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Neue Bypass-Messstelle sorgt für mehr Effizienz bei Ustersbacher

01  Die Brauerei Ustersbacher setzt bei der Überwachung der Dampfsterilisation auf Messtechnik von Endress+Hauser

01  Die Brauerei Ustersbacher setzt bei der Überwachung der Dampfsterilisation auf Messtechnik von Endress+Hauser

02  Sicherheit erhöhen, Betriebkosten senken mit einer ­Bypass-Lösung an den Kondensatsammelbehältern

02  Sicherheit erhöhen, Betriebkosten senken mit einer ­Bypass-Lösung an den Kondensatsammelbehältern

03  Levelflex FMP51 und der Liquiphant FTL50, kombiniert in ei

03  Levelflex FMP51 und der Liquiphant FTL50, kombiniert in ei

04  Betriebskosten im Vergleich: Herkömmliche Verdrängersysteme und geführte Radartechnologie

04  Betriebskosten im Vergleich: Herkömmliche Verdrängersysteme und geführte Radartechnologie

Die Brauerei Ustersbacher braut seit 1605 Bier nach dem deutschen Reinheitsgebot. Dabei legt die Brauereifamilie auch in der Produktion großen Wert auf einwandfreie Abläufe und Hygiene. So ist ein wichtiger Faktor zur Sicherstellung der Produktions- und Produktsicherheit beispielsweise die Überwachung der Dampfsterilisation von Bierbehältern. Hier setzen die Brauexperten eine ­Komplettmessstelle von Endress+Hauser ein.

Die Brauerei Ustersbach Adolf Schmid KG (Bild 1) befindet sich seit 1605 in Privatbesitz. Heute beschäftigt sie rund 100 Mitarbeiter. Gebraut werden verschiedene Biersorten, von Pils über Export, Hefeweizen bis hin zu Festbier und Weizendoppelbock zur Wintersaison. Erhältlich ist das Braugut in erster Linie im süddeutschen Raum, außerdem in Italien, Frankreich und Brasilien.
Wie in allen Bereichen der Lebensmittelverarbeitung ­gelten auch bei der Bierbrauerei hohe hygienische Anforderungen an den Produktionsprozess. So müssen die Bierbehälter regelmäßig gereinigt und anschließend sterilisiert werden. Zur Reinigung kommen Säure und Lauge in definierter Menge zum Einsatz, die Sterilisation erfolgt mit Dampf. Um sicherzustellen, dass die Kessel mit der erforderlichen Menge an Dampf behandelt werden, wird der kondensierte Dampf in dafür vorgesehenen Kondensatbehältern aufgefangen. Da es sich bei den Kesseln um geschlossene Systeme handelt, lässt sich anhand des Füllstands innerhalb der Kondensatbehälter Rückschluss auf die Dampfmengen in den Produk­tionsbehältern ziehen. Im Umkehrschluss ­garantiert eine hochgenaue Füllstandmessung, dass die richtige Menge Dampf zum Sterilisieren der Bierbehälter eingesetzt wird. Auf diese Weise werden die beiden im Zusammenhang mit dem Sterilisationsvorgang stehenden wesentlichen Erfolgsfaktoren erfüllt: die Sicherheit und die Wirtschaftlichkeit. Beides kann mit einer zuverlässigen und wartungsarmen Messung sichergestellt werden. Ziel des Messvorgangs ist es dabei, einen Nachweis der Sterilisation zu erhalten. Bei Ustersbacher vertraut man dazu auf Technik von Endress+Hauser, konkret kommen der Liquiphant FTL50 und der Levelflex FMP51 zum Einsatz.

