Erwin Eekelder
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Immer mehr Firmen in verschiedensten Industriebereichen gehen in Richtung kleiner Durchflüsse. Insbesondere in der chemischen Industrie, in der Lebensmittel- und in der Pharmabranche geht der Trend in Richtung kontinuierlicher Produktionsprozesse, Vermeidung von Abfällen, geringerer Standzeiten und höherer Flexibilität. Dies erfordert die Messung und Regelung kleiner Durchflüsse.

Auf dem Markt gibt es eine Vielzahl von Ultraschall-Messgeräten für größere Durchflüsse mit Rohrquerschnitten ab etwa 1 Zoll bzw. 25 mm. Es ist allerdings ungleich schwieriger, einen Ultraschall Durchflussmesser für kleinere Rohrdurchmesser zu bekommen. Herkömmliche Ultraschall-Durchflussmesser arbeiten entweder auf Basis des Doppler-Effektes oder über eine Transitzeit-Messmethode. Beide Methoden sind geeignet für große Rohrquerschnitte, stoßen aber bei kleineren Durchmessern an ihre Grenzen.

Wie sieht es aus mit Ultraschall-Durchflussmessungen bis 1500 ml/min oder weniger?

Aufgrund der Komplexität von Physik und Technik gibt es in diesem speziellen Strömungsbereich nicht viele Messprinzipien, insbesondere keine Ultraschall-Durchflussmesser. Die große Herausforderung bestand also darin, eine Lösung für Ultraschall in Rohren mit sehr kleinen Durchmessern zu finden. In enger Zusammenarbeit mit TNO (niederländische Organisation für angewandte wissenschaftliche Forschung) konnte Bronkhorst mit der Ultraschallwellentechnik ein innovatives Instrument entwickeln. Diese Technologie wird in der neuen ES-FLOW™ -Serie zur Messung von Flüssigkeitsvolumenströmen zwischen 4 bis 1500 ml/min unabhängig von Flüssigkeitsdichte, Temperatur und Viskosität mit einer Genauigkeit von 1% v.M. ± 1 ml/min angewendet.

Wie arbeitet der neue Ultraschall-Durchflussmesser?

Der ES-FLOW™ basiert auf Ultraschalltechnologie. Die Messung erfolgt in einem geraden Edelstahlrohr mit einem Innendurchmesser von 1,3 mm, ohne Hindernisse oder Totvolumina. An der Außenseite des Sensorrohres befinden sich mehrere Ultraschall-Sensoren (Transducer Discs), die durch radiale Oszillation Ultraschallwellen erzeugen. Jeder Messumformer kann senden und empfangen, daher werden alle Up- und Downstream-Kombinationen aufgezeichnet und verarbeitet. Durch genaues Messen der Zeitdifferenz zwischen den Aufnahmen (Nanosekundenbereich) werden die Strömungsgeschwindigkeit und die Geschwindigkeit des Schalls berechnet. Bei der Kenntnis dieser Parameter und des exakten Röhrenquerschnitts ist der ES-FLOW™ in der Lage, Flüssigkeitsvolumen zu messen. Das Alleinstellungsmerkmal dieses Instrumentes ist dessen Fähigkeit, die aktuelle Schallgeschwindigkeit zu messen. Das heißt, die Technologie ist unabhängig vom Medium und eine Kalibrierung auf das aktuelle Fluid ist nicht nötig. Dazu kann die Schallgeschwindigkeit als Indikator für die im Strömungsmesser vorhandene Flüssigkeitsart verwendet werden.

Messprinzip ES-FLOW

Vier Gründe für die Verwendung des ES-FLOW™ Ultraschall-Durchflussmessers:

1. Ein Sensor für mehrere Flüssigkeiten Viele Unternehmen haben wechselnde Prozessbedingungen und nutzen verschiedene Flüssigkeiten wie Additive oder Lösungsmittel. Da die ES-FLOW™ -Technik fluidunabhängig ist, wird bei Flüssigkeitswechsel keine Rekalibrierung benötigt. Auch nicht leitfähige Flüssigkeiten wie z.B. destilliertes bzw. demineralisiertes Wasser oder Lösemittel können gemessen werden.

