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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung des Ergebnisses eines Reinigungsprozesses in einem Behälter oder einer Rohrleitung.
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In der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, aber auch in anderen Zweigen der Industrie, werden Behälter, Rohrleitungen oder Systeme aus mehreren Behältern und Rohrleitungen in einer großen Vielzahl eingesetzt. Ein Beispiel sind Abfüllanlagen. Derartige Behälter und Rohrleitungen müssen regelmäßig gereinigt werden. Hierzu sind beispielsweise Sprühköpfe an der Wandung und/oder in den Deckel eines Behälters eingebracht, über welche der Behälter mit Reinigungsflüssigkeit und Desinfektionsmittel reinigbar ist.
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Um Hygienestandards einzuhalten ist eine rückstandslose Reinigung erforderlich. Auch darf sich kein Biofilm an der Wandung bilden. Zur Effizienzprüfung eines Reinigungsprozesses ist es beispielsweise bekannt, eine Testlösung auf die zu reinigende Fläche aufzubringen, diese auftrocknen zu lassen und dann das Reinigungsprogramm durchzuführen. Nach der Reinigung erfolgt eine visuelle Prüfung des Ergebnisses. Dieses Verfahren wird vor alter zum Aufzeigen von Konstruktionsmängeln bei Neuanlagen und bei Revisionen eingesetzt. Für die ständige Überprüfung von Reinigungsprozessen ist dieses Verfahren relativ aufwendig.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit welchem das Reinigungsergebnis nach einer Reinigung eines Behälters oder einer Rohrleitung automatisch überprüft werden kann.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mindestens ein auf dem kapazitiven und/oder konduktiven Prinzip beruhender Sensor derart in einer Wandung des Behälters oder der Rohrleitung installiert wird, dass eine Oberfläche des Sensors höchstens frontbündig mit der Wandung des Behälters oder der Rohrleitung abschließt, und dass nach dem Reinigungsprozess von dem Sensor detektiert wird, ob die Oberfläche des Sensors frei oder zumindest teilweise mit einem von Luft verschiedenen Medium bedeckt ist.
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Die Oberfläche des Sensors ist gegenüber der Innenwandung des Behälters oder der Rohrleitung nach hinten versetzt oder sie schließt im Wesentlichen bündig mit der Wandung ab. Im Wesentlichen bündig bedeutet hierbei, dass die Oberfläche des Sensors relativ zur Wandung um höchstens ein paar Millimeter, vorzugsweise höchstens 5 mm, in den Behälter hineinragt oder zurückversetzt ist. In Abhängigkeit der Form der Oberfläche des Sensors befindet sich vor dem Sensor allenfalls ein schmaler Hohlraum, welcher durch die Oberfläche und den Prozessanschluss des Sensors begrenzt ist. Der Sensor wird vorzugsweise einmalig in dem Behälter oder der Rohrleitung installiert und dient fortan der Überprüfung der durchgeführten Reinigungsprozesse.
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Eine erste Ausgestaltung sieht vor, dass der Sensor zur Detektion des Mediums mit mindestens einem elektrischen Spannungssignal beaufschlagt wird. Aus dem Antwortsignal wird die Kapazität oder die elektrische Leitfähigkeit des Mediums vor dem Sensor bestimmt und hieraus ermittelt, ob die Oberfläche des Sensors zumindest teilweise mit Medium bedeckt ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird der Sensor in einem Behälter mit einem Rührwerk installiert. Durch die allenfalls frontbündige Installation des Sensors ragt der Sensor nicht in den Behälter oder die Rohrleitung hinein und stellt somit beispielsweise keinen Widerstand für bewegliche Teile in dem Behälter oder der Rohrleitung dar.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird erkannt, ob Rückstände eines Prozessmediums oder einer Reinigungsflüssigkeit auf der Oberfläche des Sensors anhaften.
