Wenn Schokolade auf Temperatursensoren trifft:
Wie Zetti mit einer flächendeckenden Temperaturüberwachung des Kühlkanals neue Einblicke in den Kühlprozess gewinnt
Neben Rezeptur, Rohstoffen und Verarbeitung spielt auch die Temperaturführung eine entscheidende Rolle für Qualität, Stabilität und gleichbleibende Ergebnisse.
Für Zetti, eine Marke der Goldeck Süßwaren GmbH, ist deshalb eine zuverlässige und möglichst präzise kontrollierte Temperaturüberwachung des Kühlkanals von zentraler Bedeutung. Denn bereits geringe Temperaturunterschiede des Kühlkanals können Einfluss auf den Kühlprozess und damit auf die Produkteigenschaften nehmen.
Doch wie verteilt sich die Temperatur tatsächlich über die gesamte Länge eines Kühlkanals? Wo entstehen unterschiedliche Temperaturzonen? Und wie stabil arbeitet die Kühlung über längere Zeit?
Um diese Fragen genauer zu beantworten und konkrete Ansatzpunkte für die Optimierung des Kühlkanals zu identifizieren, hat Zetti gemeinsam mit Flexora die Temperaturverteilung in einem 10 Meter langen Kühlkanal untersucht. Für die Untersuchung wurde eine 0,5 mm dünne, flexible, selbstklebende Thalis-Sensorlösung mit 20 Kühlkanal Temperatursensoren entlang des Kühlkanals installiert.
20 Temperatursensoren auf 10 Metern: Den Kühlprozess flächendeckend überwachen
Mit der Thalis-Sensorfolie der Flexora GmbH wurde die Temperatur über eine Messstrecke von zehn Metern an 20 Sensorpositionen flächendeckend kontinuierlich erfasst. Dadurch entstand ein detailliertes Bild des thermischen Zustands über die gesamte Kühlstrecke hinweg.
Die Temperaturmessung im Kühlkanal konzentrierte sich auf drei zentrale Fragen:
- Wie entwickelt sich die Temperatur über den betrachteten Messzeitraum?
- Welche Unterschiede treten zwischen Anfang, Mitte und Ende des Kühlkanals auf?
- Wie groß sind Temperaturspreizung und kurzfristige Messwertschwankungen?
Die Kombination aus mehreren Temperaturfühlern im Kühlkanal ermöglicht dabei eine deutlich umfassendere Analyse als eine punktuelle Einzelmessung.
Temperaturüberwachung im Kühlkanal mit Temperatursensoren über den gesamten Messzeitraum
Alle Messpunkte folgen demselben zeitlichen Verlauf, befinden sich jedoch auf unterschiedlichen Temperaturniveaus. Der Temperaturunterschied zwischen Anfang und Ende des Kühlkanals bleibt über die Kühlstrecke hinweg bestehen.
Damit wird deutlich: Die Temperatur verändert sich nicht nur punktuell, sondern bildet einen zusammenhängenden thermischen Verlauf über die gesamte Kühlstrecke.
Genau hier liegt der Vorteil eines flächendeckenden Temperaturmonitorings der Kühlstrecke mit mehreren Temperatursensoren: Mit 20 Messpunkten statt zwei wird sichtbar, ob ein Temperaturunterschied dauerhaft besteht oder nur kurzfristig auftritt.
Präzise Temperaturmessung im Kühlkanal: Ortsaufgelöste Temperaturverteilung statt Einzelsensoren
Um die räumlichen Temperaturunterschiede genauer zu betrachten, wurde das Temperaturprofil von Anfang, Mitte und Ende des Kühlkanals betrachtet.
Über die gesamte Kühlstrecke zeigt sich grundsätzlich ein vergleichbarer zeitlicher Temperaturverlauf, wobei die einzelnen Bereiche auf konstant unterschiedlichen Temperaturniveaus liegen. Zwischen Beginn und Ende der Messstrecke besteht somit ein kontinuierliches Temperaturgefälle.
Das Ergebnis: Im Kühlkanal zeigt sich ein stabiler räumlicher Temperaturgradient.
Statt einzelne Temperaturwerte isoliert zu betrachten, lässt sich mit der Thalis-Sensorfolie das Temperaturprofil des Kühlkanals als zusammenhängendes Bild analysieren. So wird erkennbar, ob eine Veränderung lokal auftritt oder sich über die gesamte Kühlstrecke erstreckt.
Ein einzelner Temperaturfühler im Kühlkanal erzählt nur einen Teil der Geschichte.
Die Stärke der Flexora-Messung liegt in der Kombination aus zeitlichem Temperaturverlauf und räumlichem Temperaturvergleich. So entsteht ein kontinuierliches, ortsaufgelöstes Prozessbild – eine thermische Karte des gesamten Kühlprozesses.
Temperaturspreizung: Wie gleichmäßig ist die Kühlung?
