Artikel Ohne Nichts geht´s nicht

Eindampfen, Destillieren, Trocknen – überall dort, wo diese thermischen Grundoperationen bei niedrigen Temperaturen und damit produktschonend ablaufen sollen, wird in der chemischen Industrie Vakuum eingesetzt. Die Erwartungen der Betreiber an Vakuumpumpen sind in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen. Langlebig sollen sie sein, flexibel einsetzbar, robust und wartungsarm. Wesentliche Grundlage der Investitionsentscheidungen sind derzeit aber auch Überlegungen zu den Lebenszykluskosten der gesamten Anlage. Die Wirtschaftlichkeit der Pumpen über die gesamte Standzeit hinweg steht häufig im Vordergrund.

Diesen Forderungen kommen die Entwickler und Hersteller von Vakuumpumpen mit einer einfachen aber wirkungsvollen Strategie nach: Technische Neuerungen, zum Beispiel bei der Störungsfrüherkennung, machen längere Wartungsintervalle möglich und reduzieren die laufenden Wartungskosten. Eine deutlich verlängerte Gerätestandzeit mindert die Lebenszykluskosten merklich. Auch weniger Bauteile – und damit ein geringerer Ersatzteilbedarf – hilft dem Kunden dabei, die Betriebskosten niedrig zu halten. Dem Kundenwunsch nach maßgeschneiderten Lösungen kommen die Hersteller nach, indem sie ihre Pumpen zunehmend modular aufbauen. Motorleistung, Material und Förderleistung lassen sich so für ganz spezielle Anwendungen variieren und individuelle Lösungen schnell und kostengünstig entwickeln.
Echte technische Weiterentwicklungen bei den Geräten selbst machen sich bei den Vakuumpumpen derzeit aber rar. Es sind schon eher die Bereiche der Services, in denen die Hersteller mit Neuerungen aufwarten, oder die Anbindung der Vakuumpumpen und -systeme an die Prozessleittechnik.
Ein Trend innerhalb der Vakuumtechnologie aber ist unverkennbar: Die trockenlaufenden Vakuumpumpen erobern sich in der Chemie und Pharmaindustrie einen immer größer werdenden Marktanteil. Treiber dieser Entwicklung sind die Forderung nach einem sauberen und unbelasteten Vakuum und die sonst anfallenden Entsorgungskosten für kontaminierte Betriebsmittel. Das Umwelt- und Kostenbewusstsein ist inzwischen fest in den Köpfen der Anlagenplaner und -betreiber verankert.
Doch noch ein weiterer Aspekt ist in den letzten Jahren bedeutend geworden: Mit Trockenläufern lassen sich heute auch hochkorrosive Medien fördern. Und das, ohne auf teure Sonderwerkstoffe zurückgreifen zu müssen. „Das setzt allerdings voraus, dass das Gerät gezielt für den Einsatz in der Prozessindustrie entwickelt wurde“, so Uwe Gottschlich, Leiter Trockene Vakuumpumpen bei Sterling Sihi in Itzehoe. „Die trockenlaufenden Vakuumpumpen sind thermisch sehr anspruchsvolle Maschinen.“
Auch Raimund Hammers von Oerlikon Leybold Vacuum in Köln ist von der Leistungsfähigkeit dieser Pumpentechnologie überzeugt. Er gibt aber zu bedenken, dass sie in der Anschaffung ganz einfach teurer sind als die herkömmlichen und bewährten ölgedichteten Vakuumpumpen. „Trockenlaufende Systeme können sich wegen der hohen Anlagenverfügbarkeit und auf Grund ihrer niedrigen Wartungs- und Servicekosten aber schon nach kurzer Zeit amortisieren.“ Allerdings, so Hammers, seien sie im Einsatz manchmal etwas knifflig. „Bei manchen Anwendungen sind sie auch schlichtweg die falsche Wahl. Zum Beispiel dort, wo feine Stäube wie etwa Ruß anfallen.“
Einen Schwerpunkt gerade in der Feinchemie und in der Pharmazie bilden heutzutage die so genannten Multipurpose-Anlagen. Eine moderne Vakuumpumpe, die in einer solchen Anlage zuverlässig arbeiten soll, muss nicht nur robust, langlebig und „hart im Nehmen“ sein. Vor allem muss sie flexibel und universell eingesetzt werden können und zuverlässig mit den anderen Komponenten der Anlage zusammenarbeiten. Raimund Hammers: „Der Kunde will sich nicht lange mit seinem Vakuumsystem beschäftigen müssen. Es soll einfach laufen und funktionieren, und es soll einfach zu handhaben sein.“ Hierbei spiele auch die Größe der Geräte eine Rolle: Kompakt sollen moderne Vakuumpumpen sein, damit sie sich problemlos innerhalb der Anlage einsetzen lassen.
„In der Pharmaindustrie benötigen wir zunehmend technische Aggregate, die wir flexibel einsetzen können“, beschreibt Sven Hattwig die Anforderungen aus Anwendersicht. „Unsere Geräte und Anlagen müssen so gebaut sein, dass wir die Prozessführung sicher, reproduzierbar und im Sinne der Mehrfachnutzung einstellen können“, so der Leiter verfahrenstechnischer Projekte bei Sanofi-Aventis in Frankfurt. Ein wichtiges Ziel, das er mit dem Einsatz neuer Technologien verfolgt, ist die Reduzierung der Batch-Zeiten einzelner Verfahrensschritte. „Wir müssen zusehen, dass wir unsere kapitalintensiven Anlagen optimal nutzen können.“
Neben kompletten Pumpenfamilien mit unterschiedlichen Saugvermögensklassen lassen sich die einzelnen Vakuumpumpen auch mehr und mehr und je nach Bedarf mit anderen Pumpentypen kombinieren, etwa um größere Saugvermögen bei niedrigeren Drücken zu erreichen. Der Vorteil für den Kunden liegt auf der Hand: Die Vakuumpumpe ist universell einsetzbar. Teure Neuanschaffungen fallen weg, die Betriebs- und Investitionskosten bleiben überschaubar. Entscheidend ist die anwendungsspezifische Ausführung in Leistungsbereich, Werkstoffauswahl und Pumpentechnologie.

