Effizient gefördert

Dosieren, fördern und zuführen von Schüttgütern

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29.03.2016 Stand früher der Anschaffungspreis einer Förderanlage als kaufmännisches Bewertungskriterium an erster Stelle, geht heutzutage in der Prozesstechnik die Kosten-/Nutzenanalyse wesentlich weiter.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Lange Zeit war für Betreiber beim Kauf von Anlagen und Maschinen einzig der Kaufpreis entscheidend. Mittlerweile rücken aber TCO und OEE mehr und mehr in den Mittelpunkt.
  • Durch den Einsatz von Vakuumförderern in Edelstahl-Segmentbauweise profitieren Anwender im Alltag beispielsweise von einer einfachen werkzeugfreien Montage und Demontage.

TCO (Total Cost of Ownership) und OEE (Overall Equipment Effectiveness) sind bei Investitionsgütern wichtiger, als ein vermeintlich günstiger Einkaufspreis. Vakuumförderer in Edelstahl-Segmentbauweise mit Multijector Technik sind besonders werthaltig aufgebaut, glänzen durch einfachste Montage und einen wartungsfreien Aufbau.

Auch Weitsicht kann zum Wettbewerbsvorteil werden: Stand früher der Anschaffungspreis einer Anlage als kaufmännisches Bewertungskriterium an erster Stelle, geht heutzutage die Kosten-/Nutzenanalyse wesentlich weiter. TCO (Total Cost of Ownership) und OEE (Overall Equipment Effective­ness) sind bei Investitionsgütern wichtiger, als ein vermeintlich günstiger Einkaufspreis. Denn wenn Instandhaltung und Montage bis zu 70 % der Lebenszykluskosten ausmachen können und dabei der Anschaffungspreis auf nur 25 % Gesamtkostenanteil zurückfällt, wird deutlich, dass eine erweiterte Betrachtung empfehlenswert ist – insbesondere wenn es um den Transport von Pulvern und Schüttgütern geht. Hier eignen sich beispielsweise Vakuumförderer in Edelstahl-Segmentbauweise mit Multijector Technik.

Schüttgut-Abscheide- und Sammelbehälter
Ausgehend von der Produktaufgabestelle saugen sie das Fördergut unter Vakuum über den Saugschlauch oder eine feste Rohrleitung in den Abscheidebehälter und lassen es nachfolgend in die darunter befindliche Einheit ab. Damit findet eine aktive, staubdichte Beschickung drucklos von oben statt. Nach diesem Prinzip versorgt das System alle Arten von Behältern und Prozessen mit Pulver. In Vielstoffbetrieben sind häufig mit dem gleichen Fördergerät unterschiedliche Feststoffe zu transportieren. Der Wunsch nach einem einfachen Aufbau und damit leichter Zerlegbarkeit und Reinigung steht dann an erster Stelle. Zunächst ermöglicht der hohe Saugvolumenstrom eine gute Restentleerung des gesamten Systems, sodass der Anwender häufig nicht weiter reinigen muss. Über Leertakte und unter Ausnutzung des Vakuums bis 90 mbar absolut, kann der Betreiber diesen Effekt noch verstärken. Liegen bestimmte Schüttguteigenschaften vor, ist eine restemengenfreie Förderung möglich. Falls es nötig ist, intensiver zu reinigen, erleichtert die Edelstahl-Segmentbauweise durch die einfache, werkzeugfreie Demontage und anschließende Nassreinigung den schnellen Produktwechsel. In ähnlicher Weise nutzen auch Farbenhersteller den Vorteil der leichten Demontage, indem sie die verschiedensten Pigmente (Partikelgrößen 1 bis 80 µm) mit Vakuum fördern, sodass selbst drastische Farbwechsel von weiß nach schwarz schnell und problemlos möglich sind. Darüber hinaus ermöglichen einzelne Module individuelle Optimierungen der Vakuumfördergeräte gemäß der konkreten Aufgabenstellung. So kann beispielsweise die unterschiedliche Strömungsführung bei radialer oder tangentialer Einsaugung entscheidend für eine erfolgreiche Förderung sein. Der gewählte Werkstoff bringt die nötige Festigkeit (bis 91 % Vakuum ist möglich), bei geringer Wandstärke und niedrigem Gewicht. Der Vakuumförderer wird oberhalb oder leicht versetzt zu der zu beschickenden Einheit angeordnet und staubdicht verbunden.