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In einer Ausgestaltung wird dass erkannt, ob sich ein Biofilm an der Oberfläche des Sensors angelagert hat.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Alarmsignal erzeugt, falls sich nach dem Reinigungsprozess Medium auf der Oberfläche des Sensors befindet. Das Alarmsignal kann beispielsweise einen weiteren Reinigungsprozess triggern oder dem Bedienpersonal signalisieren, dass eine visuelle Kontrolle oder manuelle Nachreinigung erforderlich ist. Rückstände können auch von einer Dejustierung eines Sprühkopfs herrühren, sodass eine Korrektur der Ausrichtung des Sprühkopfs wieder zu den gewünschten Reinigungsergebnissen führt.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der Sensor an einer insbesondere von einem Sprühkopf schlecht zu reinigenden Stelle in der Wandung positioniert wird. Die Reinigungseffizienz wird dann an dieser kritischen Steile überwacht. Eine weitere kritische Stelle ist beispielsweise in einem Rührwerksbehälter ein Ort, an welchem keine oder nur geringe Turbulenzen entstehen.
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In einer Ausgestaltung wird der Sensor derart installiert, dass sich ein minimaler Totraum zwischen dem Sensor und der Wandung des Behälters oder der Rohrleitung ausbildet. Mediumsrückstände setzen sich vor allem in Toträumen ab. Steht der geringste Totraum in Verbindung mit dem Sensor, ist der Reinigungsprozess somit besonders gut überwachbar.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird ein Messwert des Sensors mit mindestens einem hinterlegten Referenzwert verglichen, und an Hand einer Abweichung des Messwerts von dem Referenzwert bestimmt, ob die Oberfläche des Sensors zumindest teilweise mit Medium bedeckt ist. In der Elektronikeinheit des Sensors sind beispielsweise Kalibrierdaten abgelegt. Diese dienen als Referenzwerte für einen unbedeckten und bedeckten Sensor. Weiterhin können Werte für bestimmte Medien hinterlegt sein, da die gemessene Kapazität von der Dielektrizitätskonstante des Mediums abhängt. Durch einen Vergleich der aktuellen Messwerte mit den hinterlegten Zuordnungen kann somit bestimmt werden, ob die Oberfläche des Sensors mit Medium bedeckt ist oder nicht und zudem zwischen einem dünnen Ansatz bzw. teilweiser Bedeckung und vollständiger Bedeckung unterschieden werden.
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Bei dem Sensor handelt es sich vorzugsweise um einen aus der Füllstandsmessung bekannten Sensor mit einer Sonde. Eine derartige Sonde weist einen koaxialen Aufbau aus Elektroden und Isolierungen auf. Vorteilhaft ist ein Aufbau aus Sensorelektrode, Guardelektrode und Masseelektrode, wobei die einzelnen Elektroden jeweils durch eine Isolierung voneinander getrennt sind. Derartige Sensoren werden von der Anmelderin unter dem Namen Liquipoint hergestellt und vertrieben. Zur kapazitiven Füllstandsmessung werden Sensorelektrode und falls vorhanden auch die Guardelektrode zumindest zeitweise mit einem elektrischen Wechselspannungssignal beaufschlagt und aus einem Empfangssignal die Kapazität zwischen Sensorelektrode und Behälterwandung bzw. Masseelektrode bestimmt. An Hand der Kapazität, welche wegen der unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten für Medium und Luft verschieden ist, unterscheidet der Sensor, ob dessen Oberfläche mit Medium bedeckt oder frei, d. h. von Luft umgeben, ist. Sensoren, welche eine Guardelektrode aufweisen, sind in der Lage, zwischen einer vollständigen Bedeckung mit Medium und einer Bedeckung mit einer dünnen Schicht in Form von anhaftendem Ansatz zu unterscheiden. Zur Füllstandsmessung wird Ansatz kompensiert. Ansatz lässt jedoch auch bestimmen, beispielsweise indem eine Änderung der Phasenverschiebung zwischen Sendesignal und Empfangssignal detektiert wird.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt einen in einen Rührwerksbehälter eingebrachten Sensor;
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2 zeigt schematisch den Aufbau einer kapazitiven Sonde;
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3 zeigt schematisch einen Prozessanschluss mit Sensor.
