Leitfähigkeitssensor | Für Lebensmittel- und Getränkehersteller
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Lebensmittel- und Getränke-Hersteller bleiben angesichts immer individuellerer Kundenwünsche und kleinerer Losgrößen in Hochlohnländern nur mit einer ausreichenden Prozessautomation wettbewerbsfähig. Eine performante und robuste Sensorik ist hier nötig, damit die Anlagen transparent werden. Unschlagbarer Helfer bei der Phasentrennung von Lebensmittel, Wasser und Reinigungsflüssigkeit ist der Leitfähigkeitssensor „Combilyz“ von Baumer.
Inhalt
- Effizienz in Prozessautomation bei Arla Foods beträchtlich erhöht
- Schneller Leifähigkeitssensor spart 100.000 L Wasser bei Granarolo
- Häufige Fragen
Effizienz in Prozessautomation bei Arla Foods beträchtlich erhöht
10.03.2020 | Die Schweizer Sensorexperten von Baumer arbeiten eng mit ihren Kunden zusammen, um für deren Probleme in der Lebensmittel- und Getränke-Herstellung die passende Sensorlösung zu schaffen. Oft entstehen aus solchen Zusammenarbeiten langfristige in der Automation Kooperationspartnerschaften wie mit der weltweit größten Molkerei Arla Foods. Der Leitfähigkeitssensor Combilyz AFI hilft in der Automatisierungstechnik dabei, jährlich pro Messstelle bei der Phasentrennung bis zu 1 Millionen Liter Medien bei der Clean-in-Place-Reinigung (CIP) einzusparen.
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Und mit dem neu entwickelten Füllstandsschalter Cleverlevel PL20 Air Trigger können Hersteller von Fruchtjoghurt den Wechsel der Container mit Fruchtzusatz präzise steuern und den Ausschuss in der Prozesstechnik auf ein Minimum reduzieren. Zudem erhöht sich durch die damit verbundene Vermeidung von Stillstandzeiten die Effektivität der Anlage deutlich. Doch wie genau tragen Sensoren zu diesen signifikanten Verbesserungen in der Prozessautomatisierung bei?
Leitfähigkeitssensoren sparen bis zu 1 Million Liter Medien
Die CIP erlaubt es Getränkeherstellern, Restpartikel und Keime in ihren Anlagen zu entfernen, ohne sie auseinanderbauen zu müssen. Solche Reinigungen sind zweifelsfrei notwendig in der Automatisierung, stellen aber zugleich hohe Anforderungen an die Prozesseffizienz. Denn der Vorgang kann hohe Mengen an Ressourcen wie Produkt Wasser, Reinigungsmittel und Zeit verbrauchen. Läuft der Reinigungsprozess, kann auf der Anlage nicht produziert werden. Wie lassen sich also die Zeit und Ressourcen bei der Reinigung in der Automation verringern und gleichzeitig die Hygienestandards einhalten?
Bei CIP bedeutet mehr oder länger nicht gleich hygienischer. Eine präzise Dosierung der Reinigungschemikalien und des Wassers sowie die richtige Reinigungsgeschwindigkeit führt schließlich zu einem genauso sauberen Ergebnis wie eine Überreinigung. Doch ist das deutlich effizienter und sicherer. So einfach diese Erkenntnis ist, so schwierig war lange die praktische Umsetzung. Denn die präzise Phasentrennung setzt eine verlässliche Medienerkennung voraus.
Die Leitfähigkeitssensoren von Baumer übernehmen hier die Verantwortung. Aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften beim Leiten von Strom erkennt er, welche Flüssigkeit gerade durch die Anlage läuft und in welcher Konzentration. Einziges Problem: Nicht nur die Art der Flüssigkeit, sondern auch ihre Temperatur hat Einfluss auf die Leitfähigkeit. Eine effektive Erkennungslösung erfordert daher einen Sensor, der in kürzester Zeit mit Flexibilität auf Temperaturveränderung reagiert.
Mit dem Leitfähigkeitssensor Combilyz AFI hat der Sensorspezialist dieses Problem in der Prozessindustrie gelöst. Denn neben zuverlässiger Medienerkennung bietet dieser Sensor eine außerordentlich schnelle Temperaturkompensation. Die ohnehin schon kurze Ansprechzeit ist sogar auf Null reduzierbar, kombiniert man den Leitfähigkeitssensor mit einem Durchfluss- und Temperatursensor wie Flexflow.
Dies ist einfach realisierbar, da Baumer Sensoren über IO-Link bidirektional über die Steuerung miteinander kommunizieren können, ist das einfach realisierbar. Die Messwerte des einen Sensors können so in einem anderen Sensor genutzt werden. Damit lassen sich komplexe Messaufgaben lösen oder Prozesse und Produktionsabläufe optimieren.
Der Einsatz von Reinigungsmitteln und Wasser in der Prozessindustrie kann auf die tatsächlich benötigte Menge reduziert werden und die Phasentrennung aufgrund zuverlässiger Sensordaten gesteuert werden.