Um die Homogenität des Kühlkanals zu bewerten, wurde die Temperaturspreizung betrachtet. Die Temperaturspreizung beschreibt den Unterschied zwischen der wärmsten und der kältesten Sensorposition zu einem bestimmten Zeitpunkt. Sie ist ein direkter Indikator dafür, wie gleichmäßig die Temperatur entlang des Kühlkanals verteilt ist.
Die Auswertung zeigt:
- Mittlere Temperaturspreizung: 2,9 °C
- 95 % der Messzeitpunkte: Spreizung unter 4,2 °C
- Maximale Temperaturspreizung: ca. 7,0 °C
- Gemessener Temperaturbereich: 7,3 °C bis 22,3 °C
- Durchschnittstemperatur: 17,7 °C
Über den gesamten Messzeitraum besteht zwischen Beginn und Ende der Messstrecke ein grundsätzlich permanenter Temperaturunterschied von mindestens etwa 2,0 °C.
Der Kühlkanal weist damit einen stabilen räumlichen Temperaturunterschied auf. Größere Ausschläge treten nur kurzfristig auf und deuten auf Umschaltvorgänge im Kühlprozess hin.
Durch die 20 Messpositionen lässt sich dabei nicht nur feststellen, dass Temperaturunterschiede im Kühlkanal auftreten, sondern auch wo und wann sie entstehen und wie sie sich über die Zeit verändern.
Kurzzeitrauschen: Wie stabil regelt der Kühlprozess?
Neben der räumlichen Temperaturverteilung im Kühlkanal wurde auch das kurzfristige Messwertverhalten untersucht.
Das Kurzzeitrauschen beschreibt die lokale Streuung der Messwerte um einen geglätteten Temperaturverlauf. Es dient als Maß für die Stabilität der eingestellten Temperatur, wobei offensichtliche Ein- und Abschaltvorgänge der Kühlung herausgerechnet werden.
Die Ergebnisse:
- Regelabweichungen liegen überwiegend im Bereich: 0,1 °C bis 0,2 °C
- Einzelne Spitzen erreichen: bis zu 0,7 °C
Zwischen Anfang, Mitte und Ende der Temperatursensorfolie zeigte sich dabei keine signifikanten Unterschiede in der Regelqualität. Die Qualität der Temperaturregelung ist demnach nicht von der Position entlang der Strecke abhängig.
Auch hier bietet die Flexora-Technologie einen entscheidenden Mehrwert: Die Thalis-Sensorfolie erfasst das Kurzzeitverhalten nicht nur an einem einzelnen Punkt, sondern über die gesamte Strecke hinweg.
So lässt sich erkennen, ob Schwankungen lokal begrenzt sind oder systematisch im gesamten Prozess auftreten. Gleichzeitig ermöglicht die hohe räumliche Auflösung, kurzfristige Veränderungen einzelnen Streckenabschnitten zuzuordnen oder ihre Gleichverteilung über den Kühlkanal zu bestätigen.
Mehr Transparenz für Qualität und Optimierung des Kühlkanals durch ortsaufgelöste Temperaturüberwachung
Für Zetti lieferten die vorhandenen Temperaturfühler bereits zuverlässige Informationen über einzelne Messpunkte. Die Sensorfolie der Flexora GmbH macht sichtbar, wie sich die Temperatur zwischen den vorhandenen Messpunkten verhält und wie sich das Temperaturniveau entlang der gesamten Kühlstrecke verändert.
So entstehen aus einzelnen Temperaturwerten ein kontinuierliches, ortsaufgelöstes Prozessbild und thermische Karte des gesamten Prozesses.
Die zentrale Erkenntnis des Projekts lässt sich auch auf andere industrielle Anwendungen übertragen: Ein einzelner Temperatursensor liefert lediglich einen punktuellen Blick. Flächendeckende, ortsaufgelöste Sensorik macht thermische Prozesse räumlich sichtbar.
Aus der Temperaturüberwachung des Kühlkanals ergeben sich mehrere Vorteile:
- Vollständige Transparenz über den tatsächlichen Zustand der Anlage
- Datenbasierte Optimierung und Stabilisierung der Temperaturregelung und Produktionsprozesse
- Verbesserte Qualitätsüberwachung und Prozessdokumentation
- Frühzeitige Erkennung von Temperaturabweichungen und Prozessstörungen
- Schnellere Inbetriebnahme und effizientere Prozessanalyse
- Verbesserung der Energieeffizienz und Betriebssicherheit
- Unterstützung bei der Einhaltung von Qualitäts-, Compliance- und ESG-Anforderungen sowie bei der Umsetzung von Energiemanagementsystemen nach ISO 50001
Am Ende profitiert die Qualität. Durch die präzise Temperaturüberwachung optimiert Zetti nicht nur den Kühlkanal, sondern unterstützt damit genau das, worauf es dem Verbraucher ankommt: die perfekte Knusperflocke.
