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Füllstand in Kunststoffsilos messen

Sicherer Nachschub für Spritzgießmaschinen
Füllstand in Kunststoffsilos messen

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Spritzgussmaschinen erbringen Höchstleistungen, dafür müssen sie zuverlässig mit Rohstoffen versorgt werden. Bei dem niederländischen Unternehmen Haval BV haben daher Füllstandsensoren von Vega den Vorrat an Kunststoffgranulaten in den Rohstoffsilos sicher im Blick.

Seit über 30 Jahren ist Haval BV bekannt als verantwortungsvoller Hersteller von Einwegartikeln und Verpackungsmaterialien für die Lebensmittelindustrie, wie Plastikgläser, Besteck, Teller, Rührstäbchen und viele Lebensmittelverpackungen. Grenzen in Bezug auf Form, Funktion oder Farbe gibt es nicht. Dabei begann das heute international operierende Unternehmen zunächst in einer ganz anderen Sparte – es stammt aus einer Cafeteria. Einer seiner damaligen Stammkunden hatte eine Spritzgussmaschine, die verstaubte. Der Kunde erkundigte sich, ob es damit nicht seine eigenen Chips-Gabeln herstellen wollten. Man wollte und kurz darauf fragten zwei Großhändler aus dem Gaststättengewerbe an, ob man diese Gabeln nicht auch an sie liefern könnte. Man konnte! Dies war der entscheidende Wendepunkt in der Firmengeschichte – das Unternehmen wandelte sich von der Cafeteria zum Hersteller von Einwegartikeln und Verpackungen für die Lebensmittelindustrie.

Kontinuierliche Innovation der Produktionstechniken hat Haval heute zu einem Spezialisten auf diesem Gebiet gemacht. Jährlich verlassen etwa fünf Milliarden Einwegartikel und Verpackungen die hochmoderne Produktionsstätte im niederländischen Gemert auf dem Weg zu Kunden in ganz Europa. Alle Produkte werden in Zusammenarbeit mit angesehenen Design-Agenturen entwickelt, wobei nicht nur das Design, sondern auch die physischen Anforderungen eines Produkts im Mittelpunkt stehen. Da sich die Vorschriften in der Europäischen Union ändern, werden Einwegartikel zwar ab 2021 verboten, längst setzt Haval jedoch auf ein weiteres Standbein, die Herstellung von Lebensmittelverpackungen, die z. B. zur Lagerung und zum Verkauf von Salaten, Gemüse, Obst usw. verwendet werden.

Aus dem Silo zur perfekten Form

Ob Einwegbesteck oder Verpackung – die Basis all dieser Produkte sind hochwertige Kunststoffgranulate aus Polystyrol und Polypropylen. Dieses Rohmaterial wird von den Aluminium-Silos zu den Spritzgussmaschinen transportiert, wo der Kunststoff geschmolzen und unter hohem Druck in die endgültige Form gespritzt wird. Das Gesamtvolumen der mittlerweile neun Vorratssilos beträgt 900 m3. „Für die sichere Bevorratung und einen reibungslosen Ablauf im Betrieb müssen wir genaue und verlässliche Werte über die Menge der Kunststoffgranulate haben. Geht das Rohmaterial zur Neige, müssten wir eine oder mehrere unserer Spritzgussmaschinen stilllegen“, erklärt Ron Kastermans, Manager Produktion bei Haval BV. „Jetzt setzen wir auf eine Kombination aus Radar-Füllstandmessung und der Vegascan-Visualisierung.“

In den Silos kommen mehrere Radarsensoren des Typs Vegapuls 68 und 69 zum Einsatz. In zwei Silos ist der Vegapuls 68 seit mehr als sieben Jahren im Einsatz und funktioniert reibungslos. In den anderen drei Silos wurde der Vegapuls 69 installiert. „Für die Füllstandmessung lag die größte Herausforderung in der niedrigen Dielektrizitätszahl des Rohstoffes, die Kunststoffgranulate haben einen Dk-Wert von etwa 1,2“, berichtet Ron Kastermans. „Außerdem dürfen sich die Sensoren nicht von Staubablagerungen beeindrucken lassen. Schließlich arbeiten wir mit Polystyrol.“

