Die Reinigungsvalidierung ist ein formelles Verfahren in der hygienischen Fertigung, das sicherstellt, dass Cleaning-in-Place (CIP)-Protokolle Produktrückstände und Verunreinigungen effektiv bis unter definierte Sicherheitsgrenzwerte entfernen. Dieser Prozess ist für Anlagen, die nach EHEDG- und 3-A-Richtlinien arbeiten, zwingend erforderlich, um die Produktintegrität zu wahren und Kreuzkontaminationen zu verhindern. Durch den Einsatz automatisierter Überwachungssysteme gehen Prozessingenieure von der manuellen Inspektion zur Datenerfassung in Echtzeit über und sichern so reproduzierbare Ergebnisse in regulierten Umgebungen.

Prozesssysteme, die Rotationsstrahlreiniger einsetzen, benötigen spezielle Sensoren, um zu bestätigen, dass die mechanische Reinigungswirkung wie geplant erfolgt ist. Standardmäßige Temperatur- und Durchflussüberwachungen liefern nur indirekte Hinweise auf einen sauberen Tank; eine direkte Aufprall- und Rotationsüberwachung bietet hingegen faktische Belege für den Prozess. Diese spezifische Art der CIP-Verifizierung ermöglicht es dem Bedienpersonal, Fehler — wie verstopfte Düsen oder Motorausfälle — sofort zu erkennen, anstatt auf Laborergebnisse nach der Reinigung oder visuelle Inspektionen warten zu müssen, die ein Betreten des Tanks erfordern.

Für pharmazeutische Anwendungen, bei denen gereinigtes Wasser (PW) oder Wasser für Injektionszwecke (WFI) verwendet wird, muss die Überwachungsausrüstung mit nicht leitenden Medien kompatibel sein. Sensoren wie die Alfa Laval Rotacheck-Serie sind speziell auf diese Anforderungen ausgelegt und liefern die hochdichten Daten, die für strenge Validierungsdossiers erforderlich sind. Ob in der Lebensmittel- und Getränkeherstellung oder in der Pharmaproduktion – die Auswahl der richtigen Überwachungshardware ist der erste Schritt zur Reduzierung von Ausfallzeiten und zur Gewährleistung der Compliance in jedem Reinigungszyklus. Automatisierte Systeme ersetzen die Unsicherheit visueller Kontrollen durch digitale Signalausgänge, die direkt an die Steuerungsarchitektur berichten und jedes Reinigungsereignis permanent protokollieren.

Überwachungshardware für die Tankreinigung wird nach der Datentiefe kategorisiert, die sie dem Steuerungssystem zur Verfügung stellt. Basissensoren fungieren als Aufpralldetektoren und signalisieren, wenn ein Reinigungsstrahl physischen Kontakt mit der Sensormembran hat. Diese Einheiten sind effektiv für eine einfache Bestätigung, verfügen jedoch nicht über die interne Logik, um zwischen einem korrekten Rotationsmuster und einem fehlerhaften Ablauf zu unterscheiden. Fortgeschrittene Einheiten verfügen über eine Teach-in-Funktionalität, mit der der Sensor während einer erfolgreichen Inbetriebnahme ein spezifisches Referenzmuster erlernt. Diese Differenzierung ermöglicht es Ingenieuren, das Überwachungsniveau an die Kritikalität des Prozessschritts anzupassen.

Der Rotacheck Basic ist eine Standardlösung für die allgemeine CIP-Verifizierung. Er registriert jedes Mal, wenn der Reinigungsstrahl auf den Sensorkopf trifft, und gibt Rückmeldung über den Reinigungsstatus, Gerätefehler oder Inaktivität. Dieses Modell wird wegen seines visuellen Feedbacks geschätzt, das es dem Personal ermöglicht, die Funktionalität vor Ort zu bestätigen, ohne auf den SPS-Schaltschrank zugreifen zu müssen. Es handelt sich um ein digitales PNP-Gerät, das über Standard-Verkabelungsprotokolle in SCADA-Systeme integriert wird. Das Gerät führt 5 Sekunden nach dem Einschalten eine interne Kalibrierung durch, was durch eine grün blinkende LED angezeigt wird.