Vakuumpumpen zur pneumatischen Förderung
Im Mittelpunkt der Saug- beziehungsweise Vakuumförderer stehen die mehrstufigen, druckluftbetriebenen Multijector-Vakuumpumpen. Für den Anwender wichtige Kriterien wie Wartungsfreiheit, geringe Baugröße und Gewicht sind hier genauso entscheidend, wie die einfache Steuerung und Regelung. Primär ermöglicht die effiziente Umsetzung über das mehrstufige Venturi-Prinzip einen wirtschaftlichen Einsatz der Druckluftenergie. Sekundär ergibt sich eine Reihe von Vorteilen, die teilweise erst nach der Inbetriebnahme in ihrer synergetischen Kombination deutlich werden: Die Vakuumerzeuger haben keine rotierenden Teile, benötigen somit keine Schmierung und Wartung und entwickeln im Betrieb auch keine Wärme. Es lassen sich vielfältige Schüttgüter saugen, da diese Pumpen zum einen hohe Saugluftmengen (Flugförderung) und zum anderen – bei Bedarf – ein Vakuum bis 910 mbar Unterdruck (Dichtstromförderung) erzeugen. Damit ist es möglich, auch Pfropfen (=hohes Vakuum benötigt) zu transportieren. Gleichzeitig steht gegen Ende der Förderung genügend Luftgeschwindigkeit zur Verfügung, um die Leitung wieder leer zu saugen. Diese Leersaugfunktion erhöht nicht nur die Hygiene, sondern führt bei Wiege- und Dosiervorgängen zu höheren Genauigkeiten. Die Steuerung erfolgt ebenfalls pneumatisch, sodass die Saugförderer auch in Ex-Bereichen zum Einsatz kommen können. Durch den rein pneumatischen Aufbau der Multijector-Vakuumförderer sah der TÜV bei der Atex-Zertifizierung bereits im Oktober 2002 keine Schwierigkeiten. Bislang sind dies die einzigen am Markt mit Zertifikat erhältlichen Systeme, die alle relevanten Staub- und Gas-Ex-Zonen abdecken. Ergänzend steht ein Inertisierungssystem zur Verfügung.

Die Pumpe: eine Einzelfallentscheidung
Beim Betrachten des Energiebedarfs ist zu berücksichtigen, dass die Vakuumpumpen das benötigte Vakuum äußerst schnell auf- und abbauen können. Dieser getaktete Betrieb harmoniert mit der diskontinuierlichen Förderung, da der Abscheidebehälter zyklisch befüllt und entleert wird. Während der Entleerzeiten ist der Energiebedarf gleich null, da das System die Multijector-Vakuumpumpe abschaltet. Elektromechanische Vakuumerzeuger müssen hingegen kontinuierlich arbeiten und verbrauchen auch während der Entleerphase Strom, sodass beim Gesamt-Energieverbrauch häufig keine gravierenden Unterschiede bestehen. Hinzu kommen der höhere Anschaffungspreis, die wesentlich aufwendigere Installation (Ventile/lange Vakuumleitungen, Baugröße, Gewicht und Wärmeentwicklung etc.), die Kosten für Wartung etc. und die bei elektromechanischen Vakuumpumpen schwierigere und teilweise nur teuer zu lösende Ex-Problematik. Daher ist es wichtig, jeweils im Einzelfall zu entscheiden, welche Pumpe die bessere Wahl darstellt. Im Technikum des Herstellers können Betreiber dafür die verschiedenen Funktionsprinzipien und Typen testen.

Klein, aber oho
Die rein pneumatisch arbeitenden Multijectoren ermöglichen noch weitere Vorteile: Über den Betriebsdruck und Druckluftvolumenstrom lässt sich die Förderleistung anwendungsspezifisch und energiesparend regulieren. Eine Frequenzregelung ist nicht erforderlich. Durch das Funktionsprinzip ergibt sich ein geräuscharmer Betrieb, insbesondere im Vergleich mit elektromechanischen Vakuumpumpen. Die Multijector-Vakuumpumpen erzeugen Saugluftmengen von 250 bis 20.000 lN/min und ermöglichen in Kombination mit den verschiedenen Abscheidebehälter-Größen Anpassungen an die gewünschte Förderleistung. Ein derartig ausgerüstetes, kleines System VS200 ist in der Lage, 680 kg Laktose/h auf 4 m Höhe in einen Mischer zu fördern. Der komplette Förderer hat dabei nur eine Höhe von rund 450 mm und einen Außendurchmesser von 210 mm bei einem Gesamtgewicht von 9 kg. Gerade bei begrenzten Platzverhältnissen vor Ort spielt die geringe Baugröße und das geringe Eigengewicht der Vakuumfördersysteme eine wichtige Rolle und ermöglicht sogar den mobilen Einsatz im Betrieb. Aus dem Volumen des Abscheidebehälters und der Wahl der Vakuumpumpe ergeben sich die Hauptanwendungsgebiete der Saugfördersysteme. Die physikalische Einsatzgrenze ist durch das Funktionsprinzip vorgegeben. Vom Atmosphärendruck (ca. 1.013 mbar) steht demnach ca. 910 mbar als maximaler Unterdruck zur Verfügung. Eine geschlossene Wassersäule lässt sich somit auf ca. 9 m Höhe anheben. Unter Zugabe von Sekundärluft an der Produkt-Aufgabestelle steigert das System die erreichbare Förderhöhe bei der Feststoff-Förderung noch einmal weiter. Auf diese weise wurden schon Förderhöhen bis 50 m erreicht.

