In einem idyllisch gelegenen Städtchen an der deutschen Weinstrasse in der Pfalz ist die Sektkellerei Schloss Wachenheim AG ansässig. Das Unternehmen mit Tradition blickt auf eine Firmengeschichte bis zum Jahr 1888 zurück. Der architektonisch sehr ansprechende Firmensitz symbolisiert die Verbundenheit mit der Vergangenheit, aber im Inneren der Werkshallen findet sich modernste Abfülltechnik mit einem Maschinenpark, der Spitzenleistungen bei dem gewählten Herstellverfahren ermöglicht.
Entsprechend der Tradition des Unternehmens wird der Sekt in traditioneller Flaschengärung hergestellt. Dies entspricht dem Verfahren, das auch bei der Champagner-Herstellung vorgeschrieben ist und grundsätzlich den höheren Qualitätsansprüchen genügt.
Demgemäß ist einer der letzten Stationen in der Herstellung das sogenannte degorgieren. Dabei wird der obere Teil der gefüllten und verschlossenen Flasche bei -26°C vereist, so dass die im Flaschenhals sitzende Hefe zu einem Eisklumpen gefriert. Anschließend wird die Flasche automatisch geöffnet, wobei der gefrorenen Pfropf aufgrund des Überdrucks in der Flasche herausgeschleudert und über ein Leitungssystem entsorgt wird. Zwischen der Reinigungsstation, die nach der Vereisung die Flaschen säubert, und der nachfolgenden “Degorgier-Station“ sitzen die neuen Edelstahl Reflex-Lichtschranken vom Typ MLE76 der Firma Pepperl+Fuchs.
Sie erkennen die Flaschen im Durchlauf zur Steuerung des weiteren Prozesses. Dabei können sehr hohe Bewegungsgeschwindigkeiten dank der Schaltfrequenz von 1 KHz realisiert werden. Zunächst wurden die Geräte an zwei Positionen installiert und ersetzten ältere Modelle, die nicht über die gleichen Eigenschaften verfügten. Die gewählte Variante ist besonders für die Erkennung von Glas geeignet und besitzt einen Teach-Eingang, mit dem sich Programme für unterschiedliche Glaseinfärbungen aktivieren lassen.
Diese Sensoren wurden in enger Zusammenarbeit mit der EHEDG entwickelt und repräsentieren den heutigen Stand des „Hygienic Designs“ in optimaler Form. Dies wurde auch seitens der Sektkellerei Schloss Wachenheim erkannt. Der dort Verantwortliche für die Betriebselektrik Herr Reinhard bestätigte: „… dass im Prozess befindlichen aggressive Substanzen wie Fruchtsäuren, schweflige Säure, Reinigungslösungen, den üblichen Sensoren stark zusetzten. Von dem P+F Produkt erwarte man, dass es dauerhaft den Beanspruchungen im Betrieb und durch die Reinigungsverfahren standhalten sollte“.
Der optische Sensor im „Hygienekleid“
Pepperl+Fuchs hat sich zum Ziel gesetzt, die Anforderungen an Sensoren für die Lebensmittelindustrie mit aller Konsequenz umzusetzen. Die Anforderungen an Material und Design sind in verschieden Richtlinien und Normen niedergelegt wie z.B. der EHEDG, der FDA oder in der DIN EN 1672-2 (Nahrungsmittelmaschinen – Allgemeine Gestaltungsleitsätze) sowie der DIN EN ISO 14159 (Sicherheit von Maschinen – Hygieneanforderung an die Gestaltung von Maschinen).
