Die Qualitätsnormen für Produkte steigen kontinuierlich und erfordern den Einsatz verschiedener Sensoren, um einen stabilen und gut kontrollierten Produktionsprozess zu erreichen.

Dieser Artikel geht auf folgende Themen ein:

  • Arten von Sensoren
  • Temperatursensoren
  • Drucksensoren
  • Durchflusssensoren
  • Füllstandsensoren
  • Reinigbarkeit und Gerätekategorien
  • Materialempfehlungen
  • Edelstahl
  • Polymermaterialien
  • Elastomere
  • Design, Geometrie und Oberflächenveredelung
  • Prozessanpassung und Verbindungen
  • Validierung des hygienischen Designs

Die Experten von Dinnissen Process Technology stehen Ihnen für all Ihre Fragen zur Verfügung:

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Arten von Sensoren

Das Funktionsprinzip von Sensoren beruht auf der Wechselwirkung mit dem bearbeiteten Material. Daher wird der Einsatz von Sensoren oft mit Hygienerisiken in Verbindung gebracht. Die Richtlinie soll den potenziellen Konflikt zwischen der Basismessung eines Sensors und dem optimalen hygienischen Design ansprechen. Es gibt 4 verschiedene Arten von Sensoren:

  • Temperatursensoren,
  • Drucksensoren,
  • Durchflusssensoren,
  • Füllstandsensoren.
Verschillende sensoren.png

Arten von Sensoren

Temperatursensoren

Eine der häufigsten und wichtigsten Parameter zur Prozesskontrolle während Produktions- und Reinigungszyklen ist das Messen der Temperaturen mit Sensoren. Die am häufigsten verwendeten Sensorelemente sind Pt100, NTC oder PTC.

Die Oberflächentemperatur kann kontaktlos mit optischen Systemen gemessen werden. Diese Systeme werten die Menge und die Verteilung des Infrarotlichts aus, das vom Quellensurface abgestrahlt wird.

Bei der Anwendung von Temperatursensoren sollten die folgenden Punkte berücksichtigt werden:

  • Die hygienische Nutzung ist relativ einfach, da die Sensoren mit Schutzhüllen bedeckt sind,
  • Der richtige Montageort des Sensors ist wichtig,
  • Eine enge thermische Kopplung mit dem Prozess ist relevant,
  • Thermische Isolierung gegen Außentemperaturen ist wichtig, um Messfehler durch Umgebungsluft, Kondensat oder Heiz- bzw. Kühlmantel zu vermeiden.
Temperatuursensor.png

Temperatursensor

Drucksensoren

Drucksensoren können in mechanische und elektronische Instrumente unterteilt werden.

Für die Druckmessung in der Lebensmittelindustrie werden ausschließlich Spülsensorsysteme verwendet, um tote Räume zu vermeiden. Die verwendeten Flüssigkeiten müssen angegeben und den FDA-Richtlinien entsprechen.

Druksensor.png

Drucksensor

Durchflusssensoren

Es gibt drei verschiedene Arten von Durchflusssensoren:

  • Elektromagnetische Durchflussmesser: Elektromagnetische Durchflussmesser können vor Ort mit heißem Reinigungsmittel gereinigt und mit Dampf bei Temperaturen bis zu 180°C sterilisiert werden. Die benetzten Teile bestehen typischerweise aus transfergegossenem PFA, PTFE, Keramik und Edelstahl. Besondere Aufmerksamkeit sollte der Integration der Messelektroden in die Auskleidung geschenkt werden, und das Dichtungskonzept zwischen der Auskleidung und den Verbindungen muss berücksichtigt werden.
  • Coriolis-Massen-Durchflussmesser: Coriolis-Massen-Durchflussmesser werden häufig in hygienischen Anwendungen eingesetzt. Coriolis-Messer sind in der Regel Geräte der Klasse I und können vor Ort sterilisiert werden (SIP). Alle benetzten Teile bestehen in der Regel aus geeignetem Edelstahl oder anderen Metallrohren, die für den hygienischen Gebrauch geeignet sind.
  • Durchflussmesser mit variabler Oberfläche:Durchflussmesser mit variabler Oberfläche eignen sich für Flüssigkeiten und Gase. Sie sind relativ günstig, aber dennoch sehr genau und zuverlässig. Die Reinigbarkeit von Durchflussmessern mit variabler Oberfläche ist begrenzt, was die Hygiene gefährden kann.

