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10 Punk­te zum opti­ma­len Ein­satz von Vakuumtechnologie

18. Mai 2021
in Aktuelles
0 0
Beim Ver­pa­cken von Lebens­mit­teln und ande­ren Pro­duk­ten spielt die Vaku­um­tech­no­lo­gie eine her­aus­ra­gen­de Rol­le. Von der Vakuum‑, über Schlauch­beu­tel- bis zur Blis­ter- oder Tief­zieh­ver­pa­ckung wird Vaku­um benö­tigt. Ohne Vaku­um wären auch das Hand­ling und der Trans­port von Kar­tons oder die Auto­ma­ti­sie­rung von Palet­tier- und Kom­mis­sio­nie­rungs­sys­te­men nicht mög­lich. Ver­schie­de­ne Abfüll­ma­schi­nen nut­zen Vaku­um eben­falls für die Zufuhr der Pro­duk­te oder zum Hand­ling der Ver­pa­ckun­gen (Pick & Place).
Die Vaku­um­tech­no­lo­gie ist, im Gegen­satz zur Druck­luft­tech­no­lo­gie, für vie­le Anwen­der nicht so ein­fach zu ver­ste­hen. Des­halb wer­den Vaku­um­pum­pen oft falsch ein­ge­setzt oder sind in ihrer Leis­tung über­di­men­sio­niert. Die Fol­ge sind dann unbe­frie­di­gen­de Ergeb­nis­se, stör­an­fäl­li­ge Pro­zes­se oder zu hohe Ener­gie- bezie­hungs­wei­se Betriebs­kos­ten. Die fol­gen­den 10 Punk­te sol­len hel­fen, Vaku­um­tech­no­lo­gie mög­lichst effek­tiv und effi­zi­ent ein­zu­set­zen, um Pro­zes­se zu opti­mie­ren und Betriebs­kos­ten zu senken.

1. Vaku­um verstehen
Vaku­um­pum­pen und Vaku­um­sys­te­me die­nen grund­sätz­lich dazu, Luft aus einem geschlos­se­nen Sys­tem abzu­sau­gen, um damit ein Vaku­um zu gene­rie­ren. Es wird also ein Druck­ni­veau erzeugt, das nied­ri­ger als der Atmo­sphä­ren- bezie­hungs­wei­se Umge­bungs­druck ist.

Man kann mit Vaku­um in der Ver­pa­ckungs­tech­nik sau­gen, eva­ku­ie­ren, for­men, pres­sen, hal­ten, bewe­gen, fül­len und för­dern. Je nach Anwen­dung wird mit unter­schied­lich hohen Vaku­um­ni­veaus gear­bei­tet, die in aller Regel zwi­schen 1 und 900 Mil­li­bar (abso­lut) [mbar] lie­gen. Geht man von einem Atmo­sphä­ren­druck (Luft­druck) von 1.000 mbar aus, wären dies Vaku­um­ni­veaus zwi­schen 10 bis 99,9 Prozent.
Neben dem Vaku­um­ni­veau, das eine Vaku­um­pum­pe erreicht (man spricht hier vom End­druck), ist das Saug­ver­mö­gen der Vaku­um­pum­pe eine wich­ti­ge Kenn­grö­ße. Das Saug­ver­mö­gen gibt an, wie­viel Luft eine Vaku­um­pum­pe in einer bestimm­ten Zeit abzu­sau­gen ver­mag. Das Saug­ver­mö­gen wird übli­cher­wei­se in Kubik­me­ter pro Stun­de [m3/h] ange­ge­ben. Bei­de tech­ni­schen Para­me­ter sind von­ein­an­der abhän­gig. Die­se Abhän­gig­keit wird in der soge­nann­ten Saug­ver­mö­gen­s­kur­ve dargestellt.

