Die Anforderungen an Druckmessumformer sind in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sowie in der Biotechnologie und angeschlossenen Industrien (beispielsweise die Verpackungs- und Abfüllindustrie) besonders hoch. Im Folgenden beschreiben wir, was von Anwendern dieser Industriezweige bei der Wahl eines geeigneten Druckmessumformers zu beachten ist.
Das Hauptaugenmerk bei der Druckmessung in den oben genannten Industrien liegt natürlich auf der Hygiene. Die Kontamination der Produkte sowie die Vermehrung von Keimen muss zum Schutz von Mensch und Umwelt unterbunden werden. In sensiblen Umgebungen eingesetzte Druckmessumformer müssen daher mit den Vorschriften der jeweiligen Behörden (Europa: EHEDG; USA: FDA) konform sein. Neben den verwendeten Materialien sind auch die Konstruktion der Druckmessumformer zu beachten.
Aufbau des Druckmessumformers
Hygienegerechte Druckmessumformer müssen leicht zu reinigen sein und Keimen entsprechend wenig Angriffsfläche bieten. Dies beginnt bei der Bauweise der Messinstrumente. Toträume, Spalten und Kanten sind daher zu vermeiden, da sich an diesen Stellen Keime sammeln können und die Reinigung erschwert wird.
Ein ebenso wichtiger Aspekt ist der Anschluss. Die Druckmessumformer müssen schnell demontierbar sein, da in sensiblen Anwendungen häufig gereinigt wird und die Dichtungen regelmässig gewechselt werden. Dieser Umstand schliesst Schraubgewinde in der Regel aus. Es gibt aber auch noch einen weiteren Grund unabhängig der Demontage: Schraubgewinde bieten Verunreinigungen mehr Angriffsfläche. Darum haben hygienegerechte Druckmessumformer in der Regel Milch Flansche, Clamp Flansche und DIN Flansche.
Es gilt also, alle Komponenten bündig zu koppeln und auf eine effiziente Montage/Demontage zu achten.
Materialien des Druckmessumformers
Auch bei den Materialien steht der Aspekt der Reinigung im Vordergrund. Dies beginnt mit den Oberflächen der gewählten Materialien. Sowohl Membran als auch andere mit dem Medium in Kontakt stehende Elemente des Drucktransmitters sollen über eine möglichst geringe Rauheit verfügen. Je rauer ein Material, desto eher können Keime daran anhaften und desto schwieriger ist die Reinigung. Eine Rauheit von 0,8 μm ist in hygienegerechten Anwendungen Standard, wenngleich nicht für jeden Prozess optimal. Um höchsten Ansprüchen zu genügen, sollte auf eine Rauheit von ≤ 0.4 μm geachtet werden.
Rauheit entsteht natürlich auch durch Korrosion. Daher spielt das Gehäusematerial eine wichtige Rolle bei hygienegerechten Druckmessumformern. Es sollten nur hochwertige Edelstahle mit einem geringen Ferritanteil verwendet werden, um Korrosion weitestgehend auszuschliessen. Als Beispiel sei hier der Werkstoff 1.4404, auch als V4A Stahl bekannt, genannt, der dank seines 2%-igen Molybdän-Anteils erhöhten Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit gerecht wird. Bezüglich der Eignung von Konstruktionswerkstoffen für einzelne Prozesse gibt die EHEDG Richtlinien aus.
Das Gebot der Glattheit trifft selbstverständlich auch auf die Dichtungsmaterialien zu, die chemisch und thermisch beständig sein müssen. Sind sie es nicht, werden sie mit der Zeit porös und bieten somit Keimen eine ideale Angriffsfläche. STS verwendet für seine hygienegerechten Drucktransmitter Viton, ein Fluorelastomer mit hoher thermischer und chemischer Beständigkeit, das Kohlenwasserstoffen selbst bei höheren Temperaturen standhält, ohne aufzuquellen oder porös zu werden.
Die Anforderung an die verwendeten Materialien ergibt sich aus den Reinigungsprozessen der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sowie der Biotechnologie: In geschlossenen Anlagen eingesetzte Druckmessumformer müssen Cleaning in Place (CIP)- und Sterilisation in Place (SIP)-Reinigungsverfahren aushalten. In diesen Verfahren werden Anlagen ohne weitere Demontage gereinigt. Um die Beanspruchung auf die Materialien deutlich zu machen, soll das CIP-Verfahren kurz dargestellt werden:
- Im ersten Schritt werden grobe Verunreinigung durch ein Vorspülen mit Wasser entfernt.
- Als nächstes wird ein alkalisches Mittel verwendet.
- Mit Wasser wird das alkalische Reinigungsmittel ausgespült.
- Um Kalk und ähnliche Ablagerungen zu entfernen, werden die Anlagen mit einer Säure gespült.
- Die Säure wird mit Wasser ausgespült.
- Ein Desinfektionsmittel wird zu Abtötung von Mikroorganismen eingesetzt.
- Spülung mit Reinstwasser.
Bei dem SIP-Verfahren wird Wasserdampf mit einer durchschnittlichen Temperatur von 140 Grad Celsius in die Anlage gegeben. Die Druckmessumformer müssen also auch entsprechende Temperaturen unbeschadet überstehen.
Ein letzter Aspekt bei der Materialwahl ist die Druckübertragungsflüssigkeit. Bei „normalen“ Drucktransmittern werden oftmals Silikonöle verwendet. Diese können aber bei einer Beschädigung des Druckmessumformers die Prozessmedien verunreinigen. Bier würde beispielsweise nicht mehr schäumen, um ein vergleichsweise harmlosen Beispiel aus der Lebensmittelindustrie zu nennen. Es dürfen entsprechend nur von den Behörden gelistete Flüssigkeiten zum Einsatz kommen.
ATM/F – Hygienegerechter Transmitter
Weitere Aspekte / Sonderfälle
Während die oben genannten Aspekte zu einer hygienegerechten Druckmessung gehören, gibt es noch zwei weitere Punkte, die für manche Anwender von Belang sein könnten. Darunter zählt sicherlich die Explosionssicherheit mit ATEX-Zertifizierung. Darüber hinaus kann auch die Möglichkeit der Nachjustage, die die meisten Drucktransmitter nicht mehr haben, ein wichtiger Kostenfaktor sein. In besonders kritischen Prozessen der Biotechnologie oder Pharmaindustrie müssen die eingesetzten Messinstrumente alle drei Monate validiert werden. Können diese in einem Kalibrierlabor gegebenenfalls neu eingestellt werden, ist dies ein nicht zu verachtender Vorteil.
Ein weiterer Sonderfall kann die Kombination von Druck- und Temperaturmessung sein. Ein Kunde von STS brauchte beispielsweise neben der Druckmessung auch eine Temperaturüberwachung an einer Verpackungsmaschine für sterile Injektionsnadeln. Wenn beide Anwendungen in einem hygienegerechten Instrument vereint werden können, minimiert dies sowohl den Platzbedarf als auch den Reinigungsaufwand.
Dieser Sonderfall ist letztlich aber auch exemplarisch für die Druckmessung in sensiblen Umgebungen: Anwender müssen strenge Vorschriften erfüllen. Und diese können sich von Prozess zu Prozess unterscheiden (beispielsweise hinsichtlich der erlaubten Materialien). Dank des modularen Bauprinzips von STS können hygienegerechte Druckmessumformer jedoch binnen kürzester Zeit auf individuelle Anforderungen hin angepasst werden.