Modernisierung der Bypass-Messstelle
Der Anspruch der Brauereifamilie war es, in ihrer Produk­tion die tatsächliche Dampf-Verbrauchsmenge zu messen. Unter der zusätzlichen Berücksichtigung ökologischer und wirtschaftlicher Aspekte war eine Modernisierung der Bypass-Messstelle unumgänglich. Zuvor kam in der Brauerei ein Magnetklappenschalter zur kontinuierlichen Füllstandmessung zum Einsatz. Wie bei allen Systemen mit mechanisch bewegten Komponenten stellt neben der Wartung und Reinigung vor allem der Verschleiß häufig ein Problem dar. Dadurch sind Fehldetektionen möglich, hervorgerufen ­beispielsweise durch ein Verklemmen der Wipp-Kontakte.
Seit der Modernisierung wird die Desinfektionsgröße ­anhand des Dampfverbrauchs ermittelt, basierend auf der Differenz von Zu- und Ablauf. Dabei wird die Zulaufmenge durch eine Durchflussmengen-Messung überwacht. Auf der anderen Seite wird das Kondensat in den Sammelbehältern mit definiertem Volumen gesammelt. Die Messung in den Kondensatsammelbehältern erfolgt mittels einer Komplettmessstelle Bypass.

Geführtes Radar und Vibronik in Kombination
Solch heikle Messaufgaben erfordern selbstüberwachende und wartungsarme Messinstrumente. Endress+Hauser hatte den Ustersbacher Bierbrauspezialisten deshalb geführtes ­Radar zur kontinuierlichen Füllstandmessung und eine Grenzstandmessung nach dem Vibronik-Messprinzip empfohlen. Beide Messinstrumente sind, in einen Bypass integriert, an den Kondensatbehältern bei Ustersbacher angebracht (Bild 2 und 3). Dabei gibt die kontinuier­liche Füllstandmessung Aufschluss über den Verlauf des Sterilisationsvorgangs. Der Grenzstandmelder hingegen erfüllt eine weitere Sicherheitsfunk­tion: Sobald während des ­Sterilisationsvorgangs ein bestimmter Füllstand in den ­Kondensatbehältern erreicht ist, wird der Sterilisations­vorgang unverzüglich abgebrochen.
Früher wurden zur Füllstandmessung im Bypass häufig Verdrängersysteme eingesetzt. Geführte Radargeräte bringen neben Kostenvorteilen (Bild 4) noch eine Reihe weiterer Vorteile mit: Gegenüber einem Verdrängersystem hat die geführte Radartechnologie praktisch keine Messbereichs­begrenzung durch teilbare Stäbe. Zudem kann die Messung unabhängig von der Dichte eines Mediums erfolgen. Darüber hinaus gibt es keine mechanisch bewegten Teile, weder beim Transport noch im Prozess, was wiederum direkten Einfluss auf die Wartungskosten hat.
Zuguterletzt bringt die Kombination mit einem Grenzschalter zur Max.-Meldung ein Plus an Sicherheit. Das von Endress+Hauser erfundene Messprinzip der Schwinggabel stellt Schwingungen und deren Dämpfung in Medien in direkten Zusammenhang. Der nach diesem Prinzip arbeitende Liquiphant FTL50 überwacht den Grenzstand im Kondensatsammelbehälter. Hierbei wird der Sensor in Form einer Stimmgabel auf seine Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt. Das Vibrations­messprinzip in Bezug auf Flüssigkeiten beruht auf der Resonanzverschiebung des piezoelektrisch angeregten Schwingsystems: Werden die Gabelzinken bei steigender Flüssigkeit im Bypass bedeckt, so ändert sich die Resonanzfrequenz der Schwinggabel. Durch das Eintauchen in die Flüssigkeit wird die Frequenz kleiner. Diese Frequenzänderung wird ausgewertet und in ein Schaltsignal umgesetzt.
Mit dem Vibrationsmessprinzip von Endress+Hauser kann der Grenzstand unbeeinflusst von den physikalischen Eigenschaften des Mediums, wie Leitfähigkeit, Dielektrizitätskons­tante, Dichteänderung, Druck oder Temperatur, erfasst werden. Auch Turbulenzen, Schaumbildung oder perlende Flüssigkeiten beeinträchtigen die Grenzstanddetektion nicht.
Das geführte Radar des Levelflex FMP51 bietet hohe Zuverlässigkeit selbst im Fall von bewegten Oberflächen und Schaumbildung oder wenn zahlreiche Einbauten in den Messpfad hinein ragen. Der Sensor ist für kontinuierliche Füllstandmessungen auch unter anspruchsvollen Prozessbedingungen, wie hohen Temperaturen und hohen Drücken, gut geeignet und kann zur Messung von Flüssigkeiten, ­Pasten und Schlämmen eingesetzt werden, wie auch zur Trennschichtmessung. Die Messung wird nicht durch wechselnde Medien, Temperaturänderungen, Gasüberlagerungen oder Dämpfe, beeinträchtigt. Genau dies ist für die exakte Messung bei der Brauerei Ustersbach entscheidend.
Durch die konsequente Entwicklung der Signaleinkopplung und der Software ist zur zuverlässigen Füllstandmessung mit geführtem Radar ein einzelner robuster Stab die beste Lösung. Physikalisch hat die Einstabsonde, eingebaut im Bypass, jedoch die gleiche hohe Mess-Performance wie eine Koaxialsonde. So können Produkte mit DK >1,4, wie verflüssigte Gase, sicher gemessen werden. Die Bypass-Abgänge sowie Schweißnähte bis 5 mm stören die Messung nicht. Durch den Stab geführt, werden die Mikrowellenimpulse in Richtung der Mediumoberfläche gesendet. Durch den DK-Sprung (Veränderung der Dielektrizitätskonstante von Atmosphäre zur Mediumoberfläche) erfolgt eine Reflexion der hochfrequenten Mikrowellenimpulse zum Empfänger. Aus der Laufzeit der Impulse wird bei bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit der Füllstand ermittelt. Aufgrund der Eigenschaften der Mikrowellenimpulse sind diese nahezu unabhängig von Medium- und Prozesseigenschaften.