2. Einfache Reinigung, geringes Verstopfungsrisiko Reinigungsprozesse sind häufig sehr zeitraubend. Auf Grund des geraden Sensordesigns ohne Totvolumina haben Partikel und Verschmutzungen nur geringe Möglichkeiten, Ablagerungen zu bilden oder das Gerät zu verstopfen. Daher kann der Reinigungsprozess in wenigen Minuten durchgeführt werden, Ausfallzeiten werden so auf ein Mindestmaß limitiert.

3. Unempfindlich gegenüber Vibrationen Die Ultraschallmessung ist unempfindlich gegenüber Vibrationen, weil er nicht mit Schwingungsfrequenzen oder Rotation arbeitet. Außerdem hat es keinen Einfluss, ob die Strömung laminar oder turbulent ist.

4. Integrierte PID-Regelung und schnelle Reaktionszeit Die integrierte PID-Regelung kann zur Ansteuerung einer Pumpe oder eines Ventils benutzt werden. Der Anwender ist damit in der Lage, einen kompletten Regelkreis mit kurzen Reaktionszeiten aufzubauen.

Hans-Georg Frenzel
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Wir alle kennen und lieben leckere Torten und Kuchen. Kuchen und Torten gehören auf jede Feier, egal ob Geburtstage, Hochzeiten oder gemütliches Kaffeetrinken mit Freunden oder Familie. Die Herstellung einer Torte ist allerdings sehr zeitaufwendig und erfordert einiges an Geschick. Deswegen greifen viele zu fertigen Torten aus der Konditorei oder als Tiefkühlware. Heute möchte ich Ihnen ein wenig darüber erzählen, wie so ein Prachtstück hergestellt wird.

Herstellung von Bisquitböden

Zur Herstellung einer Torte benötigt man zunächst einmal einen oder mehrere Biskuitböden. Diese sollen locker und weich die Torte stützen und deren Basis bilden. Diese Biskuitböden werden in der Fabrik aber selten in einzelnen, runden Formen hergestellt, sondern auf einem Blechband in einem Durchlaufofen. Der Teig wird mittels Düsen auf diesem Blechband aufgetragen und anschließend gebacken. Am Ende des Ofens werden die einzelnen Böden im gewünschten Durchmesser aus der Teigfläche gestanzt und in die Tortenfertigung weiter geleitet.

Damit der Teig immer gleichbleibend locker ist und die einzelnen Böden stets das gleiche Gewicht haben, wird neben Backtreibmittel im Teigansatz auch die Schaumtechnologie eingesetzt. Dabei kommt ein Schaum-Mixer zum Einsatz, in dem aus der angesetzten Teigmasse und Luft kontinuierlich ein Schaum generiert wird. Dieser wird dann in der entsprechenden Stärke auf das Backband gestrichen und anschließend gebacken.

Massendurchflussregler sorgen für die korrekte Luftmenge

Damit der Schaum über die laufende Produktion immer die gleiche Konsistenz und Qualität aufweist, gilt es nicht nur die Förderleistung der Teigmasse, sondern auch die Luftmenge korrekt zu regeln. Durch den Einsatz von Massendurchflussregler wie dem EL-FLOW Select von Bronkhorst ist die präzise Regelung der erforderlichen Luftmenge jederzeit sichergestellt und die Qualität der Torten ist gleichbleibend hoch.

EL-FLOW Select

Bild1: EL-FLOW Select Massendurchflussregler für Regelung der erforderlichen Luftmenge

Die Schlagsahne

In der Torten-Konfektionierung werden die Biskuitböden dann mit Schlagsahne und weiteren Füllungen bestrichen und die Torten dann mit Schlagsahne entsprechend verziert. Um diese Schlagsahne aus der flüssigen Sahne herzustellen, werden auch hier Schaum-Mixer eingesetzt. Auch hier haben sich die Bronkhorst Massendurchflussregler aufgrund ihrer präzisen Funktion in der Praxis bestens bewährt. Ist die Technologie auch der Teigherstellung ähnlich, so sind die Anforderungen an das System doch unterschiedlich.