 

2. Wahl des opti­ma­len Vakuumerzeugers

Es gibt die unter­schied­lichs­ten Vaku­um­tech­no­lo­gien. Im Bereich der Ver­pa­ckungs­tech­nik kom­men haupt­säch­lich fol­gen­de mecha­ni­sche Vaku­um­pum­pen oder Geblä­se zum Einsatz:

1. Tro­cken­lau­fen­de Drehschieber-Vakuumpumpen
Tro­cken­lau­fen­de Dreh­schie­ber-Vaku­um­pum­pen eig­nen sich her­vor­ra­gend für ver­schie­de­ne Pro­zes­se beim Ver­pa­cken. Das erreich­ba­re Vaku­um­ni­veau die­ser Pum­pen beträgt maxi­mal 100 mbar. Das Saug­ver­mö­gen soll­te 40 m³/h aber nicht über­schrei­ten, da sich der Ver­schleiß der Schie­ber bei grö­ße­ren Vaku­um­pum­pen die­ser Art erhöht und der War­tungs­auf­wand und somit die War­tungs­kos­ten über­mä­ßig ansteigen.
2. Ölge­schmier­te Drehschieber-Vakuumpumpen
Ölge­schmier­te Dreh­schie­ber-Vaku­um­pum­pen errei­chen ein Vaku­um­ni­veau von 0,1 mbar. Sie sind Stan­dard bei der Vaku­um­ver­pa­ckung, kön­nen aber eben­falls bei vie­len ande­ren Anwen­dun­gen in der gesam­ten Indus­trie ein­ge­setzt wer­den. Saug­ver­mö­gen von 3 bis 1.600 m³/h kön­nen Dreh­schie­ber-Vaku­um­pum­pen abde­cken. Die Betriebs­flüs­sig­keit Öl wird in einem inter­nen Kreis­lauf gefördert.
3. Tro­cke­ne Klauen-Vakuumpumpen
Tro­cke­ne Klau­en-Vaku­um­pum­pen benö­ti­gen kei­ne Betriebs­flüs­sig­kei­ten im Ver­dich­tungs­raum. Sie arbei­ten berüh­rungs­frei und sind des­halb wei­test­ge­hend war­tungs­frei. Sie errei­chen End­drü­cke von bis zu 40 mbar und kön­nen von 20 bis 80 Hertz Dreh­zahl gere­gelt wer­den, was sie für Pro­zes­se emp­fiehlt, die durch wech­seln­de Leis­tungs­an­for­de­run­gen bedarfs­ab­hän­gig gere­gelt wer­den soll­ten. Die gän­gi­gen Saug­ver­mö­gen lie­gen zwi­schen 40 und 1.000 m³/h.
4. Tro­cke­ne Schrauben-Vakuumpumpen
Tro­cke­ne Schrau­ben-Vaku­um­pum­pen benö­ti­gen eben­falls kei­ne Betriebs­flüs­sig­kei­ten zur Ver­dich­tung der abge­saug­ten Luft. Sie errei­chen ein Vaku­um­ni­veau von 0,1 mbar und nied­ri­ger. Da die meis­ten Anwen­dun­gen bei wesent­lich höhe­ren Drü­cken arbei­ten, wer­den Schrau­ben-Vaku­um­pum­pen meist nur in grö­ße­ren Vaku­um­ver­pa­ckungs­ma­schi­nen als Alter­na­ti­ve ein­ge­setzt, um eine Dreh­schie­ber-Vaku­um­pum­pe mit einem zusätz­li­chen Vaku­um-Boos­ter zu ersetzen.
5. Sei­ten­ka­nal­ge­blä­se
Eines der cha­rak­te­ris­ti­schen Merk­ma­le von Sei­ten­ka­nal­ge­blä­sen ist ihr hohes Saug­ver­mö­gen. Da sie nur gerin­ge Dif­fe­renz­drü­cke errei­chen, kön­nen sie nur ein Vaku­um­ni­veau von maxi­mal 500 mbar errei­chen. Sie eig­nen sich somit her­vor­ra­gend für Anwen­dun­gen, die ein hohes Saug­ver­mö­gen bei gerin­gem Unter­druck ver­lan­gen. Sei­ten­ka­nal­ge­blä­se sind zwar war­tungs­frei, aller­dings wenig ener­gie­ef­fi­zi­ent, wenn sie nahe ihrer Leis­tungs­gren­ze ein­ge­setzt werden.