Der Rotacheck+ bietet patentierte Teach-in-Funktionen für Prozesse, die ein hohes Maß an Qualitätssicherung erfordern. Vor der Durchführung der Teach-in-Sequenz funktioniert die Einheit ähnlich wie der Rotacheck Basic. Einmal kalibriert, vergleicht der interne Prozessor die Echtzeitdaten mit einem gespeicherten Akzeptanzfenster. Weicht die Strahlintensität oder die Rotationsgeschwindigkeit vom gelernten Muster ab, löst das Gerät ein Alarmsignal aus. Dies ermöglicht eine granulare Reinigungsvalidierung. Das Gerät kann durch 10-sekündiges Drücken des blauen Druckknopfs auf die Werkseinstellungen zurückgesetzt werden, was durch dreimaliges gelbes Blinken der LED bestätigt wird.

Das Alfa Laval Rotacheck Sensor- und Relaissystem ist eine alternative Architektur für Installationen, bei denen sich das Relais in einem sicheren Bereich getrennt vom im Tank montierten Sensor befindet. Der Sensor überträgt ein Impulssignal an das Relais, das dieses in ein Open-Collector-Signal oder einen Relais-Schaltkontaktausgang zur Verbindung mit einer SPS oder einer externen Last umwandelt. Beide Komponenten verfügen über eine ATEX-Zertifizierung, wodurch sich diese Konfiguration für Installationen in explosionsgefährdeten Bereichen eignet.

Hygienische Überwachungssysteme werden überall dort eingesetzt, wo das Risiko einer Kontamination finanzielle oder sicherheitstechnische Folgen hat. Die Anforderungen an diese Systeme hängen von der Leitfähigkeit der Reinigungsmedien und den am Installationsort vorhandenen Umweltgefahren ab. In der pharmazeutischen Produktion, in der nicht leitende Medien wie PW und WFI Standard sind, müssen Sensoren den Aufprall erkennen, ohne sich auf die elektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit zu verlassen. Das Alfa Laval Rotacheck-System ist speziell für diese nicht leitenden Umgebungen konzipiert, wie in den technischen Produktspezifikationen für PW- und WFI-Anwendungen dargelegt.

Im pharmazeutischen Sektor ist die Reinigungsvalidierung an Chargenfreigabeprotokolle gebunden. Der Rotacheck+ liefert digitale Signalstatusbits — wobei ein „AN“-Zustand den korrekten Betrieb des Reinigungsgeräts bestätigt und „AUS“ eine Störung oder einen Fehler signalisiert. Dies reduziert den Engineering-Aufwand für die Implementierung von Überwachungsroutinen in ein SCADA-System. Gemäß den 3-A- und EHEDG-Zertifizierungsstandards ist der für diese Einheiten verwendete hygienische Tankanschluss so konstruiert, dass mikrobiologische Ablagerungen oder Toträume an der Prozessverbindung vermieden werden. Dies bewahrt den sanitären Zustand des Tanks auch bei Stillstand des Sensors. Downstream ermöglicht diese Integration dem Steuerungssystem, den Start einer Produktionscharge zu verhindern, wenn der CIP-Zyklus die gespeicherten Referenzparameter nicht erfüllt hat.

