Ressourcen sparen mit innovativen Sensoren

Sei es die schnelle Medienerkennung bei der Phasentrennung im Clean-In-Place oder eine zuverlässige Leerstandsmeldung beim Containerwechsel – Sensoren von Baumer leisten einen bedeutenden Beitrag dafür, im Einklang mit Lebensmittelsicherheit Ressourcen zu sparen und die Anlageneffektivität zu erhöhen.

Wie bleiben Lebensmittel- und Getränkeproduzenten angesichts immer individuellerer Kundenwünsche und kleinerer Losgrössen in Hochlohnländern wettbewerbsfähig? Die Antwort ist effiziente Prozessautomation. Dadurch lassen sich Zeit, Geld und Ressourcen sparen. Dass diese Effekte aber tatsächlich eintreten, setzt ein hohes Mass an Transparenz darüber voraus, was in den Anlagen passiert. Der Schlüssel dafür ist performante und robuste Sensorik – ohne sie stellt sich die gewünschte Effizienzsteigerung schlicht nicht ein.

Mit Leitfähigkeitssensor bis zu 1 Million Liter Medien pro Jahr sparen

Die Schweizer Sensorexperten von Baumer arbeiten daher eng mit ihren Kunden zusammen, um für deren Probleme die passenden Lösungen zu schaffen. Oft entstehen daraus langfristige Kooperationspartnerschaften wie etwa die mit Arla Foods, eine der weltweit grössten Molkereien.

Ein Geschäftsmodell, das auch bei anderen Unternehmen Früchte trägt: So hilft etwa der Leitfähigkeitssensor CombiLyz AFI dabei, jährlich pro Messstelle bei der Phasentrennung bis zu 1 Millionen Liter Medien bei der Clean-in-Place-Reinigung (CIP) einzusparen. 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 auf ein Minimum reduzieren.

Dadurch, und durch die damit verbundene Vermeidung von Stillstandzeiten erhöht sich die Gesamtanlageneffektivität spürbar. Wie genau tragen Sensoren zu diesen signifikanten Verbesserungen bei?

Präzise Phasentrennung setzt eine verlässliche Medienerkennung voraus

CIP erlaubt es Getränkeherstellern, Keime und Restpartikel in ihren Anlagen zu entfernen, ohne die Anlagen auseinanderbauen zu müssen. Ohne Frage ein notwendiges Vorgehen, das aber zugleich hohe Anforderungen an Prozesseffizienz stellt. Denn der Vorgang kann hohe Mengen an Ressourcen, wie Produkt, Wasser, Reinigungsmittel und Zeit verbrauchen. Während der Reinigungsprozess läuft, kann auf der Anlage nicht produziert werden.

«Mehr» oder «länger» nicht gleich «hygienischer»

Weniger Zeit und Ressourcen bei der Reinigung aufwenden und zugleich die Hygienestandards einhalten – wie lässt sich das vereinen? Für die Lösung dieses Problems ist die Erkenntnis wichtig, dass bei CIP «mehr» oder «länger» nicht gleich «hygienischer» ist. Eine präzise Dosierung der Reinigungschemikalien und des Wassers sowie die richtige Reinigungsgeschwindigkeit liefert schliesslich ein ebenso sauberes Ergebnis wie eine Überreinigung, nur eben deutlich effizienter und sicherer. So einfach diese Erkenntnis ist, so schwierig war lange die praktische Umsetzung. Denn eine präzise Phasentrennung setzt eine verlässliche Medienerkennung voraus.

Zusätzlich schnelle Temperaturkompensation

Ein Leitfähigkeitssensor ist hierfür die richtige Lösung. 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 auf Temperaturveränderung reagiert. Mit dem Leitfähigkeitssensor CombiLyz AFI konnte Baumer dieses Problem erfolgreich lösen. Denn neben einer zuverlässigen Medienerkennung bietet dieser Sensor zudem eine ausserordentlich schnelle Temperaturkompensation.

Bidirektional über die Steuerung miteinander kommunizieren

Die ohnehin schon kurze Ansprechzeit kann sogar auf null reduziert werden, indem der Leitfähigkeitssensor mit einem Durchfluss- und Temperatursensor wie FlexFlow kombiniert wird. Dies ist einfach realisierbar, da Baumer Sensoren per digitaler IO-Link-Schnittstelle bidirektional über die Steuerung miteinander kommunizieren können. Dadurch können die Messwerte des einen Sensors in einem anderen Sensor genutzt werden, um komplexe Messaufgaben zu lösen oder Prozesse und Produktionsabläufe weiter zu optimieren.