3. Aus­le­gung der Vakuumversorgung

Für den Anwen­der ist es wich­tig, sei­nen Pro­zess genau zu ken­nen und zu wis­sen, wel­ches Vaku­um­ni­veau und wel­ches Saug­ver­mö­gen für den Pro­zess erfor­der­lich sind. Durch Unwis­sen­heit wird oft­mals eine über­di­men­sio­nier­te Vaku­um­pum­pe ver­wen­det, die unnö­ti­ge Ener­gie- und Betriebs­kos­ten ver­ur­sacht. Bei sich ändern­den Pro­zess­pa­ra­me­tern emp­fiehlt es sich, Vaku­um­pum­pen ein­zu­set­zen, die bedarfs­ab­hän­gig gesteu­ert wer­den und im Pro­zess ent­we­der das benö­tig­te Vaku­um­ni­veau kon­stant ein­hal­ten oder ein gleich­blei­ben­des Saug­ver­mö­gen garan­tie­ren. Emp­feh­lens­wert ist immer das Hin­zu­zie­hen eines Vaku­um­spe­zia­lis­ten. Die Fir­ma Busch Vacu­um Solu­ti­ons bie­tet spe­zi­el­le Vaku­um­au­dits an, bei denen ein bestehen­der Pro­zess durch­leuch­tet wird und Ver­bes­se­rungs­po­ten­tia­le auf­ge­zeigt werden.

4. Ent­schei­dung zwi­schen zen­tra­ler oder loka­ler Vakuumversorgung

Die Ent­schei­dung zwi­schen einer zen­tra­len Vaku­um­ver­sor­gung für einen gan­zen Betrieb oder meh­re­re Vaku­um­ver­brau­cher und der Ver­sor­gung ein­zel­ner Maschi­nen mit jeweils einer Vaku­um­pum­pe hat ent­schei­den­den Ein­fluss auf die Anschaf­fungs- und Betriebs­kos­ten. Es ist daher wich­tig, die Optio­nen sorg­fäl­tig abzu­wä­gen. Ein­zel­ne Vaku­um­pum­pen, die in eine Maschi­ne ein­ge­baut oder in deren Nähe instal­liert wer­den, sind im Ver­gleich zu einer zen­tra­len Vaku­um­ver­sor­gung kos­ten­güns­ti­ger zu erwer­ben, zumal die Kos­ten für die Anschaf­fung und die Instal­la­ti­on eines Rohr­lei­tungs­sys­tems ent­fal­len. Grund­sätz­lich ist aber zu beden­ken, dass eine zen­tra­le Vaku­um­ver­sor­gung mit wesent­lich weni­ger Vaku­um­pum­pen aus­kommt als eine dezen­tra­le Lösung. Die Betriebs­kos­ten wer­den gesenkt, weil die War­tungs- und Ener­gie­kos­ten gerin­ger sind. Außer­dem kann eine zen­tra­le Vaku­um­ver­sor­gung außer­halb der Ver­pa­ckungs- oder Pro­duk­ti­ons­räu­me auf­ge­stellt wer­den. Es ent­fal­len also Lärm- und Wär­me­ent­wick­lung an den Arbeits­plät­zen. Eine zen­tra­le Vaku­um­ver­sor­gung mit einer Steu­er­ein­heit kann zudem ein­fa­cher die Leis­tungs­an­for­de­run­gen bedarfs­ab­hän­gig erfül­len und über eine brei­te­re Leis­tungs­span­ne betrie­ben wer­den. Zur Ent­schei­dung pro oder con­tra einer zen­tra­len Vaku­um­ver­sor­gung soll­te eben­falls ein Vaku­um­ex­per­te hin­zu­ge­zo­gen wer­den. Die Fir­ma Busch Vacu­um Solu­ti­ons ver­fügt über jahr­zehn­te­lan­ge Erfah­rung bei der Aus­le­gung und beim Bau von zen­tra­len Vaku­um­sys­te­men und bie­tet ihren Kun­den maß­ge­schnei­der­te Lösun­gen an.