Vor der Einführung des Vegapuls 69 wurde der Füllstand mit einem Sensor, dessen Messprinzip auf der geführten Mikrowelle beruht, gemessen. Dies funktionierte zwar, aber sobald die Störsignale die gleiche Größe wie das Füllstandecho aufweisen, war eine zuverlässige Messung nicht immer möglich. Unglücklicherweise tritt diese Situation bei vielen Kunststoffpulvern und -granulaten auf. Ihre sehr niedrigen Dk-Werte liefern nur kleine Reflexionen, da ein großer Teil der Radarsignale vom Medium absorbiert wird. Hinzu kommen häufig Störsignale durch die kunststoffspezifischen Einbauten in Silos. So wird Kunststoffpulver in der Regel in hohen, sehr schlanken Behältern gelagert. Umlaufende Schweißnähte, selbst wenn diese nur wenige Millimeter groß sind, führen in Silos immer wieder zu Störreflexionen. Im schlechtesten Fall gibt es alle 50 cm eine solche Schweißnaht, die das eigentliche Nutzsignal überblendet. Dabei hat die Verlässlichkeit eines Messsignals oberste Priorität für Kastermans: „Das Wichtigste für mich im Betriebsalltag ist, dass ich eine gute Messung bekomme. Dabei geht es gar nicht mal um die allerhöchste Genauigkeit, sondern um ein kontinuierliches, zuverlässiges Ergebnis ohne Fehlfunktionen.“

Bewegung in die über viele Jahre unbefriedigende Messsituation in der Kunststoffindustrie kam erst vor einigen Jahren, als Vega den Vegapuls 69 auf den Markt brachte. Dieser arbeitet mit einer Frequenz von 80 GHz und einer Antennengröße von ca. 75 mm. Dies ermöglicht eine deutlich höhere Fokussierung des Sendesignals und einen Öffnungswinkel von nur 4° – ideal für schlanke hohe Silos. Zum Vergleich: Bei einem Radarsensor mit 26 GHz Sendefrequenz beträgt der Öffnungswinkel etwa 10° bei gleicher Antennengröße. Die gute Fokussierung hilft, das eigentliche Messsignal von Störsignalen besser zu trennen. Möglich machten dies damals neue Mikrowellenkomponenten, die selbst kleinste Reflexionssignale noch erfassen können.

Höhere Dynamik

Ein zweiter Aspekt, der viele Anwender inzwischen für den Vegapuls 69 eingenommen hat, ist sein Dynamikbereich. Dieser Parameter liefert bei Radarsensoren eine Aussage darüber, in welchen Anwendungsbereichen ein Sensor eingesetzt werden kann, sprich den Unterschied zwischen größtem und kleinstem Signal. Je größer die Dynamik, desto breiter das Einsatzspektrum der Sensoren. Aufgrund des großen Dynamikbereichs von 120 dB des Vegapuls 69 können selbst kleinste Reflexionen gemessen werden. Bei Medien mit schlechten Reflexionseigenschaften sorgt diese Dynamik dafür, dass diese inzwischen überhaupt gemessen werden können.

Nachdem der Einsatz von Radarfüllstandsensoren in zunächst fünf Rohstoffsilos positiv verlief, wurden im Mai 2018 nicht nur drei weitere Silos in Betrieb genommen, sondern auch gleich vier Radarsensoren von Vega installiert. Zu diesem Zeitpunkt entschloss man sich zudem, einen Schritt weiter zu gehen und eine Lagerverwaltung für die Rohstoffe einzuführen. Bis dahin wurde die Lagerverwaltung manuell durchgeführt. Zur Sicherheit gab es einen Vorrat von etwa 200 000 kg Rohmaterial in Säcken. Nun wollte man einen besseren Überblick über den Rohmaterialbestand haben.

Daher wurden die Vega-Sensoren durch das Vegascan 693 ergänzt, das den aktuellen Bestand visualisiert. Das Vegascan 693 ist ein universelles Steuergerät für eine Vielzahl von Messaufgaben wie Füllstand-, Pegel- und Prozessdruckmessung und bietet die Möglichkeit, bis zu 15 voneinander unabhängige Vega-Hart-Sensoren anzuschließen. Es eignet sich besonders für Anwendungen in den Bereichen Bestandserfassung, VMI (Vendor Managed Inventory) und Fernabfrage. Es lassen sich bis zu 200 000 Messwerte aufzeichnen und diese auch ganz einfach in ein Intranet einbinden. „Mit der zusätzlichen Visualisierung haben wir die Möglichkeit, ganz einfach zu verfolgen, wann eine neue Lieferung erfolgt und in welchem Silo diese Lieferung entladen wurde“, nennt Ron Kastermans einen Grund für den Einsatz des Vegascan und ergänzt abschließend. „Sollte tatsächlich mal ein Fehler während der Verarbeitung auftreten, wissen wir ganz schnell, ab wann wir unsere Produkte zurückrufen müssen. Dies ist vor allem hinsichtlich der Anforderungen in der Lebensmittelindustrie ein entscheidender Vorteil.“

Vega Grieshaber KG, Schiltach


Autor: Stefan Kaspar

Produktmanager,

Vega



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