Dosieren, nicht mischen

Dosiergeräte einfach reinigen

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20.07.2017 Kurzlebige Zeiten: Der generelle Trend zu zeitlich immer engeren Produktlebenszyklen und zur kundenindividuellen Fertigung in kleinen Losgrößen wirkt sich auf die gesamte Fertigungskette vom Rohstofflieferanten bis zum Hersteller des Fertigproduktes aus. Als Ergebnis sind die Betreiber von Produktionsanlagen gefordert, ihre Betriebsorganisation und Maschinenausrüstung so zu gestalten, dass es möglich ist, häufige Produktwechsel und kleine Fertigungslose bei konstanter Qualität zu definierten Kosten zu realisieren.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Kontaminationen sind nicht in jedem Fall gesundheitsgefährdend, aber fast immer unwirtschaftlich. Denn werden Toleranzen überschritten, müssen Hersteller ganze Batches verwerfen.
  • In der Folge müssen Unternehmen ihre Maschinen vor jedem Chargenwechsel säubern. In diesem Moment steht die Produktionsanlage aber still – was dem teuersten möglichen Betriebszustand entspricht.
  • Vor diesem Hintergrund hat der Maschinenbauer seine Option Easyclean entwickelt, mit der es Anwendern möglich ist, Dosiersysteme einfach und sicher zu reinigen. Und damit Stillstandzeiten zu verringern.

Bild: photo-graf – Fotolia und Gericke

Bild: photo-graf – Fotolia und Gericke

1: Maximal ausgefahren, rastet die Konsole ein und ermöglicht sicheres Arbeiten. Bild: Gericke

Maximal ausgefahren, rastet die Konsole ein und ermöglicht sicheres Arbeiten. Bild: Gericke

2: In der Easyclean-Variante hat das Personal leichten Zugang für Reinigung und Revision. Bild: Gericke

In der Easyclean-Variante hat das Personal leichten Zugang für Reinigung und Revision.
Bild: Gericke

Die komplette Motorkonsole ist über Schienen ausfahrbar. Bild: Gericke

Die komplette Motorkonsole ist über Schienen ausfahrbar. Bild: Gericke

In der Schüttgut verarbeitenden Industrie bestehen die konkreten Herausforderungen darin, die Fertigungs-Chargen beim Wechsel von Produkten sauber zu trennen. Eine Kontamination über verschiedene Chargen hinweg ist im besten Fall unschön, wenn sie lediglich nicht-funktionelle Eigenschaften des Endproduktes beeinträchtigt oder der Hersteller die Toleranzschwelle für Kontamination hoch genug ansetzen kann. Weitaus unangenehmer wird es, wenn Kontaminationen zum Totalverlust der Charge führen, indem diese zu Ausschuss wird. Neben den Kosten für verbrauchte Rohstoffe können erhöhte Entsorgungskosten für das kontaminierte Material anfallen. Nicht zu vergessen sind Kosten durch entgangenen Gewinn oder gar Schadenersatz, wenn die fehlerhafte Charge nicht erkannt und weiterverarbeitet wird.

Reinigbarkeit als Design-Kriterium

Im schlimmsten Fall können Kontaminationen zu extremen Schäden führen, wenn durch die Kontamination Stoffe ungeplant miteinander in Kontakt kommen und sich hierbei reaktionsfähige Gemische bilden. Die Ergebnisse sich ergebender unerwünschter chemischer Reaktionen können veränderte (und eventuell hochkritische) Eigenschaften des Produktes oder – im katastrophalen Fall – eine Havarie der Anlage zur Folge haben. Die saubere Trennung von Chargen bei der Verarbeitung von Schüttgütern bedingt in den allermeisten Fällen eine Reinigung der Produktionsanlage. Beim Design der Maschinen- und Anlagenteile sollte daher die leichte Reinigbarkeit der produktberührten Teile im Vordergrund stehen. Reinigungszeiten sind – aus Betriebssicht – Stillstandzeiten. Der Aufbau der Maschine muss daher eine schnelle Reinigung ohne langwierige Demontage- und Rüstzeiten unterstützen sowie eine gute Zugänglichkeit sicherstellen.

Praxisbeispiel Farbpigment-Herstellung

Im Zusammenhang mit der dargestellten Problematik trat ein langjähriger Kunde aus der chemischen Industrie – Bereich anorganische und organische Farbpigmentherstellung mit neuen Anforderungen – an die Firma Gericke heran. Bislang wurden auf der vorhandenen Produktionslinie einzelne Chargen von Farbpigmenten im kontinuierlichen Betrieb über mehrere Schichten/Tage hergestellt. Ein Kernprozess in der vorhandenen Anlage ist das kontinuierliche Dosieren von Pigmentkomponenten mittels Differenzial-Dosierwaagen des Herstellers. Aufgrund veränderter Anforderungen des Marktes (größere Bandbreite der Produktpalette, kundenindividuelle Fertigung) und basierend auf der betriebswirtschaftlichen Forderung, den Lagerbestand der Fertigprodukte zu minimieren, wollte der Betreiber seine Chargengröße in der Produktion reduzieren. Um Kontaminationen über die Farbpigment-Chargen hinweg zu vermeiden, die bei Pigmentrezepturen zu undefinierten und nicht akzeptablen Farbmischungen im Endprodukt führen, muss der Anwender seine Produktionsanlagen beim Wechsel der Chargen reinigen.