Hygieneanforderungen: Cleaning in Place - CIP und Sterilization in Place - SIP

In der Lebensmittelproduktion gelten hohe Hygieneanforderungen. Bei der Teigherstellung wird der Mixer mittels CIP-Verfahren (Cleaning in Place) unter Verwendung von Reinigungsadditiven von Rückständen gesäubert. Mit CIP und dem anschließenden Backprozess ist ein einwandfreies Produkt garantiert.

Bei der Sahneherstellung hingegen muss sichergestellt sein, dass alle produktberührten Oberflächen in dem Schaum-Mixer wirklich sauber sowie frei von Rückständen und Keimen sind. Schließlich handelt es sich um ein süßes Milchprodukt und die Torte soll über einen längeren Zeitraum bei entsprechender Lagerung haltbar sein.

Aus diesem Grunde müssen solche Maschinen nicht nur in der CIP mit Reinigungsadditiven gereinigt, sondern auch SIP (Sterilisation in Place) keimfrei gemacht werden. Die Konstruktion der Maschine erlaubt es, dass der Produktraum der Maschine über einen längeren Zeitraum mit Sattdampf bei einer Temperatur von 130 °C sterilisiert wird. Das Ergebnis ist die lange Mindesthaltbarkeit der Torten unter Einhaltung der erforderlichen Kühlkette.

Anlage zur Aufschäumung

Bild 2: Aufschäumeranlage von Hansa Mixer

Hansa Mixer ist ein mittelständisches Unternehmen im Bereich Sondermaschinenbau. Neben der Herstellung von Schaum-Generatoren, sowohl für den Food- als auch für den Non-Food-Bereich, gehören auch technische Ausrüstungen vor und nach dem Schaum-Mixer zum Lieferumfang an die Kunden. Dabei handelt es sich nicht um Serienprodukte, sondern jede Anlage, die ausgeliefert wird, ist kundenspezifisch ausgelegt und individuell auf das Produktdesign des Kunden abgestimmt. Das Herzstück eines jeden Schaummixers ist der sogenannte Mixkopf, der nach dem Rotor-/Stator-Prinzip arbeitet. Die so erzeugten Turbulenzen und Scherkräfte erzeugen aus dem pumpfähigen Medium (z.B. Teig oder Sahne) und einem Schaumgas (Luft) eine feine Dispersion, in diesem Fall einen „Schaum“, der dann kontinuierlich weiter verarbeitet wird.

Logo Hansa Mixer

Für weitere Fragen stehen wir von Hansa Mixer Ihnen auf der Anuga FoodTec vom 20.-23. März in Köln (Halle 10.1, Stand A023) zur Verfügung.

Erfahren Sie mehr über weiterer Einsatzmöglichkeiten von Massendurchvlusssreglern in der Eiscreme-Produktion

Erwin Eekelder
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Die Nachfrage nach natürlichen und gesünderen Inhaltsstoffen (wie z.B. bei Süßigkeiten mit Vitaminen oder Mineralstoffen) steigt ständig. Deswegen entscheiden sich viele Hersteller von Schokolade und Süßwaren dafür, statt der bisher verwendeten künstlichen Aromen, Farbstoffe und Additive natürliche Zusatzstoffe einzusetzen. Natürliche Additive sind nicht nur teurer, häufig treten hier auch ändernde Fluideigenschaften (z.B. Dichte und Viskosität) auf, daher sind Rückverfolgbarkeit und ein exakter Prozess sehr wichtig.

Die gewünschte Flow-Lösung sollte detaillierte Prozessinformationen, effizientere Produktionslinien, eine bessere Produktkonsistenz und eine höhere Qualität des Gesamtprozesses liefern. Hierfür haben wir einen Ultraschall-Durchflussmesser für kleine Flüssigkeitsvolumenströme entwickelt, den ES-FLOW.

