser Stelle ausgeschlossen. Gleichzeitig wurden alle Fertigungsschritte so optimiert, dass trotz des umfangreichen Programms an Druckmessumformern und Prozessanschlüssen ein individuell konfiguriertes Messgerät innerhalb von nur fünf bis sieben Arbeitstagen zur Auslieferung bereitsteht. So kann der Anwender schnell Ersatz beziehen und benötigt keine große Lagerhaltung für Wartung oder Austausch.

Moderne sterile Verfahrenstechnik stellt besondere Anforderungen an alle Anlagenkomponenten. Dies gilt vor allem auch für Messgeräte im sensiblen Bereich. Hier bieten durchdachte, praxistaugliche Konzepte und nach internationalen Normen zertifizierte Geräte einen deutlichen Mehrwert. Auch werden in Zukunft vernetzbare, busfähige Sensoren die Geräte der Wahl sein; geringerer Installationsaufwand und schnellere Inbetriebnahme der Anlage sprechen eindeutig dafür. Wie die bisherige Entwicklung der sterilen Messgeräte zeigt, lassen sich die Anforderungen an hygienischen Aufbau und modernes Geräteinnenleben durchaus zum Nutzen aller vereinbaren.