Die Auswahl adäquater Druckmesstechnik erfordert ein Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Prozessmedium, Umgebungsbedingungen und Messzellenauslegung. Im produktberührenden Bereich („Food Contact“) stehen geeignete Werkstoffe und hygienegerechte Prozessanschlüsse nach Normen wie DIN 11851 für Milchrohrverschraubungen, DIN 11864 für Aseptikverbindungen, Clamp-Anschlüsse oder herstellerspezifische Schnittstellen wie GEA Varinline im Mittelpunkt. Empfehlungen der EHEDG (European Hygienic Engineering & Design Group) und gegebenenfalls Anforderungen der 3-A Sanitary Standards unterstützen die Auslegung und helfen, mikrobiologische Kontaminationen zu vermeiden.
Ein oft unterschätzter physikalischer Aspekt ist das Zusammenspiel von Membrangröße, Füllflüssigkeit und Prozesstemperatur. Bei Druckmittlersystemen trennt eine elastische Metallmembran das Medium vom Sensor. Das Druckübertragungsmedium – etwa medizinisches Weißöl, Glycerin oder Neobee M-20 für Anwendungen in Brauereien – unterliegt bei Temperaturänderungen einer thermischen Volumenänderung. Je kleiner Membran und Prozessanschluss ausgelegt sind, desto anspruchsvoller kann die Temperaturkompensation werden. Bei kleinen Messbereichen und starken Temperaturschwankungen müssen deshalb ausreichend große Membranen und Anschlüsse gewählt werden, ohne die Strömung in kleinen Rohrleitungen unnötig zu beeinträchtigen.
Aus messtechnischer Sicht können flexible Prozesstransmitter wie die Modelle UPT-20 oder UPT-21 von Wika Vorteile gegenüber fest eingestellten Sensoren bieten. Durch programmierbare Messbereiche und Turndown-Funktionen lässt sich die Variantenvielfalt im Lager reduzieren. Ein Nennbereich von 0 bis 10 bar kann beispielsweise auf einen spezifischeren Bereich wie 0 bis 3,76 bar skaliert werden. Dabei ist zu prüfen, wie sich die Anpassung auf die relative Messabweichung auswirkt. Mechanische Plattenfedermanometer wie die Serie PG43SA von Wika bewähren sich dort, wo auch bei Stromausfall eine lokale Druckanzeige benötigt wird und damit Sicherheit und Arbeitsschutz an druckbeaufschlagten Behältern unterstützt werden. Je nach Geräteausführung ergänzen Schnittstellen wie HART oder IO-Link die Messtechnik um Diagnose- und Kommunikationsfunktionen.
Aseptik: Doppelmembrane und In-Line-Konzepte
In den Rohrleitungssystemen der Prozessindustrie bilden aseptische Abschnitte – etwa im Anschluss an Ultrahocherhitzungsanlagen (UHT), in denen Produkte für kurze Zeit auf bis zu +150 °C erhitzt werden – besonders kritische Prozessbereiche. Tritt hier eine Kontamination auf, können Chargenverluste, Laboranalysen und Ausfallzeiten entstehen. Ein Risiko bei herkömmlichen Druckmittlersystemen besteht darin, dass ein Membranbruch etwa infolge von Druckspitzen während der Sterilisation zunächst unbemerkt bleibt. Dann kann Druckübertragungsmedium in das Produkt gelangen oder Produkt hinter die Membran eindringen. Da das Messgerät unter Umständen weiterhin plausible Werte anzeigt, wird der Defekt möglicherweise erst spät erkannt.
Eine wirksame Sicherheitsbarriere bieten Druckmittlersysteme mit Doppelmembrane und Überwachungselement. Beispiele sind das System DMSU21SA und das Membranüberwachungsmodul DMS-FP von Wika. Der In-Line-Prozesstransmitter DMSU22SA arbeitet dagegen ohne Systemfüllflüssigkeit und verfügt über eine integrierte Membranüberwachung. Je nach Ausführung wird ein Membranbruch über ein Schaltsignal oder eine Kommunikationsschnittstelle an die Prozesssteuerung gemeldet. Die zweite Membrane eines überwachten Druckmittlersystems hält den Prozessdruck weiterhin zurück und trennt Messstoff und Übertragungsmedium. So lässt sich das Risiko einer unbemerkten Produktbeeinträchtigung reduzieren.
Auch das mechanische Einbaukonzept beeinflusst die Effizienz. Das klassische T-Stück ist zwar kostengünstig, sein Abzweig sollte jedoch möglichst kurz sein; als Planungsgrundsatz gilt die 1D-Regel (Abzweiglänge kürzer als ein Rohrdurchmesser), um Toträume zu begrenzen. In-Line-Gehäuse ermöglichen einen totraumarmen Übergang, können durch ihre erweiterte Geometrie aber weiterhin Bereiche schaffen, die im Reinigungszyklus nicht vollständig erfasst werden. Das In-Line-Design ist hier besonders hygienegerecht: Ein Sensorrohr wie beim Modell DMSU22SA von Wika lässt sich direkt in die Rohrleitung integrieren. Bei geeigneter Ausführung bleiben Strömung und Innenkontur weitgehend durchgängig; Toträume und Ablagerungsrisiken lassen sich vermeiden. Das kann Reinigungszeiten sowie den Verbrauch von Wasser, Energie und Reinigungsmitteln reduzieren. Für Filterüberwachungen – etwa bei der Bierfiltration – bieten sich zudem elektronische Differenzdrucktransmitter wie die Typen DPT-EL oder DPT-20 von Wika an, um Veränderungen des Filterzustands kontinuierlich zu erfassen.
