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Radarfüllstandmesstechnik in der Lebensmittelindustrie Radarsensoren sorgen für Sicherheit im Bestand – Beispiel Maismehl

Bramata für Spitzenköche, Grütze für die Bierherstellung, entkeimter Spaltmais für Zoos oder Maiskeime zur Ölgewinnung – die Endkunden der italienischen Maismühle Nuova Genovese könnten unterschiedlicher kaum sein. Allen gemeinsam ist jedoch ihr Anspruch an die Qualität. Füllstandsensoren sorgen dafür, dass der Maismehl-Produzent bei der Vielfalt der Produkte nicht den Überblick verliert.

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(Bild: ©Xavier Beguet - adobestock.com)

Die Ursprünge der Genovese-Mühle reichen bis ins 18. Jahrhundert zurück, als die Familie Genovese 1716 die erste Maismühle am Fluss Melma in Lancenigo, in der Nähe von Treviso, errichtete. Das Unternehmen wuchs daraufhin in den folgenden Jahren sowohl hinsichtlich der Strukturen als auch der Technologie bis 1930, als die Mühle den Sprung in die industrielle Produktion wagte. Mittlerweile ist das Werk in Lancenigo mächtig gewachsen und nimmt inzwischen eine Fläche von 10.000 Quadratmetern ein. Jeden Tag werden dort bis zu 280 Tonnen Mais verarbeitet. Gleichzeitig sind die Ansprüche an die Qualität enorm gestiegen.

Heute erfüllt die Mühle alle Anforderungen, die von weltweit agierenden Lebensmittelkonzernen gestellt werden. So wird die gesamte Anlage von einem computergestützten System gesteuert. Darüber werden nicht nur die Extraktionserträge kontrolliert, sondern dank sehr präziser Abwägungen jeder Schritt der Maisverarbeitung von der Eingabe der Rohstoffe über die Produktionsphase bis zur Lagerung des Endprodukts streng verfolgt. Je nach Anforderung endet diese Nachverfolgung im Lastwagen, Container, Sack oder auch in losen Schüttungen.

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Augen auf bei den Rohstoffen

Doch die Qualitätsmaßnahmen beginnen schon viel früher. So wird besonderes Augenmerk auf die Auswahl der Rohstoffe gelegt. Der Mais stammt hauptsächlich von italienischen Feldern und wird von landwirtschaftlichen Genossenschaften und Betrieben in der Region Venetien geliefert. Die sorgfältige Auswahl der Lieferanten sowie zahlreiche Test- und Analyseverfahren für die Rohstoffe ermöglichen ein Produkt ohne gentechnisch veränderte (GVO)-Inhaltsstoffe.

Das Hauptaugenmerk gilt der Sicherheit, den Kontrollen der Lieferketten, der Rückverfolgbarkeit und HACCP. Neben zahlreichen Tests, die in externen Labors durchgeführt werden, steht eine Reihe an eigenen Instrumenten zur Kontrolle aller qualitativen Parameter während des Verarbeitungsprozesses zur Verfügung.

Und an Prozessen gibt es eine Vielzahl in der Mühle. Abgesehen vom Mahlprozess und der Ölpresse gehören beispielsweise noch die Entkeimung, Reinigung und verschiedene Verpackungslinien dazu. So gibt es sowohl eine eigene Verpackungslinie für 1-kg-Packungen mit Bramata als auch zwei Sack- und Palettieranlagen mit Kapazitäten für 10-, 20- oder 50-kg-Säcke. Ergänzend dazu Silos für Mais und Lager für die fertigen Produkte. Dabei ist das Maislager in verschiedene Sektionen unterteilt und damit so flexibel, dass es die Auswahl und Verwaltung der Lose ermöglicht. Anschließend folgt die Fertigstellung für den Versand.

Jede Branche benötigt spezielle Produkte. Da die Kunden höchst individuell sind, fordern diese auch unterschiedliche Arten von Maismehl: Lebensmittelkonzerne benutzen Maismehl für Polenta und Korngrieß für Snacks, Tierfutterproduzenten verwenden entkeimten Spaltmais und aus Maiskeimen wird wiederum Öl gewonnen. Länderspezifische Gegebenheiten, seien es nun EU-Länder, der Nahe Osten oder Afrika, benötigen ebenfalls unterschiedliche Maismehlsorten.