Explosionsgefährdete Atmosphären stellen eine zusätzliche Komplexitätsebene für die Prozessinstallation dar. Sowohl der Rotacheck Basic als auch der Rotacheck+ sind für den Einsatz in potenziell explosionsgefährdeten Umgebungen zugelassen, wobei der produktberührte Bereich für Zone 0/20 und der nicht produktberührte Bereich für Zone 2/22 eingestuft ist. Das Rotacheck Sensor- und Relaissystem bietet eine alternative Architektur für diese Umgebungen, wobei das Relais Zener-Barrieren enthält, die Spannung und Strom auf eigensichere Niveaus begrenzen. Dadurch eignen sich die Systeme für Anlagen, in denen brennbare Dämpfe vorhanden sein können. Die Einhaltung der ATEX-Richtlinie 2014/34/EU ist für diese Installationen obligatorisch. Bei der Sensor-Relais-Architektur muss die Verkabelung gemäß EN 60079-14 erfolgen. Upstream muss der Sensor korrekt montiert werden — entweder mit einem Schweißadapter oder einem Alfa Laval Hygienic Tank Connection —, um sicherzustellen, dass die Membran korrekt zum Düsenversatz des Tankreinigungsgeräts positioniert ist und Signalinterferenzen durch die Behältergeometrie vermieden werden.

Funktionsprinzipien und Druckkompensation

Der Mechanismus des Rotacheck-Systems basiert auf einer Membran, die auf die physische Kraft eines Wasserstrahls reagiert. In einem typischen Aufbau mit Rotationsstrahlreiniger rotieren die Düsen auf zwei Achsen und erzeugen ein sich wiederholendes Muster an der Tankwand. Wenn der Strahl über den Sensor streicht, registriert die Membran den Aufprall. Diese Einheiten verfügen über eine integrierte Tankdruckkompensation, die es dem Sensor ermöglicht, CIP-Zyklen in hygienischen Tanks selbst unter Niederdruckbedingungen bis zu 0,3 bar zu überwachen. Dies verhindert Fehlmessungen durch den im Behälter herrschenden Umgebungsdruck. Beim Rotacheck Sensor- und Relaissystem verfügt der Sensor über einen eingebauten automatischen Nullpunktabgleich, der stehenden Druck kompensiert, ohne ein Signal zu erzeugen, was den Betrieb in Tanks ermöglicht, die während der Reinigung unter Druck stehen.

Die Teach-in-Kalibriersequenz

Der Rotacheck+ nutzt eine spezielle Sequenz, um ein Referenz-Reinigungsmuster zu erstellen. Die Auto-Teach-Methode ist der Standardansatz für die Inbetriebnahme. Sobald die Leistung der Reinigungsanlage vom Endanwender genehmigt wurde, aktiviert der Bediener die Sequenz, indem er den blauen Knopf auf der Sensorplatine 1 Sekunde lang drückt, bis eine gelbe LED blinkt. Das Gerät wechselt für eine voreingestellte Dauer von 16 Minuten in einen rot blinkenden Zustand, in dem es Strahlaufpralle und Druckintensitätsdaten aufzeichnet. Jeder Treffer während dieser Zeit wird durch ein gelbes LED-Blinken angezeigt. Die Sequenz endet automatisch, wenn innerhalb eines Intervalls von 4 Minuten keine Treffer registriert werden. Für Anwendungen, die eine längere oder bedienergesteuerte Laufzeit erfordern, kann ein manuelles Teach-in durchgeführt werden, indem der TEACH-Eingang am Platinenanschluss Nummer 6 (M12-Stecker Pin 4) aktiviert wird, was eine Dauer von bis zu 60 Minuten ermöglicht. Die empfohlene Mindestlaufzeit für das manuelle Verfahren beträgt ebenfalls 16 Minuten, um korrekte Kalibrierdaten zu sichern. Nachdem der TEACH-Eingang an Klemme 6 deaktiviert wurde, leuchtet das Gerät grün, um zu bestätigen, dass das Referenzmuster erfolgreich gespeichert wurde.

