Optimierter Prozess in der Futtermittelproduktion
Wann kommt die Füllstandsmessung ins Spiel?
ARTIKEL AUS DER SCHÜTTGUT & Prozess 3/2023
In der Futtermittelproduktion ist es wichtig, dass die Füllstände und Grenzwerte konstant überwacht werden. So wird sichergestellt, dass der Produktionsprozess effizient gestaltet wird und die Qualität der unterschiedlichen Produkte stets auf einem gleichbleibend hohen Niveau bleibt.
Die Produktion von hochwertigem Tierfutter und Tiernahrung ist weltweit ein wichtiger Wirtschafts-wachstumssektor. Dieser Sektor umfasst neben Viehfutter auch die Ernährung von Haustieren und Sporttieren. Folglich gibt es eine enorme Vielfalt der Endprodukte: Futtermittel für den Agrarsektor, Vieh wie Rinder, Pferde und Geflügel; für Milchvieh und Futtermittel für Zuchttiere (z. B. in der Fischerei) sowie für Vogel- und Nagetierfutter. Daher kann das Segment Tiernahrung als Nahrung für Tiere wie Hunde, Katzen oder Reptilien definiert werden. Fehler, die in der Verarbeitungsanlage beim Fördern, Lagern, Mischen oder Pelletieren auftreten, können in der nächsten Verarbeitungsstufe selten ausgeglichen oder behoben werden. Dort ist der Füllstandsensor ein unverzichtbarer Bestandteil der technischen Ausstattung einer modernen Futtermittel-produktionsanlage zu Erfassung und Überwachung von Füllständen und Grenzwerten. Aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Prinzipien und Sensortypen ist die Auswahl des geeigneten Messgeräts nicht immer einfach.
KITLösungen ermöglichen flexible Messgeräte
Die Formulierung eines Mischfutters basiert auf der besonderen Verwendung, für die das Produkt bestimmt ist. Ebenso entspricht der Einsatz geeigneter Messsensoren den einschlägigen Anforderungen der Anwendung. Der Bedarf an Füllstandsensoren wird durch ihre zuverlässige Funktionalität, einfache Handhabung und lange Lebensdauer definiert. Ein bedeutender Anbieter von Tierfutter für Haustiere und Nutztiere in Dänemark modernisierte seine Anlage und forderte eine neue Erkennung von Grenzwerten, um seine Produktions-prozesse zu optimieren. Das Unternehmen verarbeitet über 200 verschiedene Getreideprodukte. Je nach Medium und Anwendung sollten unterschiedliche Messtechniken angewendet werden. Aufgrund definierter Kundenbedürfnisse musste das Projektmanagement kreative Ideen entwickeln und spezifische Lösungen spezifizieren, die effizient in die Anlagenprozesse implementiert werden konnten, − ob „von der Stange“ oder maßgeschneidert, musste definiert werden. Manchmal ist eine schnelle und einfache Technologie der effektive Weg, um zuverlässige Lösungen für die Messung von Inhalten und Füllständen zu erhalten.
Manchmal ist etwas Individuelles erforderlich
Für die Mahlprozesse in den Brecher und Hammermühlen des Tierfutterherstellers war unabhängig von den Materialeigenschaften eine stets präzise Messung erforderlich − mit der Fähigkeit, unterschiedliche Partikel und Korngrößen sowie Schleifmittel zu erfassen. Die extremen Bedingungen wie Staub, hohe Temperaturen oder Dampf waren eine Herausforderung für das Messsystem. Ein Vibrationssystem unter dem Gefäß, um Ablagerungen im Gefäß zu verhindern, war eine weitere Schwierigkeit bei dieser Anwendung.
Es wurde erwogen, einen rotierenden Paddelschalter als einfaches elektromechanisches Messprinzip zu installieren, das für solch extreme Prozessbedingungen angepasst werden kann. Eine motorgetriebene Welle bewirkt, dass sich die Schaufel dreht. Sobald der Materialstand die Schaufel erreicht und dadurch eine weitere Drehung verhindert, entsteht ein Drehmoment, das über einen Schalter in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Sobald die Schaufel wieder frei von Material ist, wird das Ausgangssignal zurückgesetzt und die motorgetriebene Welle dreht sich erneut. Trotz seiner Einfachheit ist das Gerät modular aufgebaut, was eine flexible Konfiguration auch unter sich ständig ändernden Bedingungen ermöglicht.
Sogenannte KIT-Lösungen ermöglichten eine schnelle, individuelle Gerätekonfiguration und eine effiziente Lagerhaltung. Sensor, Prozessarmatur, Elektronik und Gehäuse können auf die spezifischen Anforderungen abgestimmt werden, so dass die Installation mit einer effektiven und zuverlässigen Messtechnik ausgestattet wurde. Aufgrund des staubigen, explosionsgefährdeten Bereichs waren das staubdichte Gehäuse und das ATEX-zertifizierte Design für die Installation unbestritten.