5. Vaku­um­be­häl­ter oder ‑puf­fer zur Stei­ge­rung der Effizienz

Vaku­um­be­häl­ter an ein­zel­nen Vaku­um­pum­pen und auch an grö­ße­ren Vaku­um­ver­sor­gungs­sys­te­men kön­nen enor­me Ener­gie­ein­spa­run­gen bewir­ken. Sie kön­nen zwi­schen der Vaku­um­pum­pe oder dem Vaku­um­sys­tem und den Ver­brau­chern instal­liert wer­den. Durch eine ein­fa­che Steue­rung kann das Vaku­um im Behäl­ter auf einem bestimm­ten Niveau gehal­ten wer­den. Ist die­ses Niveau erreicht, schal­tet die Vaku­um­pum­pe auto­ma­tisch ab bezie­hungs­wei­se geht in den Ener­gie­spar­mo­dus. Erhöht sich der Druck über einen defi­nier­ten Wert im Behäl­ter, schal­tet sich die Vaku­um­pum­pe wie­der an. Ohne die­sen vor­ge­schal­te­ten Vaku­um­be­häl­ter wür­de eine Vaku­um­pum­pe immer mit vol­ler Leis­tung durch­lau­fen und dem­entspre­chend mehr Ener­gie ver­brau­chen. Der Ein­satz einer dreh­zahl­ge­re­gel­ten Vaku­um­pum­pe kann die Ener­gie­ein­spa­rung noch erhö­hen. Busch Vacu­um Solu­ti­ons bie­tet kom­plet­te Ein­hei­ten mit gere­gel­ten Vaku­um­pum­pen und Vaku­um­be­häl­tern stan­dard­mä­ßig an und baut auch indi­vi­du­el­le Vaku­um­sys­te­me mit vor­ge­schal­te­ten Behältern.

6. Zusam­men­ar­beit mit Vakuumexperten

Jede Vaku­um­tech­no­lo­gie und jede Kon­fi­gu­ra­ti­on eines Vaku­um­sys­tems haben Vor- und Nach­tei­le. Die Aus­wahl der bes­ten Vaku­um­lö­sung erfor­dert sowohl fun­dier­te Kennt­nis­se der Vaku­um­tech­nik als auch der Pro­zes­se des Anwen­ders. Des­halb ist es emp­feh­lens­wert, stets mit einem Vaku­um­spe­zia­lis­ten zusam­men­zu­ar­bei­ten. Busch Vacu­um Solu­ti­ons ver­fügt über ein glo­ba­les Netz­werk von Vaku­um­spe­zia­lis­ten, die sich auf ein­zel­ne Anwen­dun­gen und Märk­te fokus­sie­ren. Durch das brei­te und umfas­sen­de Port­fo­lio an ver­schie­dens­ten Vaku­um­tech­no­lo­gien kön­nen die­se die opti­ma­le Lösung für jede indi­vi­du­el­le Anwen­dung anbieten.