Alarmlogik und digitale Feedbacksignale

Während des Betriebs vergleicht der Rotacheck+ kontinuierlich die Echtzeit-Reinigungsparameter mit dem gespeicherten Referenzzyklus. Das System nutzt drei digitale PNP-Ausgänge für die Kommunikation mit der SPS: Rotation OK, Alarm und Idle (Leerlauf). Der Ausgang „Rotation OK“ ist aktiv, wenn die Rotation innerhalb des beim Teach-in festgelegten Akzeptanzfensters liegt. Weichen die Parameter von den kalibrierten Werten ab, geht das Gerät in einen Alarmzustand über, was durch eine stetig rot leuchtende LED und einen entsprechenden SPS-Alarmausgang signalisiert wird. Der Idle-Ausgang ist aktiv, wenn keine Reinigung durchgeführt wird. Bei Rotacheck Basic-Modellen wird der Alarmausgang im Falle eines Gerätefehlers oder eines Dauertreffers ausgelöst, was auf einen Fehler des Reinigungsgeräts hindeutet. Der Rotacheck+ verfügt zudem über einen Feedback-Testmodus — verfügbar nur nach dem Teach-in oder im Erst-Einschaltmodus —, der durch 5-sekündiges Halten der blauen Taste aktiviert wird, bis zwei gelbe LED-Blitze sichtbar sind. Dieser Modus durchläuft automatisch die SPS- und LED-Ausgänge in 5-Sekunden-Intervallen, um die externe Verkabelung zu validieren, und endet automatisch nach 3 Minuten.

Auswahl- und Montagehinweise

Die Auswahl des richtigen Sensors erfordert eine Bewertung der eingesetzten Tankreinigungsausrüstung. Die Montageposition ist entscheidend für die Signalqualität. Der Sensor sollte mit einem Versatz zum Fallrohr platziert werden, der so genau wie möglich dem Düsenversatz des verwendeten Strahlreinigers entspricht. Technische Daten geben spezifische Versatzwerte für verschiedene Typen an: ein Toftejorg TJ20G benötigt einen Versatz von 75 mm, ein TJ40G 91 mm, ein TZ-74 78 mm, ein TZ-79 98 mm und ein TZ-750 115 mm. Eine Platzierung zu nah an der Mittellinie birgt das Risiko, überhaupt kein Signal zu erhalten. Eine zu weite Entfernung reduziert die Anzahl der Direkttreffer, was das System daran hindern kann, ein stabiles Referenzmuster aufzubauen. Die medienberührten Teile sind aus AISI 316L mit EPDM-Elastomeren gefertigt. Der Betriebstemperaturbereich für medienberührte Teile liegt bei -40 °C bis 110 °C, wobei eine kurzzeitige Belastung bis zu 140 °C für maximal 1 Stunde zulässig ist. Das Gehäuse ist für -10 °C bis 60 °C ausgelegt. Der Sensor erfüllt die Schutzarten IP66 und IP67 und wiegt ca. 600 g.

Vergleich zu manuellen Validierungsansätzen

Die traditionelle Reinigungsvalidierung stützt sich oft auf Farbstofftests oder manuelle Sichtprüfungen. Diese Methoden sind zwar für die Erstinbetriebnahme effektiv, aber für jeden einzelnen Produktionszyklus unpraktisch. Eine kontinuierliche CIP-Verifizierung liefert ein dokumentiertes digitales Protokoll für jedes Reinigungsereignis und überführt den Prozess von einer periodischen Momentaufnahme in einen Zustand der kontinuierlichen Überwachung. Im Vergleich zu Architekturen, die separate Signalverarbeitungshardware und Anschlusskästen erfordern, nutzen Rotacheck Basic und Rotacheck+ PNP-Transistorausgänge, die einen direkten Anschluss an SPS-Systeme ermöglichen und so die Installationskomplexität reduzieren. Das Rotacheck Sensor- und Relaissystem ist für Installationen konzipiert, bei denen eine physische Trennung zwischen dem Ex-Bereich und der Steuerungsinfrastruktur erforderlich ist, wobei bis zu 200 m Kabel zwischen Sensor und Relais möglich sind, was Flexibilität für großflächige Anlagenlayouts bietet.