Elektronik steigert die Funktionalität

Und wie sieht es mit der Kommunikationsfähigkeit der modernen Vakuumpumpen aus? – „Unsere Kunden aus Forschung & Entwicklung interessieren sich zunehmend für vollautomatische und vakuumgeregelte Systeme, die sich selbst optimieren. Das hält den Wissenschaftlern den Rücken frei für ihre eigentliche Forschungs- und Entwicklungsarbeit“, beschreibt Dr. Jürgen Dirscherl, Technischer Leiter bei Vacuubrand, die Forderungen der Anwender aus F&E. Auch bei Vacuubrand in Wertheim geht dabei der Trend zu den trockenlaufenden Vakuumpumpen, wie beispielsweise Membranpumpen. Zwar sei auch im Segment der ölgedichteten Pumpen ein Wachstum zu beobachten. „Doch die Zuwächse bei den Trockenläufern sind deutlich höher“, so Dirscherl.

Pumpen, und mit ihnen die Vakuumpumpen, sind die Herzen der Prozesse in Chemie und Pharma. Ohne sie läuft nichts. Wenn sie nicht funktionieren, führt das schnell zum Stillstand des gesamten Prozesses. Zugleich werden Vakuumpumpen zunehmend in automatisierten Prozessen eingesetzt. Diese Automatisierung übernehmen die elektronischen Systeme, die auf den unterschiedlichen Hierarchieebenen der Prozessleittechnik miteinander kommunizieren. Zunehmend findet sich diese Elektronik – und immer öfter digitale Elektronik – auch direkt in die Pumpen integriert, was die Leistungsfähigkeit und Funktionalität der Vakuumpumpen enorm steigert.
Diese „intelligenten“ Pumpen bieten ein beachtliches Potenzial. Denn zusammen mit der digitalen Feldbustechnik ermöglichen die kommunikationsfähigen Geräte den Schritt hin zu dezentralen Automatisierungskonzepten. Das erhöht die Verfügbarkeit der Feldgeräte und die Betriebssicherheit. Es reduziert den Verkabelungsaufwand gewaltig und verringert den Montage- und Planungsaufwand. Die gesamte Anlage wird flexibler und sicherer.

Geräteübergreifendes Profil für die Automatisierung gefordert

Seit Jahren aber sehen sich die Entwickler und Hersteller von Pumpen und Vakuumpumpen und mit ihnen die gesamte Prozessindustrie mit einem drängenden Problem konfrontiert: Wie lassen sich die einzelnen Feldgeräte – und als solche werden inzwischen auch Pumpen gesehen – so in das Prozessleitsystem einbinden, dass ein energieeffizienter und geräteschonender Betrieb erreicht wird?