Der Süßwarenmarkt

Die Prognosen für den Süßwarenmarkt nennen Zahlen von 275 Milliarden Doller bis 2025, das ist also ein enormer Markt mit hohem Wachstumspotential. Aktuell ist Amerika die Nr. 1 im Süßwarenhandel, schaut man aber auf den Pro-Kopf-Verbrauch, haben die europäischen Länder die Nase vorne. Nach Daten aus 2016 (Euromonitor 2016) liegt der höchste Pro-Kopf-Verbrauch sogar bei uns in Deutschland.
Die Hersteller von Süßigkeiten lernen kontinuierlich vom Markt, um das tägliche Leben ihrer Kunden angenehmer zu gestalten. Eine nachhaltige Lieferkette, die Verbesserung des Wohlbefindens der Verbraucher und kontinuierliche Produktinnovationen sind erforderlich, um langfristig mit den Bedürfnisse dieses Marktes Schritt zu halten.

Schokoladenproduktion

Kontinuierliche Produktion

Gleichzeitig sind in den letzten Jahren Trends zu einem kontinuierlichen Produktionsprozess, Abfallvermeidung, kürzeren Stillstandszeiten und höherer Flexibilität nicht nur im Lebensmittelbereich, sondern auch in der chemischen Industrie zu beobachten.

Die Verwendung von Zusatzstoffen - Aromen und Farben - erfordert, dass kleine Durchflussmengen gemessen und kontrolliert werden. Hierfür gibt es nicht viele Lösungen. Heutzutage setzen viele Konditoren Dosierpumpen ein und setzen auf Verdrängung. Aber wie kann man sicher sein, dass das gewünschte Volumen tatsächlich dosiert wurde? War der Pumpenkopf vollständig mit Flüssigkeit gefüllt? Oder ist die Pumpe (teilweise) trocken gelaufen?

Dosierpumpen werden in der Regel für ein bestimmtes Fluid und einen bestimmten Durchfluss programmiert und kalibriert. Bei sich ändernden Prozessbedingungen oder Produktionsumstellungen muss die Pumpe immer wieder auf die aktuellen Parameter angepasst werden, was zu langen Stillstandszeiten führen kann. Der Ultraschall-Volumenstrommesser ES-FLOW ist hier eine echte Alternative. Er verfügt über einen integrierten PID-Regler, mit dem Pumpen und Ventile betrieben werden können. Dies ermöglicht dem Anwender den Aufbau eines kompletten automatisierten Regelkreises mit kurzen Reaktionszeiten. Eine Änderung der Parameter erfordert hier keine aufwändige Neuprogrammierung.

Durchflussmessung und -regelung in Echtzeit für Durchflüsse kleiner als 1500 ml/min oder sogar 200 ml/min? In enger Zusammenarbeit mit TNO (niederländische Organisation für angewandte wissenschaftliche Forschung) ist es uns gelungen, ein Gerät mit Ultraschallwellentechnologie für geringe Durchflüsse zu entwickeln. Diese Technologie wird in der Ultraschall-Durchflussmessgeräteserie ES-FLOW zur Messung und Regelung von Flüssigkeitsvolumenströmen zwischen 4 und 1500 ml/min unabhängig von Flüssigkeitsdichte, Temperatur und Viskosität mit einer Genauigkeit von 1% der Rate ± 1 ml/min eingesetzt.

Sie möchten genauer wissen, wie der ES-FLOW funktioniert?

Schauen Sie in unseren Blog-Beitrag: Bestimmung kleiner Volumenströme mit Ultraschallwellen – Der neue ES_FLOW

Keine Rekalibrierung

Viele Unternehmen haben wechselnde Prozessbedingungen und setzen häufig eine Vielzahl von Additiven und Lösungsmitteln ein. Der Ultraschall-Volumenstrommesser ES-FLOW ist flüssigkeitsunabhängig, so dass eine Nachkalibrierung nicht erforderlich ist. Auch nichtleitende Flüssigkeiten wie destilliertes und demineralisiertes Wasser oder Lösungsmittel können gemessen werden. Darüber hinaus ist der Sensor unempfindlich gegen Umgebungsvibrationen.