Produktabhängige Lösungen
Realisierbare Förderleistungen sind produktabhängig: Schüttdichte, Partikelgröße, Partikelform Oberflächengeometrie, anhaftender oder brückenbildender Charakter und Feuchtigkeitsgehalt sind entscheidende Parameter. Nur leichte Variationen dieser Parameter führen durchaus zu Differenzen in der Förderleistung von bis zu 1.000 kg/h – bei baugleichem Vakuumfördersystem. Hinzu kommen noch die Installationsvariablen wie Förderhöhe, Förderstrecke, Anzahl der Rohrbögen, eventuelle Einbauteile in der Förderleitung, Art der Produktaufgabestelle und die Gestaltung der Falschluftzufuhr. Für die Vakuumförderung liegt die Mehrzahl der Förderaufgaben im Bereich von 10 bis 6.000 kg/h, Förderstrecken bis 80 m und Förderhöhen bis 40 m, oftmals jedoch auch deutlich darunter. Die vielseitige Einsatzfähigkeit ermöglicht zum einen das vollautomatische Absaugen aus Aufgabetrichtern, Sackschütten oder Big-bags und zum anderen die manuelle Gebindeentleerung mittels Sauglanze. Falls nicht nur der Transport von A nach B, sondern dieser zusätzlich in vorgegebenen Mengen stattfinden soll, ist es möglich, den Vakuumförderer mit einem Wägemodul auszustatten. Dieses Conweigh-System (Conveying & Weighing) kommt beispielsweise zum Befüllen von Säcken oder beim rezepturgerechten Beschicken von Mischern zum Einsatz. Alternativ lässt sich auch die Big-bag-Entleerstation verwiegen.

Modulare Filtersysteme
In jedem Vakuumfördersystem ist es nötig, das angesaugte Produkt-/Luftgemisch wieder zu separieren. Das geförderte Gut erfährt zunächst durch die Querschnittserweiterung im Abscheidebehälter eine Geschwindigkeitsreduzierung. Der Hauptanteil scheidet sich folglich im unteren Segment des Behälters ab. Beim tangentialen Einsaugsegment unterstützt der optionale, innenliegende Zyklon den Abscheideprozess. Ein gewisser Staubanteil gelangt zur integrierten Filtereinheit. Die Filtersysteme sollen dabei wartungsfrei arbeiten, leicht zu reinigen sein, möglichst auch Feinststäube filtern und darüber hinaus eine lange Standzeit vorweisen. Dies realisiert die Anlage durch verschiedene Verfahren. Zunächst ermöglicht das diskontinuierliche Fördern eine effiziente Filterabreinigung durch den Gegenblas-­Luftimpuls während der Entleerzeit. So lässt sich beispielsweise mit einem speziellen Oberflächenfilter Tonerpulver (Feinstaub mit Partikeln um 0,1 µm) prozesssicher mit Vakuum fördern. Für andere Anwendungen kommen Filter aus starren Kunststoffen zum Einsatz. Das ermöglicht einen verschleißfreien Betrieb und bei häufigem Produktwechsel die nasse Reinigung, beispielsweise mit einem Dampfstrahlgerät oder im Ultraschallbad. Je nach Anwendungsfall sind Filterstandzeiten von mehreren Jahren keine Seltenheit. Reicht bei besonders anhaftenden Fördergütern die normale Abreinigung nicht aus, besteht die Möglichkeit, Filtereinheit und Abscheidebehälter in Vibrationen zu versetzen. Das verhindert, dass das Vakuum nicht in Form von Druckverlusten am Filter „verbraucht“ wird, sondern in der Förderleitung zum Transport von Feststoffen zur Verfügung steht.

Anwendungsspezifische Optimierungen
Die Vielfalt der vorgestellten Vakuumfördergeräte ermöglicht das optimale Anpassen an die unterschiedlichen Bedingungen in der Prozessindustrie. Ebenso ist es möglich, mit einem Multijector-Vakuumfördergerät nacheinander an mehreren Aufgabestellen abzusaugen und zu fördern (Multiple Sourcing). Der enge Gedanken- und Ideenaustausch mit dem Hersteller führt hier zu passenden Lösungen. Dabei lassen sich Big-bag-Entleerstationen, Sackschütten, Klumpenbrecher, Dosiersysteme, Probennehmer, Metalldetektoren und Hubsäulen integrieren. Dazu sind in der Regel intensive Vakuumförderversuche notwendig, die Betreiber im Versuchszentrum des Herstellers oder vor Ort durchführen können. Eine erste Näherung ist über die umfangreiche Förderversuch-Datenbank des Herstellers möglich, die dieser gern auf Anfrage seitens Betreiber zur Verfügung stellt.

Powtech 2016 Halle 3A – 109

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Heftausgabe: April 2016

Über den Autor

Thomas Ramme, Vertriebsleiter Volkmann
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