Komplettlösung mit Wartungsvorteil
Üblicherweise kosten Planung, Beschaffung und Instandhaltung von kompletten Bypass-Messstellen viel Zeit und Geld. Eine Bypass-Messstelle ohne mechanisch bewegte Teile ist jedoch nahezu wartungsfrei. Die Komplettmessstelle wird im Werk vormontiert und auf die vorhandenen Kundendaten parametriert. Dies ist beispielsweise bei Verdrängersystemen nicht möglich, da beim Transport mechanische Beschädigungen nicht ausgeschlossen werden können. Vormontierte Komplettmessstellen, wie jene bei Ustersbacher installierte Anwendung, minimieren somit zusätzlich Aufwendungen und Kosten für Fracht, Montage und Inbetriebnahme des Systems.
Die Komplettlieferung der Messstelle durch Endress+Hauser deckt die folgenden Aspekte ab:
∙ das Engineering der Bypass-Messstelle sowie die CAD-Zeichnungen;
∙ die Beschaffung der Bypässe sowie deren Zubehör, wie Schrauben, Muttern, Unterlegscheiben und Dichtungen;
∙ die Auswahl der Messtechnik sowie deren Montage, ­Parametrierung und Funktionsprüfung.
Auch das Einstellen der Blockdistanz und das Ausblenden von Störfaktoren erfolgte direkt von den Spezialisten. ­Ustersbacher erhielt einen Systemabgleich inklusive Protokoll sowie eine komplette Dokumentation. Eine Einweisung und Schulung des Betriebspersonal gehörte ebenfalls zur Inbetriebnahme-Leistung.

Fazit
Seit zwei Jahren setzt die Brauerei Ustersbach auf die Bypass-Messstelle mit geführtem Radar von Endress+Hauser ein. Eine erste Bilanz hat ergeben: Die Betriebskosten wurden reduziert und die Sicherheit erhöht. „Wir sind sehr zufrieden und haben einen völlig problemlosen Betrieb dieser Messstelle. Außerdem fällt der Wartungsaufwand weg, den wir für die Magnetklappenschalter betreiben mussten“, freut sich Josef Geh, technischer Leiter bei der Brauerei Usters­bacher bei Augsburg. (ih)

Olivia Homberger ist Produktmanagerin Füllstand bei der Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co KG in Weil. olivia.homberger@de.endress.com

Olivia Homberger ist Produktmanagerin Füllstand bei der Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co KG in Weil. olivia.homberger@de.endress.com