Hygienisches Design

Das Gerät ist nach hygienischen Standards mit einem selbstentleerbaren geraden Fühlerrohr, Oberflächenrauhigkeit ≤ 0,8 µm und ohne Totvolumen konzipiert. Dadurch können sich Partikel oder Bakterien nicht leicht anreichern und das Sensorrohr kontaminieren. Dadurch dauert der Reinigungsprozess nur wenige Minuten, was Stillstandszeiten minimiert.

Erfahren Sie mehr über das Messprinzip hinter dem Ultraschalldurchflussmesser für kleine Flüssigkeitsmengen:

Erfahren Sie mehr über unseren Pilotserien-Prozess für den ES-FLOW.

James Walton
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Ein Blogbeitrag von Ashley Buck, Produktmanager Coriolis bei Bronkhorst UK

Während meiner 4 Jahre als Produktmanager von Coriolis bei Bronkhorst UK habe ich sehr viel mit Vertretern aus allen Bereichen der industriellen Anwendung gesprochen. Meine gesammelten Erfahrungen aus dieser Zeit möchte ich gerne mit Ihnen teilen.

2013, am Anfang meiner Karriere, hat Bronkhorst den M15 auf den Markt gebracht. Das war und ist im Moment der größte Massendurchflussmesser aus der Coriolis-Serie mit seinem eigenen patentierten Sensordesign und einem Durchflussbereich bis 300 kg/h. Ich persönlich habe mich dem M15 immer verbunden gefühlt, weil wir quasi gleichzeitig auf der Coriolis-Bildfläche erschienen sind. Die technischen Daten des M15 finden Sie in unserer Produktbroschüre (http://www.bronkhorst-nord.de/files/coriolis/downloads/brochures-de/mini_cori-flow_m15_d.pdf).

Mit der mini Cori-Flow-Serie hat Bronkhorst eine Reihe von Instrumenten für die Messung und Regelung kleiner Massendurchflüsse geschaffen (M12 – M14), aber es wurde schnell deutlich, dass viele Anwendungen einen höheren Massendurchfluss benötigen und so wurde der M15 entwickelt.

Seitdem haben wir viele verschiedene Applikationen gelöst. Insbesondere im Bereich der Dosierung von Zusatzstoffen wie Aromen, Farbstoffen und Konservierungsmitteln in der Lebensmittelindustrie, Additiven in der Kunststoffverarbeitung oder bei der Dosierung von Ölen in verschiedensten Anwendungsbereichen sind mini Cori-Flow-Instrumente sehr erfolgreich im Einsatz. Sehr schnell begannen einige unserer Kunden, uns zu bitten, sie mit branchenspezifischen Lösungen zu unterstützen. Beispielsweise arbeiten Kunden in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie eng mit uns zusammen, um ihre Normen zu realisieren. Das patentierte Sensordesign des M15 ist einzigartig, denn es ist totvolumen-frei. Das heißt, es wird ein Absetzen bzw. Verbleiben der Fluide verhindert und somit das Risiko der Biokontamination durch Bakterienwachstum vermieden. Dazu sind alle Anschlüsse lasergeschweißt, um möglichst glatte Oberflächen zu erzeugen.

Weitere Tests haben gezeigt, dass das M15-Instrument für eine Reinigung über lange Zeitspannen mit Dampftemperaturen bis zu 135°C betrieben werden kann. Damit ist es möglich, den M15 dort einzusetzen, wo Dampf in der Applikation als eine Reinigungstechnik angewandt wird (SIP – Sterilization/Steam in Place) oder höhere Temperaturen bei der Reinigung mit Flüssigkeiten (CIP – Clean in Place) notwendig sind. Die innere Sensoroberfläche der Instrumente wurden analysiert und entspricht mit < 0.8um Ra dem ISO997 Standard für die Minimierung von Bakterienwachstum auf Oberflächen.

Für mich ist der M15 das Highlight in der Bronkhorst mini CORI-FLOW Familie. Der M15 schlägt andere Instrumente dieses Typs in seiner Performance häufig um Längen und ist deutlich genauer, als von den Anwendern erwartet.

Sie möchten mehr wissen? Unsere Coriolis Instrumente http://www.bronkhorst-nord.de/de/produkte/coriolis_messer_und_-regler/

YouTube https://www.youtube.com/user/BronkhorstCoriTech