Wie viel ist drin im Silo?

Um den einzelnen Anforderungen gerecht zu werden, ist es wichtig, den genauen Überblick über den Füllstand in den Silos zu haben. Für viele Großabnehmer übernimmt häufig die Mühle die Überwachung der Produktbevorratung und ist für die rechtzeitige Bereitstellung des Materials verantwortlich.

Nuova Genovese besitzt 14 Lagersilos für Mais und Maismehl mit einer Höhe von 16 Metern sowie drei weitere für das Öl. Knackpunkt bei diesem Silomanagement ist die zuverlässige Inhaltserfassung der Silos, denn nur so ist eine zuverlässige Planung möglich. Die sehr unterschiedlichen Eigenschaften der Produkte stellen jedoch sehr hohe Anforderungen an das Messprinzip. Bisher kam daher keine Füllstandmessung zum Einsatz. Die Folge war, dass Lkw nicht optimal beladen wurden oder die produzierte Menge falsch abgeschätzt wurde. Die Werte aus der Füllstandmessung werden aber auch für die genaue Verwiegung in den Absackanlagen benötigt. Hier ist vor allem der Mehlstaub eine Herausforderung, da mit ihm eine Atex-Zulassung einhergeht. Auch die Tanks zur Bevorratung des Maisöls stellen mit ihren Rührwerken die genaue Füllstandmessung vor Herausforderungen.

Zuverlässige Werte dank 80 GHz-Radar

Messprinzipien, wie sie die Radartechnologie oder die geführte Mikrowelle bereitstellen, eröffnen mittlerweile neue Möglichkeiten für eine zuverlässige Überwachung der Silostände in der Mühle. Nuova Genovese hatte bereits einige sehr positive Erfahrungen mit dem Radarfüllstandmessgerät Vegapuls 68 in der Produktion gesammelt. Nun war man gespannt, ob die 80-GHz-Serie die Erwartungen auch für die Bestandserfassung in den Silos erfüllen würde.

Im Mai 2018 wurden daher mehrere Sensoren der Vegapuls-Serie auf den Silos eingesetzt. Für die trockenen Produkte kam der Vegapuls 69 zum Einsatz. Das Radar-Füllstandmessgerät arbeitet mit einer Frequenz von 80 GHz, womit eine deutlich höhere Fokussierung des Sendesignals möglich ist. Vor allem bei schmalen Behältern mit Einbauten, wie in Silos, hilft die gute Fokussierung, das eigentliche Messsignal von Störsignalen besser zu trennen. Dank innovativer Mikrowellenkomponenten können selbst kleinste Reflexionssignale noch erfasst werden.

Die Radartechnik hat im Getreidesilo wesentliche Vorteile. Unabhängig von Staub-, Lärmentwicklung und Luftturbulenzen liefert der Radarsensor einen sicheren Messwert. Durch die gute Fokussierung kann das Messsignal gezielt auf die Produktoberfläche ausgerichtet werden. Schwankungen der Produkteigenschaften, wie der Feuchtigkeitsgehalt oder der Reifegrad, haben keinen Einfluss auf das Messergebnis.

Stark segmentierte Silos? Kein Problem!

Selbst bei stark segmentierten Silos kann der Radarsensor eingesetzt werden. So ist dank der sehr guten Signalbündelung die Messung in einem mehr als 15 Meter hohen Futtermittelsilo mit einer Grundfläche von einem Quadratmeter möglich. Der Sensor erfasst dennoch sicher die Füllhöhe des Mediums. Dies liegt vor allem an dem geringen Öffnungswinkel. Der Öffnungswinkel der abgestrahlten Radarenergie und damit auch die Fokussierung hängt von zwei Faktoren ab: der Sendefrequenz und der wirksamen Antennenfläche. Das bedeutet, dass mit einer höheren Frequenz bei gleicher Antennengröße eine deutlich bessere Fokussierung erreicht wird. Der 80-GHz-Strahl geht an Einbauten oder Anhaftungen der Behälterwand vorbei, das macht die Messung sicherer und zuverlässiger. Durch die bessere Fokussierung kann außerdem bis in den Abzugstrichter gemessen werden – dies verbessert die Siloausnutzung.

