Ein Ventil revolutioniert die Herstellung von Lebensmitteln und Getränken

Ventile werden oft übersehen. Doch wie es sich öffnet, schließt und seine Position hält, bestimmt den Ablauf einer gesamten Produktionslinie: Wie viel produziert wird, wie viel Energie verbraucht wird und wie sauber die Anlage bleibt.

Eine neue Erweiterung des GEA Ventilportfolios ermöglicht es Lebensmittel- und Getränkeherstellern, deutlich mehr aus ihren bestehenden Anlagen, Ressourcen und Produktionsflächen herauszuholen.

Die Art und Weise, wie weltweit Bier getrunken wird, verändert sich. Das weltweite Absatzvolumen wächst nicht mehr und bleibt bei etwa 1,9 Milliarden Hektolitern pro Jahr stabil. Gleichzeitig steigt die Vielfalt der Produkte, die eine einzelne Brauerei herstellen muss, kontinuierlich an: von Premiumbieren bis hin zu dem stark wachsenden Segment alkoholreduzierter und alkoholfreier Getränke. Besonders deutlich zeigt sich diese Entwicklung in reifen Märkten. In Europa sank die Bierproduktion zwischen 2019 und 2024 von 367 auf 345 Millionen Hektoliter, während die Zahl der aktiven Brauereien mit rund 9.700 Betrieben nahezu konstant blieb.

Die zentrale Herausforderung besteht heute darin, auf bestehender Produktionsfläche mehr Produktvielfalt zu ermöglichen. Überraschenderweise wird ein großer Teil dieser Flexibilität tief im Prozess entschieden: auf Ventilebene. In Lebensmittel- und Getränkeanlagen leiten Ventile Flüssigkeiten durch ein Netzwerk aus Rohrleitungen und Tanks, regulieren den Durchfluss und tragen dazu bei, dass Produkte und Reinigungsflüssigkeiten sicher voneinander getrennt bleiben. Ob Bier, Milch oder Joghurt produziert wird: Ventile spielen eine entscheidende Rolle für sichere, stabile und effiziente Prozesse. Und genau deshalb gilt: Wer die Art verändert, wie Ventile betrieben werden, verändert die Möglichkeiten des gesamten Produktionsprozesses.

Ventile mit Wasser statt Druckluft betreiben

In Lebensmittel- und Getränkewerken werden Ventile üblicherweise mit Druckluft betätigt. Die GEA Hydract®-Antriebstechnologie betätigt Ventile dagegen mit Wasser in einem geschlossenen, digital gesteuerten Kreislauf. Das Ergebnis ist ein Ventil, das exakt in Position gehalten und in fein abgestimmten Schritten gesteuert werden kann. Dies führt zu einem geringeren Energieverbrauch und einer besseren Kontrolle.

In Kombination mit Echtzeitdaten aus jedem einzelnen Ventil und der Möglichkeit, bestehende Tanks flexibler für unterschiedliche Endprodukte zu nutzen, erhalten Hersteller neue Optionen, um auf sich verändernde Marktanforderungen zu reagieren.

Die Idee geht auf Peter Espersen zurück. Er ist heute Senior Director Business Development im Geschäftsbereich Pure Flow Processing von GEA. Er vergleicht die Entwicklung mit hydraulischen Systemen in schweren Baumaschinen: „Konventionelle Hydraulik mit Öl ist eine Kraftpaket-Technologie, die ursprünglich dafür entwickelt wurde, riesige Bagger zu bewegen. Dort geht es um hohe Drücke und große Volumenströme. Als wir begonnen haben, Lösungen für die Lebensmittelindustrie zu entwickeln, wussten wir: Wir müssen alles miniaturisieren – wir müssen hydraulisches Denken neu definieren.“

Zur Veranschaulichung nutzt Espersen ein einfaches Beispiel: „Wenn man das Ende einer Fahrradpumpe mit dem Finger verschließt und versucht hineinzudrücken, bleibt sie flexibel. Füllt man sie jedoch auf beiden Seiten mit Wasser, lässt sich nichts mehr bewegen. Das System ist blockiert.“ Weil Wasser praktisch nicht komprimierbar ist, kann ein Ventil seine Position exakt halten, anstatt lediglich zwischen „offen“ und „geschlossen“ zu wechseln.

Der Weg dahin war jedoch lang. Jahre intensiver Entwicklungsarbeit waren notwendig, um die Technologie auf das Niveau hygienischer Prozessventile zu bringen. Heute erreicht die Ventilsitzposition eine Genauigkeit von bis zu 0,03 Millimetern, während ein kompletter Regelzyklus lediglich eine halbe Sekunde benötigt.