Behälter und Tanks: Füllstand und Überdruck
Die Erfassung von Füllständen und Drücken in Tanks, Rühr- und Mischtanks sowie Silos verlangt eine Anpassung an den Behältertyp. Bei offenen oder belüfteten Tanks erfolgt die Füllstandserfassung hydrostatisch über die Flüssigkeitssäule. Moderne Prozesstransmitter können Kennlinien für verschiedene Behältergeometrien hinterlegen und die Anzeige entsprechend linearisieren. So lässt sich der Füllstand bei komplexen Geometrien direkt in ein Volumen umrechnen. Bei einfacheren Anwendungen können weniger komplexe Druckmessumformer ausreichen.
In geschlossenen, aseptischen Tanks überlagert ein Inertgas wie Stickstoff das Produkt, um den Kontakt mit Sauerstoff und anderen Verunreinigungen zu begrenzen. Hier verfälscht der Gasdruck die hydrostatische Messung. Abhilfe schafft die elektronische Differenzdruckmessung in Primär- und Sekundärschaltung. Ein frontbündiger Sensor am Boden erfasst den Gesamtdruck aus Flüssigkeitssäule und Gasdruck, während ein zweiter Sensor im Kopfraum den Referenzwert liefert. Der Messumformer subtrahiert die Signale digital und liefert ein um den Gasdruck korrigiertes Füllstandssignal. Ein Druckabfall kann zudem auf eine Leckage oder einen sinkenden Inertgasvorrat hindeuten.
Bei der Lagerung pulverförmiger Schüttgüter wie Mehl oder Puderzucker in Silos stehen frontbündige Messflächen und die Eignung für staubexplosionsgefährdete Bereiche im Fokus. In Rührtanks erzeugen Rührer und Turbulenzen schwankende Druck- und Füllstandsprofile. Eine Dämpfung im elektronischen Messsystem kann das Ausgangssignal stabilisieren und dadurch zuverlässigere Prozessdaten liefern. Sensoren müssen so montiert werden, dass ihre Membranen bündig oder leicht zurückgesetzt im Stutzen sitzen und nicht mit Rührern oder Abstreifern in Kontakt kommen.
Homogenisierung: Beherrschung extremer Druckspitzen
Homogenisatoren nehmen in der Molkereitechnik und bei der Herstellung verschiedener Lebensmittel und Getränke eine Sonderstellung ein. Um eine Separation von Bestandteilen zu verhindern, wird das Produkt mittels Kolbenpumpe bei Drücken zwischen 100 und 1.500 bar durch einen engen Spalt gepresst. Die dabei entstehenden Druckpulsationen und schnellen Lastwechsel belasten das Messelement. Zudem sollten Luftblasen im Lebensmittel vermieden werden, da sie durch die Kolbenpumpe verdichtet werden und zusätzliche Belastungen verursachen können.
Für diese anspruchsvollen Anwendungen sind spezialisierte Druckmittlersysteme erforderlich, wie beispielsweise der Typ 990.30 von Wika. Er wurde für die dynamischen Druckbeanspruchungen beim Homogenisieren entwickelt. Konstruktive Maßnahmen ermöglichen nach Herstellerangaben Drücke bis zu 2.500 bar und unterstützen eine lange Lebensdauer. Der Druckmittler lässt sich mit verschiedenen Anzeigeinstrumenten, Druckschaltern oder Prozesstransmittern kombinieren. Entscheidend für die Auswahl bleiben die Abstimmung von Prozessanschluss, Druckbereich, Dämpfung und Messprinzip sowie die konkrete Auslegung des Gesamtsystems.
Fazit: Technologietrends und Branchenrelevanz
Die Druckmesstechnik hat sich in der Prozessautomatisierung der Lebensmittelindustrie von einer reinen Überwachungsfunktion zu einem wichtigen Baustein für Prozesssicherheit, Anlagenverfügbarkeit und effizienten Betrieb entwickelt. Drei Entwicklungen sind dabei besonders relevant: Erstens können überwachte Doppelmembranen Membranbrüche frühzeitig erkennen. Zweitens kann konsequentes Hygienic Design dazu beitragen, Toträume zu vermeiden sowie Reinigungszeiten und den Verbrauch von Wasser, Reinigungsmitteln und Energie zu reduzieren. Drittens ermöglichen digitale Schnittstellen zusätzliche Diagnose- und Kommunikationsfunktionen.
Eine Membranüberwachung reduziert das Risiko, dass ein Defekt längere Zeit unbemerkt bleibt; sie verhindert jedoch nicht automatisch Produktverluste oder Stillstände. Ebenso hängt der Nutzen eines In-Line-Designs von der konkreten Anlagen- und Reinigungsgeometrie ab. Digitale Protokolle wie IO-Link und HART können die Parametrierung, Diagnose und Zustandsüberwachung erleichtern, sofern die jeweilige Geräteausführung diese Funktionen unterstützt. Für Ingenieure und Betriebsleiter liegt der Schlüssel zur Optimierung daher in der abgestimmten Betrachtung von Mechanik, Temperatur, Hygiene und Schnittstellen.
Ganzheitliche Systemanbieter wie Wika unterstützen diesen Transformationsprozess mit maßgeschneiderten Lösungen von der Planung über die Implementierung bis zur Kalibrierung im laufenden Betrieb.