Der Reinigungsprozess der Differenzial-Dosierwaagen in der vorhandenen Bauform besteht aus der Demontage des Dosierorgans (Dosierschnecke) und des Dosierrohrs sowie dem Entfernen von Produktresten bei den demontierten Teilen und aus der Dosiermulde. Dies erfolgt mittels Absaugung und mechanischer Trockenreinigung. Eine höhere Anzahl vom Chargenwechseln bei gleicher Produktionszeit bedeutet somit eine höhere Stillstandzeit und eine verringerte Produktivität der Anlage. Als Folge suchte der Betreiber nach einer konstruktiven Anpassung der Differenzial-Dosierwaagen mit dem Ziel, eine einfachere Zugänglichkeit zum Produktraum für die Reinigung zu erreichen – und damit den Demontage-/Montageaufwand und die Stillstandzeiten zu verringern.

Leichtgängige Sicherheit

Vor dem Hintergrund dieser Anforderungen hat der Maschinenbauer für seine hier eingesetzten Dosiergeräte der Baureihe GAC die Option Easyclean entwickelt. Easyclean bedeutet, dass der Produktraum der Dosiergeräte von zwei Seiten für die Reinigung optimal zugänglich ist. Neben der abnehmbaren Frontplatte mit Dosierrohr, welche bei beiden Baureihen Standard ist, kann der Anwender in der jetzt entwickelten Variante auch die Rückseite der Dosiermulde öffnen. Dazu muss er nur die Rückwand zusammen mit der Motorkonsole auf Auszugschienen nach hinten ziehen. Durch Schnellverschlüsse und leichtgängige Gleitlager ist die Handhabung einfach – das Bedienpersonal kann die Einheit mit geringem Kraftaufwand in die Position „offen“ bewegen. Hier rastet sie ein, sodass sicheres Arbeiten während Reinigung und Wartung möglich ist. Nach Reinigung und Inspektion lassen sich die Geräte ebenso einfach und sicher wieder verschließen und in Produktionsbereitschaft versetzen. Langwierige und komplizierte Montagearbeiten zur Reinigung gehören der Vergangenheit an.

Stillstand runter, Durchsatz hoch

Im dargestellten Anwendungsfall der Pigmentherstellung lies der Betreiber die vorhandenen Differenzial-Dosierwaagen durch den Austausch des Dosiergerätes gegen ein neues mit der Option Easyclean nachrüsten. Am sonstigen Konzept oder der Konstruktion der Maschinen wurden keine Veränderungen vorgenommen, und der Anwender konnte seine Stillstandzeit der Anlage für Reinigungsarbeiten signifikant verkürzen. Um die Vorteile des Konzepts auch in anderen Anwendungsfällen nutzen zu können, hat der Lösungsanbieter die Verfügbarkeit der Option auch auf die Modellreihe GDU erweitert. Die Baureihen GAC und GDU gibt es in verschiedenen Baugrößen für Dosierleistungen von 3 bis 77.000 l/h. In Verbindung mit der Option Easyclean ist der Zugang für das Reinigen und Warten der Systeme einfach und sicher. Anwendungen, die eine höhere Genauigkeiten benötigen, als sie mit einer volumetrischen Dosierung typischerweise zu erreichen ist, stellen auch kein Problem dar: Mit der Option Easyclean ausgerüstete Geräte sind auch in gravimetrischen Systemen, wie den oben genannten Differenzial-Dosierwaagen erhältlich.

Zur Problematik: Stichwort Kontamination

In technischen, industriellen, naturwissenschaftlichen und medizinischen Bereichen spricht man von Kontamination (auch Kontaminierung) bei einer Verunreinigung von Stoffen, Waren, Arzneien, Lebensmitteln, Organismen durch unerwünschte Stoffe verschiedener Art. Oft regeln Hersteller und Abnehmer (insbesondere im Bereich der Chemie-Industrie) die Reinheitsanforderungen (inklusive Toleranzwerte für Kontaminationen) vertraglich und damit verbindlich miteinander in Spezifikationen unter Angabe von Prüfmethoden.

Zur Technik: Trocken- versus Nassreinigung

Für Maschinen und Anlagen zum Verarbeiten von pulverförmigen Schüttgütern stellt sich häufig die Frage, ob eine Trocken- oder Nassreinigung für den jeweiligen Anwendungsfall geeignet erscheint. Obwohl die Nassreinigung zunächst als einfachere Möglichkeit scheint, kommt diese in den meisten Anwendungsfällen nicht zum Einsatz. Denn mit dem Vorteil des zwar potenziell besseren Reinigungsergebnisses und dem einfacheren Entfernen vorhandener Produktreste erkaufen sich Anwender auch Nachteile: Die Problematik besteht im rückstandfreien Entfernen der Reinigungsflüssigkeit – Flüssigkeiten dringen auch in Bereiche der Maschine oder Anlage ein, aus denen sie sich nur schwer wieder entfernen lassen. Ein einwandfreies Trocknen ohne Rückstände ist hier das Problem. Häufig ergibt daher die Abwägung der Alternativen, dass eine Trockenreinigung schneller und effizienter ist als die Nassreinigung mit anschließender Trocknung.

Powtech 2017 Halle 3 – 144

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Heftausgabe: Juli 2017

Über den Autor

Dr. Andreas Husmann, Director Feeding Technology, Gericke
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