Lufterkennung für restlosen Containerwechsel
Bei der Produktion von Fruchtjoghurt standen Hersteller bis vor Kurzem vor einem großen Problem. Die hohe Zahl verschiedener Sorten erlaubt es heute nicht mehr, für jede Sorte eine dedizierte Anlage und damit gleichbleibende Prozesse zu betreiben. Anlagen müssen daher mehrere Sorten produzieren, das Engineering ist umzustellen. Die jeweiligen Fruchtzusätze werden dabei durch wechselbare Container eingebracht. Damit dieses System kosteneffizient funktioniert, müssen die Fruchtzusätze jedes Containers idealerweise komplett aufgebraucht werden.
Darin lag aber die Schwierigkeit dieser Anwendungen, denn es gab lange keine Möglichkeit, den exakten Füllstand der Container zu messen. Aufgrund der Viskosität der Medien hatten herkömmliche Sensoren Schwierigkeiten, dem Luftgehalt und damit den Leerstand korrekt zu erkennen. Sie schlugen oft zu früh Alarm, wenn die ersten Lufteinschlüsse aus dem Container kamen, dieser aber noch nicht vollständig geleert war. Dies führt zu Verschwendung von mehreren Kilogramm Frucht pro Container, was sich schnell zu mehreren Zehntausend Euro unnötiger Kosten pro Jahr summieren kann.
Es geht noch schlimmer: Die Sensoren bemerken den Leerstand nicht und lassen die Anlage mit leerem Container weiterlaufen. Dadurch gerät Stickstoff in die Pumpe, was einen langen Wartungsprozess zur Folge hat. Bis zu 15 min Stillstand sind die Folge - ein Zeitraum, in dem sonst Tausende Becher Joghurt produziert werden könnten.
In Kooperation mit einem führenden deutschen Hersteller für Milchprodukte entwickelte Baumer daher einen Sensor zur Lufterkennung mit Air Trigger-Funktion. Der Sensor ist am Zuleitungsrohr vor der Pumpe angebracht und misst zuverlässig und schnell Luft in Flüssigkeiten aller Art – und zwar viskos oder klebrig über den gesamten Messbereich. Dadurch erkennt der Sensor sofort einen Leerstand des Containers und ermöglicht das exakte Umschalten auf einen vollen Container. Als Resultat konnten Effizienz und Nachhaltigkeit der Produktion gesteigert werden.
Modifizierung und Vernetzung der Sensoren
Bei Arla Foods helfen derweil Flexflow Sensoren dabei, den Energieverbrauch der Produktionsanlage im schwedischen Falkenberg zu minimieren. Der Durchflusssensor ist dort an neuralgischen Stellen an den Komponenten der Heiz- und Kühlsysteme angebracht. Weil der Flexflow Temperatur und Durchflussgeschwindigkeit zugleich misst, kann Arla damit den Energieverbrauch der Systeme genau überwachen und so Verbesserungen für die Energiebilanz herbeiführen.
„Für unsere Kunden ergeben unsere Sensor-Lösungen einen immensen Return of Invest“, sagt Stefan Blust, Global Business Manager Food & Beverage. „Das bestätigt uns in unserem Vorgehen, die Produkte anwendungsspezifisch zu entwickeln.“ Durch das Engineering in Form der individuellen Modifikationen bestehender Produkte und deren Vernetzung wird Baumer in künftig sein Portfolio mit Sensorlösungen ausbauen, welche Lebensmittelsicherheit und Kosteneffizienz erhöhen.
„Lebensmittelsicherheit ist natürlich das wichtigste Ziel der Prozessautomatisierung in der Lebensmittelbranche, aber zugleich müssen die Hersteller natürlich ihre Wettbewerbsfähigkeit erhalten oder verbessern“, so Stefan Blust. „Daher arbeiten wir mit Nachdruck an Lösungen, die Herstellern dabei helfen, beides miteinander zu verbinden.“
Schneller Leifähigkeitssensor spart 100.000 L Wasser bei Granarolo
31.10.2019 | Milch, Wasser, Lauge, Wasser, Säure und wieder Wasser: Das Spülen einer Anlage zum Verarbeiten und Abfüllen von Lebensmitteln (Clean in Place, CIP) folgt einer ausgefeilten Choreografie von Prozessschritten, bei denen abwechselnd unterschiedliche Flüssigkeiten durch Leitungen und Tanks fließen. Unschlagbarer Helfer bei der Phasentrennung von Lebensmittel, Wasser und Reinigungsflüssigkeit ist der Leitfähigkeitssensor „Combilyz“ von Baumer.
Oben genannte Medien kosten Geld, belasten die Umwelt und sollten deshalb so sparsam wie möglich eingesetzt und recycelt werden. Der Combilyz misst hochgenau die elektrische Leitfähigkeit des vorbeiströmenden Mediums und schließt daraus auf die Art des Mediums und dessen Konzentration. Dabei ist er schneller als vergleichbare Sensoren auf dem Markt: Dank der kurzen Ansprechzeit der Temperaturkompensation liegt der genaue Messwert für die Leitfähigkeit in nur 15 s vor, statt erst nach 50 s wie bei Sensoren anderer Hersteller. Entsprechend früher kann die Steuerung reagieren und die einzelnen Phasen durch das Schalten von Ventilen trennen.