Schließlich wurde der rotierende Drehflügelmelder der Serie Rotonivo® RN 3000 unter Verwendung spezieller, hochwertiger Dichtungs- und Korrosionsbeständigkeitsmaterialien ausgewählt. Für die teilweise feinkörnigen Schüttgüter wurde das Paddel der rotierenden Sonde mit einer Empfindlichkeit von bis zu 15 g/l ausgelegt und in 3 Stufen einstellbar realisiert.
Insbesondere innerhalb des Brechers gab es eine große Anzahl von Zyklen im schnellen Fluss und eine schnelle Reaktionszeit des Sensors trug dazu bei, die beste Genauigkeit der Messergebnisse zu unterstützen.
„Active Shield Technology" unterstützt einen reibungslosen Prozessablau
Das Pelletieren von Tierfutter war ein weiterer Prozess während der gesamten Futtermittelherstellung der Anlage, der mit moderner Messtechnik ausgestattet werden sollte. Dabei spielte die Dampfkonditionierung eine wichtige Rolle. Dies bedeutete, dass der Sensor hohe Temperaturen in Kombination mit feuchten Umgebungen bewältigen konnte. Weitere Herausforderungen in dieser Verarbeitungsstufe waren Staub, Vibrationen und hohe Tragfähigkeit. Die erforderliche Füllstandsmessung musste als zuverlässiger Verfülldetektor für die gepressten, erhitzten Pellets funktionieren. Aufgrund der anspruchsvollen Bedingungen war es wichtig, für die Installation einen Sensortyp mit einem robusten, zertifizierten Design zu verwenden, der als Hochtemperaturversion erhältlich ist. Zusätzlich benötigte das Gerät eine absolut zuverlässige Abdichtung. Das UWT-Projektmanagement hat sich eindeutig für das kapazitive Messgerät RFnivo® RF 3000 ausgesprochen. Die langlebige Messtechnik mit unterschiedlichen Geräteversionen hält extremen Prozessbedingungen stand und ist aufgrund der Edelstahlkomponenten sehr robust. Der Sensor misst die Kapazität zwischen Sonde und Behälterwand.
Wenn die Sonde vom Produkt abgedeckt ist, ändert sich die erkannte Kapazität und ein Schaltsignal wird aktiviert. Durch die integrierte „Active Shield-Technologie“, die sicherstellt, dass die Sonde unempfindlich gegen Materialansammlungen oder Zusammenbacken ist, konnte der RF mit den klebrigen und erhitzten Schüttgütern umgehen. Die Sonde mit Keramikisolatoren war für eine Prozesstemperatur von bis zu +500 °C ausgestattet, da die Vorrichtung keine temperaturbegrenzenden Komponenten für die Massenerkennung im Auftragsprozess benötigt. Nach der Bestimmung der Behältergeometrie wurde die installierte HF-Sonde automatisch kalibriert, sobald die Versorgungsspannung angeschlossen wurde.
Der Tierfutterhersteller verwendete auch in den Pelletierungsprozess integrierte Expander, bei denen das Material innerhalb von 5 Sekunden von 100 °C auf 120 °C erhitzt wird. Anschließend wird das Produkt gepresst und geknetet. So werden Bakterien, Salmonellen und Schimmelpilze abgetötet, gleichzeitig werden Nährstoffe und Wirkstoffe nicht geschädigt. Am Ende ist das Tierfutter leicht verdaulich. Die Hauptherausforderung dieser Anwendung war die Korrosion, die durch die aggressiven Öle verursacht wurde. Weitere expandierende Einflüsse waren Feuchtigkeit, Temperatur und Druck des Materials. Unter diesen Bedingungen installierte UWT das Hochleistungsmodell der RF 3000-Serie mit einer Konstruktion, die hohen Behälterdrücken von bis zu 25 bar (363 psi) standhalten konnte und außerdem eine hohe Drehmomenteinstellung von 525 Nm bot. Außerdem kam er mit Spannungskräften von bis zu 40 kN zurecht. Natürlich verfügte das Gerät auch über die „Active Shield Technology“.
Stressfreier Prozessfluss durch sicheren Überfüllschutz
In Übereinstimmung mit den hohen Standards in der Lebensmittelindustrie müssen Lösungen eine kundenorientierte Planung beinhalten, die eine umfassende Unterstützung für die kundenseitigen und die technischen Anforderungen bietet. Während der Produktion wurden die frei fließenden Schüttgüter entweder mechanisch mit Kettenförderern, Aufzügen, Schneckenförderern oder pneumatischen Förderbändern von einem Herstellungsprozess zum anderen transportiert. Hier ist ein kontrollierter Materialfluss unerlässlich, um einen effektiven Produktionsprozess zu gewährleisten.
Fehler in Fördersystemen für Rohmaterial, Pellets und andere Schüttgüter mussten durch geeignete Messprinzipien frühzeitig erkannt werden, so dass Folgeschäden zuverlässig vermieden werden.