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In 1 ist ein Rührwerksbehälter 1 dargestellt. Das Rührwerk 3 ist entlang der Mittelachse des Behälters 1 ausgerichtet und besitzt zwei Rührwerksflügel, welche sich um die Mittelachse drehen. Die Rührwerksflügel führen die Bewegung hierbei in einem sehr geringen Abstand zu der Wandung des Behälters 1 aus. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen Rührwerksflügel und Wandung einige Millimeter.
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In die Wandung des Behälters 1 ist ein auf dem kapazitiven Prinzip beruhender Sensor 2 eingebracht. Dieser umfasst eine Sonde 4, deren Oberfläche 21 dem Inneren des Behälters 1 zugewandt ist, und ein außerhalb des Behälters 1 angeordnetes Feldgehäuse, in welchem sich die Elektronik des Sensors 2 befindet. Die in dem Behälterinneren befindliche Oberfläche 21 des Sensors 2 wird von der Oberfläche 21 der Sonde 4 gebildet.
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Ist die Oberfläche 21 des Sensors 2 keine Ebene, sondern beispielsweise die Oberfläche 21 eines Konus, wird der Sensor 2 entsprechend derart positioniert, dass die Spitze des Konus auf einer gedachten Fortführung einer Mantellinie des Behälters 1 liegt oder mit einem geringen Abstand zur Mantellinie nach hinten versetzt ist. Hierdurch stellt der Sensor 2 keine Behinderung für die Flügel des in dem Behälter 1 befindlichen Rührwerks dar.
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Der Sensor 2 kann prinzipiell überall in dem Behälter 1 angebracht werden. Vorzugsweise erfolgt die Installation an einer für die Reinigung kritischen Stelle. Eine solche Stelle befindet sich beispielsweise unmittelbar benachbart zu einem Sprühkopf, zwischen Rührwerk 3 und Behälterwand, in einem zu überwachenden Sprühschatten des Sprühkopfes oder im Übergangsbereich zwischen zylindrischem Behälterteil und Bodenbereich. Der Bodenbereich ist beispielsweise ein Klöpperboden.
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Nach der Durchführung eines Reinigungsprozesses sollte die Oberfläche 21 des Sensors 2 frei von Medium oder Ansatz sein. Ist dies nicht der Fall, war der Reinigungsprozess nicht erfolgreich. Erkennt der Sensor 2 nach dem Reinigungsprozess, dass sich Medium an der Oberfläche 21 des Sensors 2 befindet, wird ein Alarmsignal erzeugt.
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Ein schematischer Aufbau der Sonde 4 ist in 2 gezeigt. Die stabförmige Sensorelektrode 41 ist von einer Isolierung 44 umgeben. Diese ist konzentrisch von der Guardelektrode 42 umgeben. Eine weitere Isolierung 44 trennt die Guardelektrode 42 von einem rohrförmigen Abschnitt des Gehäuses 43, welcher den Aufbau aus Elektroden 41, 42 und Isolierungen 44 konzentrisch umschließt. Das Gehäuse 43 ist metallisch und dient auch als Masseelektrode. Die Isolierungen 44 sind aus Kunststoff, Glas oder Keramik gefertigt. Isolierungen 44 und Elektroden 41, 42 sind derart ausgestaltet, dass sie eine spaltfreie Oberfläche 21 bilden. Hierdurch können keine Bakterien eindringen, sodass die Sonde 4 für hygienische Anwendungen geeignet ist. Die Oberfläche 21 der Sonde 4 ist beispielsweise eine Kreisfläche oder sie bildet die Mantelfläche eines Konus. Alternativ zu der dargestellten Ausführungsform kann die Sonde 4 eines kapazitiven oder konduktiven Sensors 2 auch nur eine Masseelektrode und eine Sensorelektrode 41 umfassen, welche voneinander durch eine Isolierung 44 getrennt sind.