Auch im Öllager überzeugt 80-GHz-Radar

Auch das berührungslos messende Radarfüllstandmessgerät Vegapuls 64, das für Flüssigkeiten entwickelt wurde und in den Öllagern zum Einsatz kommt, zeichnet sich durch eine extrem hohe Fokussierung und große Dynamik aus. Dadurch misst es – ebenfalls bei der Frequenz von 80 GHz – sehr zuverlässig, trotz Ablagerungen, Schaum, Einbauten und unabhängig von Dichteschwankungen. Der Gerätetyp überzeugt nicht nur aus Hygienesicht, sondern ist auch sehr genau und misst unabhängig von Temperatur und Druck sowie der Dichte der Flüssigkeit. Dank der deutlich kürzeren Wellenlänge des Vegapuls 64 lässt sich der Sensor selbst von Rührwerken im Tank nicht beeindrucken.

Ergänzendes zum Thema
Interview mit Florian Burgert, Produktmanager bei Vega

Herr Burgert, die 80-GHz-Technologie ist seit sechs Jahren auf dem Markt. Wie ist die Verbreitung des Messverfahrens in der Schüttgutindustrie und speziell in der Lebensmittelbranche?

„Für die Bestandserfassung ist die Radarmessung das Auge des Kunden in den Tanks und Silos.“ Florian Burgert, Produktmanager bei Vega
„Für die Bestandserfassung ist die Radarmessung das Auge des Kunden in den Tanks und Silos.“ Florian Burgert, Produktmanager bei Vega
( Bild: Vega )

Florian Burgert: Die Messung des Füllstands mit einem 80-GHz-Radar hat zwei wesentliche Vorteile: Zum einen ist eine sehr fokussierte Messung möglich, die insbesondere bei hohen, schmalen Silos für zuverlässige Füllstandwerte sorgt. Zum anderen lässt sie sich auch von Staub, der beim Befüllen der Silos entsteht, nicht beeindrucken. Dadurch lässt sich der Beladeprozess im Silo kontinuierlich überwachen. Durch diese Vorteile ist der Radarsensor Vegapuls 69 inzwischen der Standardsensor für Füllstandmessungen von festen Lebensmitteln in Silos geworden.

Welche Rolle spielt die Radartechnik für die Bestandserfassung?

Burgert: Für die Bestandserfassung ist die Radarmessung das Auge des Kunden in den Tanks und Silos. Erst mit einer präzisen und zuverlässigen Messung kann eine verlässliche Bestandserfassung durchgeführt werden. Dies betrifft sowohl die klassische Mengenbestimmung des Lagersilos als auch die Chargenüberwachung.

Welche neuen Entwicklungen erwarten die Anwender in der Füllstandmessung?

Burgert: Zukünftig wird es autarke Radarsensoren geben, die ohne externe Energieversorgung den Füllstand und damit den Bestand an z. B. Mehl über eine Funkschnittstelle übertragen. Das ermöglicht dem Lieferanten von Rohstoffen einer Lebensmittelproduktion, die Silos seiner Kunden zu überwachen und für einen automatisierte verbrauchsorientierte Belieferung zu sorgen.

Fazit: Die 80-GHz-Technologie und der große Dynamikbereich der installierten Messgeräte überzeugten auf ganzer Linie. Einer der wichtigsten Aspekte für alle Beteiligten in der Maismühle war die berührungslose Messung. So mussten die Silos für die Montage der Sensoren nicht extra entleert werden. Außerdem war man dankbar, dass im Vergleich zu Geräten, die auf dem Messprinzip der Mikrowelle basieren, keine Wartung nötig ist. Schließlich ist die Arbeitsbelastung in Mühlen generell sehr hoch. Seit dem Einbau der Vega-Messgeräte vor zwei Jahren können die Betreiber der italienischen Maismühle zumindest diesen Punkt von ihrer ‚To-do-Liste‘ abhaken.

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