Gesamtanlageneffizienz steigt dank Leitfähigkeitsmessung
„Berechnungen zeigen, dass Lebensmittel verarbeitende Betriebe mit dem Combilyz Leitfähigkeitssensor beim Clean in Place-Prozess beträchtliche Kosten für Wasser und Reinigungsmittel einsparen können“, betont Stefan Blust, Branchenmanager Food + Beverage bei Baumer. Damit steige die Gesamtanlageneffizienz (Overall Equipment Effectiveness, OEE) deutlich. Wie groß das Einsparpotenzial ist, zeigt Granarolo, der größte Milchverarbeitungsbetrieb Italiens.
Induktiver Sensor erfasst weltweit erstmals Carbon
In seinem Werk in Bologna werden Tanks, Rohrleitungen und Wärmebehandlungsanlagen bis zu 30 Mal am Tag gespült. „Dank der schnellen Temperaturkompensation des Combilyz sparen wir an jeder Messstelle mehr als 100.000 Liter Wasser pro Jahr ein“, erläutert Bruno Landuzzi, der Verantwortliche für Instandhaltung und Pasteurisierung bei Granarolo. Wer wissen möchte, welche Einsparung in seinem Unternehmen möglich ist, kann dies übrigens mit dem Sparrechner CIP von Baumer kalkulieren.
Das Geheimnis der schnellen Temperaturkompensation des Combilyz AFI ist seine Kappe aus Peek-Kunststoff im One-Piece-Hygienedesign. Sie enthält die induktiven Sensorelemente für Leitfähigkeitsmessungen und den Temperatursensor. Die Sensorspitze hat eine geringe thermische Masse und einen geringen Wärmeübergangswiderstand, wodurch der Temperatursensor sehr schnell auch auf große Temperaturschwankungen reagiert. Schneller sind nur Sensoren mit zweigeteilter Kappe, wo der Temperatursensor unter Metall liegt. Doch viele Temperaturwechsel nagen am Übergang zwischen Kunststoff und Metall, weshalb diese Sensoren häufiger ausfallen und nicht lebensmittelsicher sind.
Usability „Beyond the Standard“
Die kurze Ansprechzeit ist aber nur eine Besonderheit des Combilyz AFI. Diese Ausführung ist auch sehr anwenderfreundlich. Das farbige Touch-Display erleichtert die Parametrierung. Und dem frei definierbaren Leitfähigkeitsbereich lassen sich beliebigen Anzeigefarben zuordnen, zum Beispiel blau für Wasser und rot für Säure. So erkennt man schon von Weitem, welches Medium gerade durch die Leitung fließt. Seine Messwerte übermittelt der Sensor über eine 4…20 mA-Schnittstelle mit optionalem Hart-Protokoll.
Füllstandssensor mit IO-Link für das IIoT
Neben der Standardvariante Combilyz AFI4 mit dem kompletten Sensor in einem Gehäuse gibt es für enge Stellen den Combilyz AFI5. Dort sind Sensorelement und Display getrennt und über ein Kabel verbunden. Das erleichtert die Platzierung. Egal für welche Variante sich der Betreiber entscheidet: Beide haben ein Edelstahlgehäuse nach Schutzklasse IP69K, sind also geschützt gegen Hochdruck-Dampfreinigen.
Häufige Fragen
Was ist ein Leitfähigkeitssensor?
Ein Leitfähigkeitssensor ist ein Sensor der die Fähigkeit einer Flüssigkeit misst, elektrischen Strom zu leiten, was Rückschlüsse auf ihren Ionen- oder Salzgehalt erlaubt.
Was wird bei der Leitfähigkeit gemessen?
Bei der Leitfähigkeit wird gemessen, wie gut eine Lösung elektrischen Strom leiten kann, was auf die Konzentration und Mobilität der gelösten Ionen in der Lösung hinweist.
Warum misst man Leitfähigkeit?
Man misst die Leitfähigkeit, um Informationen über die Ionenkonzentration in einer Lösung zu erhalten, was für die Überwachung der Wasserqualität, die Kontrolle chemischer Prozesse und die Beurteilung der Reinheit oder Verschmutzung von Flüssigkeiten wichtig ist.
Was sind die Vorteile und wie funktioniert ein konduktiver Leitfähigkeitssensors mit 4 Elektroden im Vergleich zu 2 Elektroden Systemen?
Ein konduktiver Leitfähigkeitssensor mit vier Elektroden bietet eine verbesserte Genauigkeit und Stabilität gegenüber traditionellen Zwei-Leitfähigkeitselektroden-Systemen. Bei der Vier-Elektroden-Leitfähigkeitsmessung werden zwei Elektroden zur Einspeisung eines Stroms und zwei weitere zur Messung der Spannung verwendet. Diese Anordnung minimiert den Einfluss von Elektrodenpolarisation und Randeffekten, was zu präziseren Messergebnissen der Leitfähigkeit, besonders in Lösungen mit niedriger Ionenkonzentration, führt.
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