Das GEA VARIVENT® Produktportfolio wird noch leistungsfähiger

GEA integriert diese Technologie schrittweise in sein bewährtes GEA VARIVENT® Ventilsortiment für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Den Anfang machen die am häufigsten eingesetzten Ventiltypen. Für Anwender bedeutet das, dass sie die Vorteile wasserhydraulischer Antriebe nutzen können, ohne auf ein separates Ventilsystem wechseln zu müssen.

Zum Start werden drei der wichtigsten GEA VARIVENT® Ventiltypen verfügbar sein: Absperrventile, Wechselventile und Doppelsitzventile. Diese decken bereits die meisten Prozesse im Bereich flüssiger Lebensmittelverarbeitung ab. Langfristig soll die Hydrauliktechnologie auf das gesamte VARIVENT® Portfolio ausgeweitet werden, sowie auf die GEA aseptischen Ventile.

Warum Brauereien Ventilen plötzlich besondere Aufmerksamkeit schenken

Einige Unternehmen, wie Krombacher, erweitern ihr Portfolio um völlig neue Getränkekategorien. Andere, wie Störtebeker, bieten inzwischen eine große Bandbreite alkoholarmer und alkoholfreier Biere an. Gleichzeitig wachsen die Anforderungen an Nachhaltigkeit, Ressourceneffizienz und Kostenkontrolle. Entscheidend wird dabei der Zeitpunkt, an dem ein Bier seine finale Ausprägung erhält. Dank hochpräziser Ventilsteuerung können Brauereien mit einer überschaubaren Anzahl von Grundbieren arbeiten und diese erst kurz vor der Abfüllung zu den gewünschten Endprodukten mischen. Dieses Prinzip wird als Late Product Differentiation bezeichnet. Das bedeutet weniger Tanks, die befüllt und gereinigt werden müssen, sowie weniger fertiges Bier, das im Lager vorrätig ist.

Carlsberg: Mehr Produktvielfalt, weniger Tanks

In der Carlsberg-Brauerei im dänischen Fredericia wurde genau dieses Konzept umgesetzt. Bastian Tolle, Vice President Business Development & Digitalization bei GEA, erklärt:. „Carlsberg mischt heute einige wenige konzentrierte Grundbiere mit Wasser und weiteren Zutaten auf dem Weg zur Abfülllinie. Die Ventile halten dabei jede Mischung exakt auf Rezeptniveau.“

Die Auswirkungen sind erheblich: Früher produzierte Carlsberg 39 Biervarianten in 26 Lagertanks für Blankbier. Diese waren durchschnittlich nur zu 54 Prozent ausgelastet. Heute entstehen dieselben Produktvarianten aus lediglich acht bis zehn Grundbieren in nur 14 Tanks, die zu rund 90 Prozent genutzt werden. Das bedeutet: deutlich weniger Tanks, weniger Reinigungsaufwand, bessere Flächennutzung, und höhere Anlagenkapazität.

Die Reinigungskosten für die reduzierte Tankanzahl sanken um rund 55 Prozent. Gleichzeitig konnte die nutzbare Produktionskapazität ohne einen einzigen zusätzlichen Tank um geschätzte 86 bis 160 Prozent gesteigert werden.

Anders Kokholm, Brewery Director bei Carlsberg Denmark, fasst es so zusammen: „Die Tests der hydraulischen Ventile haben unsere Erwartungen übertroffen. Die Präzision und Zuverlässigkeit gegenüber druckluftbetätigten Ventilen ermöglichen einen völlig neuen Ansatz für eine effiziente Bierproduktion. Sie verändern grundlegend die Art und Weise, wie wir künftig Bier herstellen können.“

Daraus ergibt sich der strategische Wert. Weniger eingesetzte Tanks bedeuten weniger Reinigungsaufwand und somit einen geringeren Verbrauch an Wasser, Energie und Chemikalien. Die Betriebskosten sinken und die Nachhaltigkeitsbilanz verbessert sich gleichzeitig. Die höheren Anfangsinvestitionen in die hydraulischen Antriebe amortisieren sich in der Regel innerhalb von fünf bis sechs Jahren; in neuen Anlagen, in denen nie ein Druckluftnetz installiert wurde, sogar noch früher.

Über 90 Prozent weniger Energieverbrauch für die Ventilbetätigung

Der Betrieb von Ventilen mit Wasser statt Druckluft reduziert den Strombedarf bei Carlsberg um mehr als 90 Prozent.