Um eine kontinuierliche Lieferkette zu gewährleisten, müssen sowohl das Rohprodukt als auch das Endprodukt klar und ordnungsgemäß gelagert werden. Alles beginnt mit den Rohstoffen, die transportiert und in Rohzellen (Silos) gelagert werden sollen, sobald sie geliefert, gewogen und gereinigt wurden. Die Materialien bleiben dort bis zur Weiterverarbeitung. Die Endprodukte wie das pelletierte und andere fertige Futtermittel werden bis zur Lieferung in fertigen Futtermittelzellen gelagert. Der während dieser Lagerprozesse geforderte Sensor sollte die Messung des Inhaltsniveaus mit einem zuverlässigen Überfüllschutz abdecken. Bei der Konfiguration der Messlösung mussten Bedingungen wie Silo- und Tankgeometrie, Einbaulage des Sensors, Eigenschaften des Mediums wie Fließfähigkeit, Schüttdichte, Leitfähigkeit, Feuchtigkeit, Staub und Haftung berücksichtigt werden sowie die erforderlichen Zulassungen wie Explosionsschutz.
Die Serie der LotsensorenNivoBob ® hat sich in der Praxis mehrfach als Volldetektor für die kontinuierliche Füllstandsmessung bewährt. Mit dem NivoBob® NB 4000 konnte für den Anlagenbetreiber sogar eine sehr kostengünstige Lösung innerhalb der langlebigen Technologie des elektromechanischen Messsystems gefunden werden. Das Sensorgewicht aus einem geeigneten Material, das entweder an einem Band oder einem Seil befestigt ist, wird von oben elektromechanisch in das Gefäß abgesenkt. Sobald das Sensorgewicht auf dem Material ruht, ändert sich die Wicklungsrichtung des Motors und das Sensorgewicht wird in die obere Anschlagposition zurückgespult. Das Gerät arbeitete fließend im Messbereich von bis zu 30 m und wurde auch während des Füllvorgangs eingesetzt. Der integrierte Zielflansch wurde oben auf den Silodächern montiert und konnte exakt ausgerichtet werden. In Kombination wurde ein Visualisierungssystem innerhalb der Lagersilos verwendet, um die Ebenen aus der Ferne zu erfassen, Trends zu analysieren und das Logistikmanagementsystem abzurunden.
Die Anforderungen der Tiere an die Ernährung sind vielfältig und daher muss eine Vielzahl von Mischfutterformulierungen hergestellt werden. Dementsprechend liegt der Fokus der messtechnischen Ausrüstung in der Produktionsanlage auf der Fähigkeit, sich einfach und schnell an die unterschiedlichen Verarbeitungsbedingungen anzupassen.
Entwicklung neuer Geräte
Häufiger wurde das Projektmanagement nach einer einzelnen Stabsonde gefragt, die nach dem Vibrationsprinzip arbeitet und universell gültige technische Strukturen aufweist. Das Design dieser Messinstrumente hat sich in den letzten Jahren auf den internationalen Märkten etabliert. Insbesondere aufgrund seiner hohen Kompatibilität (bereits durch die Standardversion) wird es von Anlagenbetreibern sehr bevorzugt. UWT hat auf die Wünsche seiner Kunden mit einer neuen Produktreihe reagiert, die das Prinzip der Schwingungsmessung in Form einer einzelnen Stabsonde verwendet. Das Gerät mit der Bezeichnung Mononivo® MN 4000 kann in Silos und Tanks als Voll-, Bedarfs- oder Leerdetektor verwendet werden. Das Gerät eignet sich auch als Überfüllungsdetektor in Rohren und Schächten und ist für alle Schüttgüter geeignet. Elektronisch stimulierte Piezos bewirken, dass die Sonde vibriert. Sobald der Sensor mit Material bedeckt ist, wird die Vibration gedämpft und die resultierende elektrische Stromänderung bewirkt, dass das Ausgangssignal umschaltet.
Aufgrund seiner kompakten Bauweise einschließlich der verfügbaren Gewinde ab 1″ eignet sich der Sensor sehr gut für verschiedene Massenanwendungen auf der ganzen Welt − egal ob pulverförmiges Material mit starken Zusammenbackeigenschaften oder grobkörnigem Granulat. Mit der einstellbaren Empfindlichkeit handhabt das Gerät auch leicht Schüttgüter ab 20 g/l.
Über die UWT GmbH
Die UWT GmbH ist einer der weltweit führenden Hersteller von Messtechnologie für die Detektion sowie Überwachung von Füll- und Grenzständen in jeglicher Art von Schüttgütern, Feststoffen sowie in sämtlichen Flüssigkeiten, Pasten und Schäumen. Über Jahrzehnte hinweg hat man erfolgreich bewiesen, dass ein Familienunternehmen mit klaren Prinzipien, engagierten Mitarbeitern und innovativem Denken viel bewegen kann. Seit der Gründung 1977 hat sich das Produktportfolio der UWT GmbH beeindruckend weiterentwickelt und bietet Lösungen für eine Vielfalt von Branchen, z. B. den Nahrungsmittelbereich, Kunststoffapplikationen, Zementwerke, die chemische Industrie, den Holz sowie Gummisektor, Umweltanlagen, Kraftwerke etc.
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