Dabei geht es um eine ganze Reihe von Kriterien, die erfüllt werden müssen. Hohe Dichtigkeit (IP68 / 69K) ist eine absolute Notwendigkeit, da Flüssigkeiten im Spiel sind und unter Umständen mit Hochdruckreinigern gearbeitet wird. Die Gehäusefertigung aus V4A Edelstahl ist erforderlich, da aggressive Substanzen im Prozess entstehen, die andere Materialien angreifen und auf Dauer zerstören oder zumindest zu Korrosion führen. Starke Temperaturschwankungen und hohe Luftfeuchtigkeit müssen ebenfalls verkraftet werden. Aber all das führt noch nicht zu einem Produkt, das den Ansprüchen des „Hygienic Designs“ entspricht. Dabei werden höchste Anforderungen an Oberflächengüte und die mechanischen Eigenschaften des Gehäuses gestellt. Hier war die große Herausforderung, ein Fertigungsverfahren zu entwickeln, das ein spaltfreies Verschließen des Sensors ermöglichte.
Neue Fertigungsverfahren für spaltfreie Gehäuseformen
Zur Erreichung der vorgenannten Ziele war es teilweise notwendig komplett neue Fertigungsverfahren einzuführen. Dabei ist es ein wesentlicher Unterschied, ob sich ein Sensor in einer Edelstahlrundhülse befindet oder in einem quaderförmigen Gehäuse mit abgerundeten Flächen. Für den letzteren Fall wurde eigens ein neues Gussverfahren erprobt, mittels dessen eine nach 5 Seiten geschlossene Form entsteht. Der Deckel der sechsten Seite wiederum wird durch ein Laser-Schweißsystem hermetisch und spaltfrei verschlossen. Schließlich bleibt noch die optisch aktive Fläche. Hier hat man einen neuen Weg beschritten, indem die transparente Kunststoffabdeckung mittels hoher Kraft eingebörtelt wird und somit eine absolut dichte Verbindung mit dem Edelstahlgehäuse eingeht.
Auch hier war das Ziel, die Spaltmaße auf ein absolutes Minimum zu reduzieren. Im Gegensatz zu bekannten Methoden, die einen äußeren Dichtungsring verwenden, ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Es wird kein weiteres Material dem Prozess ausgesetzt, dessen Reaktion auf bestimmte Substanzen im Einzelfall unklar sein kann und das zudem einem gewissen Verschleiß unterliegt. Des Weiteren ist auch die Langzeitstabilität höher zu bewerten, da der Kunststoff und der Edelstahl eine stabile Verbindung eingehen.
Insgesamt konnte so ein optischer Sensor mit nur einer Dichtgeometrie konstruiert werden, da auch auf Bedienelemente verzichtet wurde. Der Edelstahl der Güte 1.4404 wird trovaliert, um eine Oberflächenrauigkeit von Ra <0,8 zu erreichen. Es handelt sich dabei um einen mechanischen Prozess, bei dem mittels Kugeln in einer Art Mischer die Oberfläche feinpoliert wird. Damit wird die Bedingung erfüllt, dass selbst bei Berührung mit dem Produkt im Prozess keine mikrobiologische Verunreinigung stattfindet und somit die höchsten Hygiene-Anforderungen erfüllt werden können.
Die hygienegerechte Vereinigung von Sensor und Halterung
Die mechanischen und elektrischen Schnittstellen zwischen Sensor und Maschine stellen ein grundsätzliches Problem dar. Hierzu existieren keine standardisierten Lösungen. Aber gerade die mechanische Konstruktion hat eine wesentliche Auswirkung auf die Reinigbarkeit einer Maschine.
Inzwischen stehen insgesamt 6 Befestigungslösungen zur Verfügung. Ziel war, den unterschiedlichsten Einbaubedingungen gerecht zu werden. Dabei entstanden starre Montagteile, die auch den hygienischen Abschluss bei Wanddurchgängen gewährleisten. Kugelgelenke wiederum erlauben beliebige Winkeleinstellungen und diverse Verlängerungsrohre ermöglichen die applikationsgerechte Positionierung des Sensors und die Verlegung der Kabel in einem geschützten Raum. Somit laufen nicht nur die Kabel durch Rohre, sondern auch die elektrischen Steckverbindungen befinden sich außerhalb des hygienisch kritischen Bereichs. Bei allen Konstruktionen wurde peinlich darauf geachtet, dass keine Vertiefungen oder Bohrung den Raum für bakterielle Ablagerungen liefern.