So können Hersteller das Effizienzpotenzial des CIP-Prozesses voll auszuschöpfen, indem der Einsatz von Reinigungsmitteln und Wasser auf die tatsächlich benötigte Menge reduziert werden und die Phasentrennung aufgrund zuverlässiger Sensordaten gesteuert werden kann. So verbraucht die Anlage nicht nur weniger Ressourcen, sondern kann auch schneller wieder ihrem eigentlichen Zweck nachkommen.

Containerwechsel ohne Überreste dank Lufterkennung

Auch bei der Produktion von Fruchtjoghurt kann Baumer die Anlageneffektivität steigern. Hier standen Hersteller bis vor Kurzem vor einem grossen Problem: Die hohe Zahl verschiedener Sorten erlaubt es Herstellern heute nicht mehr, für jede Sorte eine dedizierte Anlage zu betreiben. Anlagen müssen daher mehrere Sorten produzieren, die Fruchtzusätze für jede Sorte werden dabei durch wechselbare Container eingebracht. Damit dieses System kosteneffizient funktioniert, muss jeder Container mit Fruchtzusatz idealerweise komplett aufgebraucht werden.

Schwierigkeiten bei der Füllstandsmessung

Genau darin lag aber die Schwierigkeit, denn lange gab es keine Möglichkeit, den exakten Füllstand der Container zu messen. Denn aufgrund der Viskosität der Medien hatten herkömmliche Sensoren Schwierigkeiten, dem Luftgehalt und damit den Leerstand korrekt zu erkennen. Oft schlugen sie zu früh Alarm, wenn die ersten Lufteinschlüsse aus dem Container kamen, dieser aber noch nicht vollständig geleert war.

Sensoren bemerken den Leerstand nicht

Dies führt zu Verschwendung von mehreren Kilogramm Fruchtzusatz pro Container, was sich schnell zu mehreren Zehntausend Euro unnötiger Kosten pro Jahr summieren kann. Oder, noch schlimmer, die Sensoren bemerkten den Leerstand nicht und liessen die Anlage mit leerem Container weiterlaufen. Dadurch gerät Stickstoff in die Pumpe, was einen langen Wartungsprozess zur Folge hat. Daraus resultieren bis zu 15 Minuten Stillstand, ein Zeitraum, in dem sonst Tausende Becher Joghurt produziert werden könnten.

Lufterkennung mit Air Trigger-Funktion

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 – egal, ob viskos oder klebrig. Dadurch erkennt er einen tatsächlichen Leerstand des Containers sofort und ermöglicht das exakte Umschalten auf einen vollen Container. Nicht nur werden dadurch Ressourcen optimal eingesetzt und eine gleichbleibend hohe Produktqualität garantiert, es werden zudem Stillstands- und Wartungszeiten vermieden. Das Resultat ist eine bedeutende Steigerung der Effizienz und Nachhaltigkeit der Produktion.

Weitere Entwicklungen und Vernetzung

Bei Arla Foods, ein Kunde von Baumer seit den 1990er Jahren, helfen derweil FlexFlow-Sensoren dabei, den Energieverbrauch der Produktionsanlage im schwedischen Falkenberg zu minimieren. Der Durchflusssensor ist dort an neuralgischen Stellen der Heiz- und Kühlsysteme angebracht. Durch die Fähigkeit des FlexFlow, zugleich Temperatur und Durchflussgeschwindigkeit zu messen, kann Arla damit den Energieverbrauch der Systeme genau überwachen und basierend auf diesem Wissen Verbesserungen für die Energiebilanz herbeiführen. Eine lohnende Investition, da der Kostenaufwand durch die Einfachheit der Installation sehr niedrig ist.

Mit anwendungsnahen Modifikationen Portfolio ausbauen

«Für unsere Kunden bedeuten unsere Lösungen einen immensen Return of Invest», sagt Stefan Blust, Global Business Manager Food & Beverage. «Und für uns ist es eine Bestätigung, dass unser Vorgehen, unsere Produkte direkt nach den Anwendungsanforderungen des Kunden zu entwickeln, das richtige ist.»

Durch die anwendungsnahen Modifikationen bestehender Produkte und deren Vernetzung wird Baumer in naher Zukunft sein Portfolio weiter mit Sensorlösungen ausbauen, die die Lebensmittelsicherheit und zugleich die Kosteneffizienz erhöhen. «Lebensmittelsicherheit ist natürlich das wichtigste Ziel 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 kombinieren.»

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In unserer nächsten Printausgabe ist Nachhaltigkeit eines von zwei Schwerpunktthemen - das andere ist der digitale Zwilling. Wir berichten unter anderem darüber, wie Firmen Nachhaltigkeit im eigenen Unternehmen umsetzen, welche Bedeutung die Nachhaltigkeit hat und welche Wege zu mehr Nachhaltigkeit führen. 

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