Der Grund ist einfach: Ein Druckluftsystem benötigt rund um die Uhr laufende Kompressoren. Das wasserhydraulische System hingegen braucht lediglich eine kleine Pumpe, die nur wenige Minuten am Tag in Betrieb ist. Bei Carlsberg wurde ein 250-kW-Kompressor durch einen 2,2-kW-Motor ersetzt – etwa die Leistung eines Wasserkochers. Das spart täglich rund 5.700 Kilowattstunden Strom und summiert sich auf etwa zwei Millionen Kilowattstunden pro Jahr.

Jedes Ventil wird zur Echtzeit-Datenquelle

Die hohe Präzision bringt einen weiteren Vorteil mit sich: Da ein hydraulischer Antrieb seine Position exakt kennt und digital steuert, wird jede Bewegung dokumentiert.

Jedes Ventil wird damit zu einer kontinuierlichen Datenquelle über: den Prozesszustand, die tatsächliche Ventilposition, und den Zustand der Komponenten. Peter Espersen erklärt: „Wir wissen jederzeit exakt, was das Ventil getan hat und ob das System ordnungsgemäß funktioniert. Das ist Zustandsüberwachung für unser eigenes Produkt.“ Dadurch können Verschleißerscheinungen frühzeitig erkannt werden, bevor Ausfälle auftreten. Wartungsarbeiten lassen sich bedarfsgerecht planen, anstatt starren Wartungsintervallen zu folgen. Für Produktionsbetriebe mit vielen Produktwechseln bedeutet dies höhere Transparenz und geringere ungeplante Stillstände.

Warum die Technologie auch für Molkereibetriebe interessant ist

In der Milchverarbeitung ist der Ausgangspunkt ein anderer. Milch ist ein hochwertiger, leicht verderblicher und lebender Rohstoff. Null-Abfall und eine strenge Prozesskontrolle sind ständige Anliegen. Molkereibetriebe unterliegen anspruchsvollen Reinigungsvorschriften und müssen Hygienestandards einhalten, die in kaum einer anderen Lebensmittelbranche ihresgleichen finden. Das bedeutet, dass sich jede in den Prozess integrierte Technologie hinsichtlich Zuverlässigkeit und Steuerbarkeit bewähren muss.

„Genau hier kommt der digitalen Seite der hydraulischen Antriebstechnik die größte Bedeutung zu“, sagt Frederik Wellendorph, Sales Director Hydract Technology bei GEA. „Da jede Ventilbewegung protokolliert wird, übermittelt die Technologie Ventilstellungsdaten an die Überwachungssysteme der Anlage. Dies verbessert die Rückverfolgbarkeit des Prozesses und verschafft den Bedienern einen kontinuierlichen Überblick über die Leistung jedes einzelnen Ventils. Dieselben Daten unterstützen zudem die zustandsorientierte Instandhaltung.“

Eine präzise Regelung schafft einen zusätzlichen Mehrwert. Das exakte Halten eines Ventils auf dem Sollwert unterstützt eine kontinuierliche Dosierung und eine strengere Standardisierung des Endprodukts. Zudem ermöglicht sie eine späte Produktdifferenzierung in ausgewählten Prozessabschnitten, beispielsweise das Mischen verschiedener Fettgehaltsstufen an der Abfüllanlage oder das Dosieren von Früchten in einen Basisjoghurt. Wellendorph betont: „In Molkereien liegen die Vorteile häufig in bestimmten Prozessabschnitten und nicht zwangsläufig in einer Neugestaltung der gesamten Linie wie im Brauereiumfeld. Aber genau diese Potenziale untersuchen wir derzeit sehr intensiv.“

Produktionsanlagen neu denken

Was ursprünglich als Idee zur Reduzierung des Energieverbrauchs begann, hat eine viel größere Diskussion angestoßen: Wie sollten Produktionsanlagen künftig aufgebaut sein? Und welche Flexibilität müssen sie bieten? Von der Brauerei bis zur Molkerei zeigt sich, dass eine scheinbar einfache Veränderung in der Ventiltechnik – der Wechsel von Druckluft zu Wasser – Kunden neue Möglichkeiten eröffnet. Mit der Integration der GEA Hydract® Antriebstechnologie in das GEA VARIVENT® Portfolio erhalten Lebensmittel- und Getränkehersteller mehr Flexibilität, höhere Prozesseffizienz und erhebliche Einsparpotenziale in einer Zeit, in der genau diese Vorteile entscheidend sind.