Füllstandsensoren

Einige Füllstandsensoren sind ausschließlich als Schaltgeräte konzipiert. Sie zeigen an, dass ein bestimmter Füllstand erreicht oder unterschritten wurde. Andere Füllstandsensoren sind für kontinuierliche Messzwecke verfügbar, wie z.B. Vibrations-Füllstandsschalter. Wenn diese mit einer Flüssigkeit oder Feststoffen in Kontakt kommen, wird eine Dämpfung der Resonanz elektronisch erkannt. Füllstandsensoren können kontaktlos arbeiten und sind sehr einfach zu verwenden.

Einige Sensoren sind kontaktgesteuert. Diese Sensoren können in der Regel anhand des äußeren Zählers ihres Metallgehäuses und der Prozessanschlüsse bewertet werden, da das Sensorelement sich in einer schützenden Umgebung befindet.

Das Prinzip hinter dem Tap-Density-Tester ist das Hausner-Verhältnis. Dabei wird davon ausgegangen, dass stark kohäsive Pulver auch starke gegenseitige Anziehungskräfte besitzen. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass die Partikel sich selbst in leeren Räumen stützen können

Reinigbarkeit und Gerätekategorien

Ein gutes Design eines Sensors, der direkt mit dem Produkt in Kontakt steht, ermöglicht eine Reinigung vor Ort und kann ohne Demontage des Geräts gereinigt werden. Wenn eine Demontage zur Reinigung des Sensors nicht vermieden werden kann, muss besonderes Augenmerk auf die Benutzerfreundlichkeit gelegt werden.

Materialempfehlungen

Alle mit dem Produkt benetzten Teile müssen ein ungiftiges und inert Verhalten aufweisen, sowohl in Bezug auf das Produkt als auch auf die verwendeten Reinigungsflüssigkeiten und Desinfektionsmittel bei allen Druck- und Temperaturbedingungen.

Edelstahl

Die Wahl des Edelstahltyps hängt vom Chloridgehalt im Prozess, dem erforderlichen Arbeitstemperaturbereich und der Bedeutung der Schweißbarkeit bestimmter Bearbeitungsprozesse ab.

Um die korrekte Verwendung des gewählten Edelstahltyps zu gewährleisten, sollten gemäß der Norm EN 10204 Materialzertifikate vom Typ 3.1 B in Betracht gezogen werden.

Juul Jenneskens

Name: Juul Jenneskens
Berater

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Polymermaterialien

Die folgenden Kriterien müssen berücksichtigt werden:

  • Kompatibilität mit den zu verarbeitenden Produkten, deren Zutaten und allen verwendeten Reinigungsmitteln unter allen Prozessbedingungen,
  • Einhaltung gesetzlicher Anforderungen und Empfehlungen,
  • CIP / SIP-Beständigkeit,
  • Beständigkeit gegenüber Spannungsrissen,
  • Oberflächenmerkmale wie Struktur und Glätte, Hydrophobie, Adsorption / Desorption, Reaktivität, Abriebfestigkeit und die Tendenz, Biofilme zu bilden und abzugeben,
  • Auslaugung,
  • Elastizität,
  • Verarbeitungs-, Form-, Fugen- und Verpackungstechniken.

Häufig in hygienisch gestalteter Prozessausrüstung verwendete Polymere sind:

  • Polyoxymethylen (POM),
  • Polytetrafluorethylen (PTFE, modifiziertes PTFE),
  • Polycarbonat (PC).