Die Forderung der Experten und Anwender ist klar und eindeutig formuliert: Die zahlreichen industriell verfügbaren Protokolle in der Prozessleittechnik müssen verschwinden, eine Standardisierung der Datenprotokolle in Form eines geräteübergreifenden Profils muss her. „Das von der Fachabteilung Vakuumtechnik im VDMA mit Partnern erarbeitete Geräteprofil für Vakuumpumpen leistet hier einen wertvollen Beitrag“, sagt Christoph Singrün, Geschäftsführer der Fachverbände Pumpen+Systeme und Kompressoren, Druckluft und Vakuumtechnik im VDMA. Dieses Profil, das im Oktober 2006 verabschiedet wurde (siehe ausführlicher Bericht in CT 3/07), soll den Anschluss sämtlicher in Frage kommender Maschinen unabhängig von der Anwendung, unabhängig vom Hersteller und unabhängig vom Pumpentyp gewährleisten. Auf der ComVac Mitte April sollen die Ergebnisse des VDMA-Arbeitskreises offiziell vorgestellt werden.

Gemeinschaftsprojekt zur Störungsfrüherkennung

Und auch im Bereich Störungsfrüherkennung tut sich einiges. Zwar ist das Gerät, das Tage im Voraus sicher und verlässlich seinen eigenen Defekt meldet, noch immer nicht auf dem Markt. Doch schon werden Vakuumpumpen serienmäßig mit Monitoringsystemen ausgestattet, die Betriebsparameter wie Druck, Temperatur, den Ölstand oder Vibrationen überwachen. Diese Systeme melden kritische Betriebszustände über SPS an die Anlagensteuerung. So lassen sich technische Probleme frühzeitig erkennen, was Servicezeiten und Instandsetzungsarbeiten planbar macht.

Christoph Singrün beschreibt, wie intensiv auch an diesem Thema gearbeitet wird: „Der Forschungsfonds Vakuumtechnik im VDMA arbeitet derzeit im Rahmen eines Gemeinschaftsforschungsprojektes an dem Thema Störungsfrüherkennung an Vakuumpumpen. Ziel ist es, durch minimalen Sensoraufwand den Betriebszustand der Vakuumpumpe zu erfassen und an die Prozessleittechnik zu melden.“
Auf die zunehmende Bedeutung der Vakuumtechnik in der Prozesstechnik, Halbleiterindustrie und Handhabungstechnik haben die Veranstalter der ComVac 2007 reagiert und den Bereich Vakuumtechnik deutlich ausgebaut.
Die Internationalisierung ist auch der Trend im Markt für Vakuumtechnik selbst. Vor allem Unternehmen aus der EU, aus Russland und Asien zeigen großes Interesse an den Vakuumlösungen für Chemie, Pharma und Lebensmittel. Die treibende Kraft für Innovationen kommt derzeit aber aus einer ganz anderen Branche, nämlich aus der Halbleiterindustrie. Sie ist es, die einen maßgeblichen Anteil daran hat, dass sich die Hersteller von Vakuumpumpen derzeit über gute Verkaufszahlen freuen können. Aber auch in die Fertigungsprozesse zahlreicher anderer Branchen wie der Verpackungsindustrie, der Produktion von Solarzellen oder der Automobilfertigung dringt die Vakuumtechnik derzeit mit Macht vor.

Fazit: Schon seit etlichen Jahren ist ein Trend hin zu trockenlaufenden Vakuumpumpen zu beobachten. Bei modernen Vakuumsystemen wird das Thema Energieeffizienz groß geschrieben. Lange Wartungsintervalle und deutlich höhere Standzeiten sollen dazu beitragen, die Lebenszykluskosten der gesamten Anlage zu senken. Zunehmend werden automatisierte Systeme und „intelligente“ Komponenten angeboten. Für den Bereich Forschung & Entwicklung sind vollautomatisierte und selbstoptimierende Vakuumsysteme auf dem Markt, die sich unkompliziert auch an spezielle Kundenbedürfnisse anpassen lassen. Eine weitere Tendenz sind „smarte“ Vakuumpumpen für die Prozessindustrie, die über integrierte Elektronik mit der Prozessleittechnik kommunizieren.

„Die Kunden wollen ein System “out of the box”. Es muss unkompliziert sein und einfach zu handhaben“
Raimund Hammers, Produktmanagement Oerlikon Leybold Vacuum
„Die trockenlaufenden Vakuumpumpen sind thermisch sehr anspruchsvolle Maschinen“
Uwe Gottschlich, Leiter Geschäftseinheit Trockene Vakuumpumpen, Sterling Sihi
„Wir brauchen flexible technische Aggregate, um unsere teuren Anlagen optimal nutzen zu können“
Sven Hattwig, Leiter Projekte Verfahrenstechnik, Sanofi-Aventis Deutschland
„Unsere Kunden aus F&E fragen zunehmend vollautomatische, drehzahlgeregelte Vakuumsysteme nach“
Dr. Jürgen Dirscherl, Technischer Leiter bei Vacuubrand