Radarsensor mit 80 GHz Signalfrequenz: Füllstandsmessung an der Fritteuse für die Idealtemperatur von 186 °C

Neue Methoden zur Verbesserung von Konsistenz und Qualität in der Lebensmittelindustrie zu finden stellt stets eine Herausforderung dar. Ein weltweit führender britischer Hersteller von Fertiggerichten und Getränken hat eine neue innovative Lösung gefunden, einen wesentlichen Teil bei der Herstellung von Tortillachips zu optimieren. Die Schlüsselanwendungen bei der Herstellung von Chips sind die Fritteusen. Bei diesen ist ein perfekt aufeinander abgestimmtes Zusammenspiel aus Temperatur, Frittierzeit und Füllstand des Öls erforderlich, um höchste und gleichbleibende Produktqualität zu erzielen.

Füllstand und Temperatur

Zusätzlich führen schon kleine Verbesserungen zu Energieeinsparungen. Radarmesstechnik von Vega wird an dem Standort des Herstellers bereits für die Überwachung des Kochprozesses eingesetzt, beim Weichkochen von rohem Mais in Kesseln und der Verarbeitung und Formung der bekannten, dreieckigen Tortillachips. Das Frittieren der Chips erfordert Präzision, damit genau die knusprige Konsistenz entsteht, für die die Tortillas so bekannt sind. Dazu werden sie in Pflanzenöl in einer Fritteuse frittiert. Zunächst werden die Tortillachips an einem Ende über ein Förderband zugeführt, schwimmen dann durch zirkulierendes heißes Öl und werden am anderen Ende über ein weiteres Förderband wieder ausgeschleust. Anschließend durchlaufen sie eine Qualitätskontrolle, werden gewürzt und direkt verpackt, um ihre Frische zu bewahren. Die Qualität der Chips wird über eine komplexe Kombination aus Frittierzeit, Temperatur, Zirkulation und Ölmenge gewährleistet. Beim Frittieren jedes einzelnen Tortillachips wird eine geringe Menge Öl verbraucht. Dafür müssen Füllstand und Temperatur geregelt und das Nachfüllen des Öls konstant und minutiös gesteuert werden.

Exaktes Messen

Die Fritteuse arbeitet bei einer Idealtemperatur von 186  °C. Es kann zu Ablagerungen von Öl und anderen Fremdstoffen kommen. Die Dichte und dielektrischen Eigenschaften des Öls ändern sich über Temperatur und Verunreinigung. Die Füllstandmesstechnik muss idealerweise ohne bewegliche Teile auskommen, da diese durch Verunreinigungen und Ablagerungen beeinträchtigt werden können. Zusätzlich muss eine regelmäßige Reinigung sehr leicht möglich sein. Der Ölfüllstand der Fritteuse wird in einen komplexen PID-Algorithmus (Regelkreis) eingespeist, der Öltemperatur und -menge konstant hält. Exaktes Messen ist essentiell: Zu viel oder zu wenig Öl verursachen unerwünschte Temperaturschwankungen. Je genauer die Messwerte, desto besser und konstanter funktioniert auch der Prozess. Der Füllstandmessbereich beträgt 220 mm. Die Messung erfolgt in einem kleinen Bezugsgefäß seitlich der großen Backwanne der Fritteuse. Jeder Millimeter steht für 100 Liter Öl. Dabei muss der gesamte Füllbereich gemessen werden, sowohl beim Einfüllen und Erhitzen des Öls, als auch während des Vollbetriebs. Für optimale Effizienz und maximale Sicherheit wird die Wärmezufuhr in der Fritteuse permanent geregelt.

Geführter Radarsensor und kapazitiver Sensor

Zu Beginn versuchten die Ingenieure eine Füllstandmessung mittels eines geführten Radarsensors. Jedoch erkannten die Techniker physikalische Leistungsbeschränkungen bei diesem Messprinzip beim Einsatz in kleinen Behältern mit schlecht reflektierenden Medien (ölbasierten Produkten). Öl beispielsweise reflektiert schlecht und eine präzise Messung ist nur im mittleren Bereich dieser kurzen Sondenlänge möglich. Erfolgreicher arbeitete ein kapazitiver Sensor, der an der gleichen Position eingebaut wurde. Er erkannte das Öl über den gesamten Messbereich. Da sich aber beim Erhitzen des Öls und Frittieren der Tortillas die dielektrischen Eigenschaften des Öls verändern, kam es zu Messungenauigkeiten. Die Füllstandmessung des Sensors war nicht präzise genug für diese Anwendung. Das Reinigen der Stabmesssonde erwies sich ebenfalls als schwierig, wenn auch besser, als bei einem mechanischen Schwimmkörper. Dennoch war der kapazitative Sensor bis vor kurzem die verwendete Methode. Mit einem „Best-Fit“ der Öl-Leitfähigkeit bei der Kalibrierung konnte die Messung näherungsweise an die Realität angepasst werden. Die Servicefachkräfte vor Ort wünschten sich jedoch eine noch präzisere Lösung.

Vegapuls 64

Als Vega neue Anwendungen für die Nullserie, also die Prototypen des 80-GHz-Radarsensors für Flüssigkeiten, Vegapuls 64, suchte, war dies die ideale Testumgebung. Der Radarsensor wurde also installiert und in Betrieb genommen. Er erkannte den Füllstand des Öls millimetergenau ohne jegliche Auswirkungen durch dielektrische Veränderungen. Die einzigartige Fokussierung ermöglichte sogar die punktgenaue Messung des Füllstands in dem kleinen Bezugsgefäß über den gesamten Messbereich ohne Störungen durch seitliche Anbindungen oder dielektrische Veränderungen. Dieser Test und das Feedback aus Anwendungen in der Testphase zeigten Vega, wie sie die Leistung der Antennensysteme noch weiter verbessern konnten.

Fazit

Dank der Konsistenz und besseren Steuerung des Vegapuls 64 wurden Energie- und Ölzufuhr im Werk noch weiter optimiert. Dies führte nicht nur zu einer besseren Produktqualität, sondern war auch umweltschonender. Das Unternehmen möchte die Sensoren mit der hohen 80 GHz-Signalfrequenz nun bei allen Fritteusen am Standort einsetzen.

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