Elastomere Materialien

Die folgenden Kriterien müssen berücksichtigt werden:

  • Kompatibilität mit den zu verarbeitenden Produkten, deren Zutaten und allen verwendeten Reinigungsmitteln unter allen Prozessbedingungen,
  • Einhaltung gesetzlicher Anforderungen und Empfehlungen,
  • CIP / SIP-Beständigkeit,
  • Beständigkeit gegenüber Spannungsrissen,
  • Oberflächenmerkmale wie Struktur und Glätte, Hydrophobie, Adsorption / Desorption, Reaktivität, Abriebfestigkeit und die Tendenz, Biofilme zu bilden und abzugeben,
  • Auslaugung,
  • Elastizität,
  • Verarbeitungs-, Form-, Fugen- und Verpackungstechniken.

Die Einhaltung der FDA-Vorschriften kann durch eine Food Contact Notification (FCN), Zertifikate und Konformitätserklärungen abgedeckt werden.

Typen von Elastomeren, die verwendet werden können:

  • EPDM,
  • Nitrilkautschuk (NR),
  • Nitril / Butylkautschuk (NBR),
  • Silikonkautschuk (RMQ).

Design, Geometrie und Oberflächenveredelung

Produktkontaktflächen müssen frei von Unebenheiten wie Rissen sein. Dies hat eine spezifische Auswirkung auf das Design, die Geometrie und die Oberflächenveredelung von Geräten wie:

  • Metallverbindungen müssen kontinuierlich geschweißt und glatt genug sein, um eine gute Reinigung zu ermöglichen,
  • Es ist oft notwendig, Dichtungen und Dichtungen beim Entwerfen und Installieren von Sensoren zu verwenden. Diese müssen so eingesetzt werden, dass keine Risse entstehen, in denen Rückstände eingeschlossen werden können und Bakterien sich ansammeln und vermehren können. Wenn der Einsatz von O-Ringen oder Dichtungen den Produktkontakt nicht vermeiden kann, sollte eine flache statische Dichtung an der Produktseite verwendet werden,
  • Vermeidung des Produktkontakts mit Gewinden,
  • Ecken sollten idealerweise einen Radius von 6 mm oder mehr haben; der minimale Radius beträgt 3 mm. Scharfe Ecken (≤90°) sollten vermieden werden,
  • Die Oberflächenrauheit sollte unter Ra = 0,8 Mikrometer liegen.

Alle Oberflächen, die mit dem Produkt in Kontakt kommen, müssen für visuelle Inspektionen oder manuelle Reinigungen leicht zugänglich sein. Alternativ muss nachgewiesen werden, dass routinemäßige Reinigung alle Verunreinigungen vollständig entfernt.

Prozessanpassung und Verbindungen

Wenn eine aseptische Verbindung erforderlich ist, empfiehlt EHEDG die Verwendung von Typen gemäß DIN 11864, da diese Verbindungen spülbar sind.

Milchverbindungssysteme gemäß DIN 11851 sind weiterhin weit verbreitet, ebenso wie Tri-Clamp-, ISO-Clamp (ISO 2852)-, SMS- und IDF-Verbindungen. Beim Festziehen der Verbindung kann das Elastomer überlastet werden, was zu einer fehlerhaften Ausrichtung und Rissen führen kann. Dies kann die Hygiene gefährden.

Validierung des hygienischen Designs

Die detaillierte Validierung des hygienischen Designs eines bestimmten Instruments kann eine schwierige Aufgabe sein, insbesondere für Endbenutzer und Systemintegratoren. Möglicherweise sind nicht alle benötigten Informationen verfügbar, und der Prozess ist zeitaufwendig. Eine große Hilfe bei der Validierung eines korrekten Designs sind standardisierte Testmethoden mit Sensorsystemen unter festgelegten Bedingungen. Die Entwicklung geeigneter Testverfahren spielt eine wichtige Rolle bei EHEDG und anderen Organisationen.