Nestlé setzt auf Messumformer von Baumer – Drucküberwachung in der Milchproduktion

In Konolfingen betreibt der internationale Nahrungsmittelkonzern Nest­lé das Product Technology Centre (PTC), eines von 24 Forschungszentren weltweit. Seit über 30 Jahren werden dort Milchbasisprodukte und die Verfahren für deren Herstellung entwickelt. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Kindernahrung, speziellen Diätlebensmitteln und der Gesundheitsvorsorge dienenden Nahrungsmitteln. Für alle operativen Nestlé-Gesellschaften weltweit, die Bedarf an einem neuen Produkt aus diesen Bereichen haben, suchen die Konolfinger Entwickler nach passenden Rezepturen und testen die Herstellungsprozesse dazu. Wärmetauscher in der neuen Versuchsanlage In einer neuen Versuchsanlage mussten aus hygienischen Gründen alle Messgeräte mit einer aseptischen Anschlussverschraubung nach DIN11864-1 ausgelegt sein. Nachdem im gesamten PTC in verschiedenen anderen Applikationen schon Druckmessumformer der Baureihe ED701 zum Einsatz kommen, z.B. in Homogenisatoren, Mühlen oder Abfüllmaschinen, sollten diese Geräte auch zur Druckmessung an den Wärmetauschern in der neuen Anlage verwendet werden. Je nachdem, welche Verfahren getestet werden, sind bis zu sechs Wärmetauscher für das Erwärmen und/oder das Abkühlen der Produkte im Einsatz. Dabei entstehen Temperaturen von bis zu 150°C. Bei hoher Temperatur fällt vom Produkt Eiweiß aus, das sich an den Metallplatten des Wärmetauschers ablagert. Befinden sich zu viele Verschmutzungen an der Austauschfläche, steigt der Differenzdruck zwischen Produkt- und Medienseite und der Wärmetauscher muss gereinigt werden. Die Entwickler am PTC testen in dieser Anwendung die Rezepturen und Herstellungsverfahren mit verschiedenartigen flüssigen Produkten, von der Milch bis hin zur Dessertcreme. Die Versuche sollen z.B. zeigen, mit welchen Temperaturen zwischen Medien- und Produktseite verfahren werden kann oder wie lange eine Produktion laufen kann, ohne dass eine Reinigung des Wärmetauschers fällig wird. Differenzdruckmessung mit dem ED701 Die Messung des Differenzdrucks erfolgt mit dem ED701, einem piezoresistiven Druckmessumformer mit Edelstahlmembrane für industrielle und hygienegerechte Anwendungen. Er basiert auf einer speziellen Siliziumzelle, die für hohe Genauigkeiten über den größtmöglichen Temperaturbereich konstruiert wurde. Die nachgeschaltete digitale Kompensation reduziert die Signaldrift. Die piezoresistive Siliziumzelle ist anodisch auf eine sehr stabile Glasbasis aufgebracht, die wiederum in einer Konstruktion aus Edelstahl verankert ist. Der so gewählte Zellenaufbau ermöglicht ein gutes thermisches Verhalten. Die Druckmesszelle ist mithilfe einer Edelstahlmembrane und einer speziell aufbereiteten Druckübertragungsflüssigkeit vom Prozessmedium isoliert. Die Elektronik ist in einem hermetisch dichten Edelstahlgehäuse sicher untergebracht. Dadurch ist der Druckmessumformer äußerst resistent gegenüber Feuchte, Schocks und Vibrationen. Je nach Wahl des elektrischen Anschlusses variiert die Schutzartklasse von IP65 bis IP67. Das Kernstück der Verstärkerelektronik ist ein Mikro-Controller, der die Kompensation der temperaturbedingten Drifteffekte vornimmt, die auf das Messsignal einwirken. Damit können diese Effekte über einen weiten Temperaturbereich und bei kurzer Ansprechzeit weitgehend ausgeschaltet werden. Der ED701 ist mit einer Vielzahl anwendungsgerechter Druck- und Elektroanschlüsse, einem Signalausgang von 4 bis 20mA sowie verschiedenen Spannungsausgängen lieferbar. Er zeichnet sich durch eine kurze Ansprechzeit (max. 5ms), eine Wiederholgenauigkeit und Langzeitstabilität aus. Durch das hygienegerechte Design eignet sich die ED701-Baureihe besonders für den Einsatz in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, der Pharmaindustrie und der Biotechnologie. Alle vom Produkt benetzten Teile sind aus Edelstahl 316L/1.4435. Des Weiteren entsprechen alle verwendeten Materialen den FDA-Richtlinien inklusive des als Standard-Druck-Übertragungsflüssigkeit verwendeten Weißöls. Für den Einsatz an den Wärmetauschern wurden die Druckmessumformer mit einer Genauigkeit von 0,4% der Messspanne und für einen kompensierten Temperaturbereich von -10 bis 125°C (für die Kühlwasserseite) bzw. für eine hohe Mediumstemperatur bis maximal 300°C (für die Erhitzerseite) ausgelegt. Der Messbereich des Relativdrucks umfasst 0 bis 20bar. Anschluss für die Milchrohrverschraubung Für die neue Milchrohrverschraubung war jedoch auch ein neuer Prozessanschluss nötig. Gemeinsam mit Baumer entwickelte das Nestlé-PTC einen speziellen Adapter für den ED701. Das Anschlussstück an der druckaufnehmenden Seite kommt von Baumer, das Gegenstück auf der Produktseite hat Nestlé selbst gebaut. \“Baumer hat uns für unsere Milchrohrverschraubung den CombiConnect-Anschluss angeboten, der uns mit seinem frontbündigem O-Ring überzeugt hat\“, erklärt Ernst Strahm, Mess- und Regeltechniker am PTC Konolfingen. Das CombiConnect-System besteht aus einer Reihe von austauschbaren, hygienegerechten Prozessanschlüssen aus korrosionsbeständigem Edelstahl. Sie bieten eine hohe Flexibilität, da sie sowohl mit den Druckmessumformern FlexBar und ED701 als auch mit dem Temperaturmessgerät CombiTemp eingesetzt werden können. Die Anschlüsse wurden gemäß den Anforderungen der Nahrungsmittelindustrie entwickelt und erfüllen die Kriterien von FDA und EHEDG. Eine weitere Herausforderung für diese Applikation bestand in dem sehr kleinen Rohr mit einem Durchmesser von nur 10mm, das nur schwer sauber zu halten ist. Die Lösung bestand in einer hohen Strömungsgeschwindigkeit und einem im Verhältnis zur Rohrleitung kleinvolumigen Druckaufnehmer, durch den das Produkt fließt. Entscheidungskriterien Von der Zuverlässigkeit der eingesetzten Druckmessumformer konnten sich die Produktentwickler schon in vielen anderen Anwendungen überzeugen. Durch eine gute Zusammenarbeit mit dem Hersteller bei der Entwicklung eines Adapters und aufgrund der flexiblen CombiConnect-Anschlüsse konnten sie auch sämtliche Herausforderungen für die Wärmetauscher-Anwendungen in der neuen Versuchsanlage gemeinsam bewältigen. \“Die Qualität der Messgeräte ist für eine hygienegerechte Druckmessung das entscheidende Kriterium. Mit den ED701 haben wir durchwegs gute Erfahrungen gemacht\“, resümiert Strahm.