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In 3 ist ein über einen Prozessanschluss 5 in den Behälter 1 eingebauter Sensor 2 dargestellt. Der Prozessanschluss 5 stellt eine Öffnung bereit, in welche die Sonde 4 des Sensors 2 einbringbar ist.
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Vorteilhaft verfügt der Prozessanschluss 5 über eine Anschlusskante 51, welche als Teil der Wandung der Öffnung ausgebildet ist und in die Öffnung hineinragt, und welche derart ausgestaltet ist, dass die in die Öffnung eingebrachte Sonde 4 mit einem Randbereich der die prozesszugewandte Oberfläche 21 bildenden Stirnfläche dicht an der Anschlusskante 51 anliegt. Durch die Anschlusskante 51 wird eine metallische und somit besonders hygienische Dichtung realisiert. Zur Gewährleistung der Dichtheit ist ein Dichtring 53 vorgesehen, welcher von dem Sensor 2 gegen die Wandung des Prozessanschlusses 5 und/oder die Anschlusskante 51 angepresst wird.
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Die Oberfläche 21 des Sensors 2 ist vorzugsweise gegenüber der Wandung des Behälters 1 von dem Inneren des Behälters 1 wegweisend nach hinten versetzt. Der Abstand zwischen dem prominentesten Punkt der Oberfläche 21 und einer sich in die Öffnung erstreckenden gedachten Verlängerung einer Mantellinie der Wandung des Behälters 1 beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 2 mm, insbesondere 0,5 mm.
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Falls sich nach der Durchführung eines Reinigungsprozesses noch Reste des Mediums in dem Behälter 1 befinden, haben sie sich mit hoher Wahrscheinlichkeit auch in dem Hohlraum 52 vor der Oberfläche 21 des Sensors 2 abgelagert. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Sensor 2 an einer ohnehin ungünstig zu reinigenden Stelle angeordnet wird. Detektiert der Sensor 2 nach Beendigung des Reinigungsverfahrens noch Medium, wird ein Alarmsignal erzeugt. Einzelne Reinigungsschritte oder das komplette Reinigungsprogramm werden dann wiederholt oder es erfolgt eine visuelle Kontrolle durch das Bedienpersonal.
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Wird ein Sendesignal in Form einer Wechselspannung an die Sensorelektrode 41 und die Guardelektrode 42 angelegt, kann aus dem Antwortsignal bestimmt werden, ob sich Medium vor der Sonde 4 befindet. Das Antwortsignal ist beispielsweise ein Spannungssignal, welches die zwischen Sensorelektrode und Behälter 1 bzw. Gehäuse 43 bestehende Spannung angibt und aus welchem sich die Kapazität bestimmen lässt. Ansatz wird durch die Guardelektrode 42 kompensiert. Beispielsweise aus der Phasenverschiebung zwischen Sendesignal und Antwortsignal ist jedoch ermittelbar, ob sich Ansatz auf der Oberfläche 21 der Sonde 4 befindet. Der kapazitive Sensor 2 kann somit während des Betriebes den Füllstand des Prozessmediums überwachen und nach einer Reinigung Ansatz erkennen und somit den Reinigungsprozess überwachen. Ein Sensor 2 ohne Guardelektrode 42 differenziert nicht zwischen Ansatz und Bedeckung mit Medium auf Grund eines Füllstands, welcher oberhalb des Sensors 2 liegt.
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Mit einer Sonde 4 nach 2 kann der Füllstand auch konduktiv bestimmt werden. Leitfähiger Ansatz wird hierbei ebenfalls erkannt. Die Überwachung des Reinigungsprozesses ist somit auch über eine konduktive Bestimmung des Bedeckungsgrads der Oberfläche 21 des konduktiven Sensors 2 möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Behälter
- 2
- Sensor
- 21
- Oberfläche
- 3
- Rührwerk
- 4
- Sonde
- 41
- Sensorelektrode
- 42
- Guardelektrode
- 43
- Gehäuse
- 44
- Isolierung
- 5
- Prozessanschluss
- 51
- Anschlusskante
- 52
- Hohlraum
- 53
- Dichtungsring