7. Ener­gie­kos­ten betrachten

Die Ener­gie­kos­ten eines Vaku­um­er­zeu­gers kön­nen nicht anhand der Motor­nenn­leis­tung berech­net wer­den, da die­ser den tat­säch­li­chen Strom­ver­brauch nur bedingt wider­spie­gelt. Irre­füh­rend sind Anga­ben zur Nenn­leis­tung des Motors mit zusätz­li­cher Nen­nung eines Ser­vice-Fak­tors. Dies ist zwar nach der US-ame­ri­ka­ni­schen NEMA-Norm zuläs­sig, sug­ge­riert aber einen gerin­ge­ren Strom­ver­brauch als in der Rea­li­tät. Hin­zu kommt, dass unter­schied­li­che Vaku­um­tech­no­lo­gien in ver­schie­de­nen Druck­be­rei­chen unter­schied­lich viel Strom auf­neh­men. Eine ölge­schmier­te Dreh­schie­ber-Vaku­um­pum­pe benö­tigt etwa bei einem Vaku­um­ni­veau von 0,1 bis 10 Mil­li­bar nur 40 bis 60 Pro­zent der ange­ge­be­nen Nenn­leis­tung. Ein direk­ter Ver­gleich des Ener­gie­ver­brauchs ist nur mög­lich, wenn die Wel­len­leis­tung über den gan­zen Druck­ver­lauf bekannt ist und man die Druck­ver­hält­nis­se im Ver­pa­ckungs­pro­zess kennt. Seriö­se Her­stel­ler von Vaku­um­pum­pen und ‑sys­te­men berech­nen ihren Kun­den den zu erwar­ten­den Energieverbrauch.

8. Gesamt­kos­ten betrachten

Bei der Anschaf­fung von Vaku­um­tech­nik soll­ten nicht nur die Inves­ti­ti­ons- und Ener­gie­kos­ten ver­schie­de­ner Vaku­um­pum­pen bezie­hungs­wei­se ver­schie­de­ner Her­stel­ler unter­ein­an­der ver­gli­chen und als Ent­schei­dungs­hil­fe her­an­ge­zo­gen wer­den. Es soll­ten stets die zu erwar­ten­den Gesamt­kos­ten über einen län­ge­ren Zeit­raum betrach­tet wer­den. Die Betriebs­kos­ten kön­nen, neben den Ener­gie­kos­ten, sehr unter­schied­lich sein. Zu berück­sich­ti­gen sind War­tungs­ar­bei­ten und dar­aus resul­tie­ren­de Still­stands­zei­ten, Kos­ten für Ersatz­tei­le sowie die Beschaf­fung und Ent­sor­gung von Betriebsflüssigkeiten.

9. Ver­füg­bar­keit von Ser­vice und Ersatz­tei­len prüfen

Die Zuver­läs­sig­keit eines Ver­pa­ckungs­pro­zes­ses hängt meist direkt von der Betriebs­si­cher­heit der Vaku­um­pum­pe oder des Vaku­um­sys­tems ab. Des­halb ist es wich­tig, einen seriö­sen Anbie­ter zu wäh­len, der schnel­le und zuver­läs­si­ge Ser­vice­dienst­leis­tun­gen vor Ort anbie­tet und Ersatz­tei­le umge­hend lie­fern kann. Busch Vacu­um Solu­ti­ons hat das dich­tes­te glo­ba­le Ser­vice­netz und bie­tet für Not­fäl­le einen 24-Stun­den-Ser­vice an.

 

10. Blick in die Zukunft: Indus­trie 4.0

Die heu­ti­gen Vaku­um­pum­pen ermög­li­chen eine ein­fa­che War­tung mit leich­tem Zugang zu allen war­tungs­re­le­van­ten Tei­len. Busch bie­tet auch ver­trag­li­che Ser­vice­dienst­leis­tun­gen zum Pau­schal­preis an und über­nimmt die Ver­ant­wor­tung für die Betriebs­si­cher­heit der Vaku­um­pum­pe oder des Vaku­um­sys­tems. Somit ist der Betrei­ber abge­si­chert und muss kein eige­nes War­tungs­per­so­nal bereit­hal­ten. Busch hat aber bereits heu­te Vaku­um­pum­pen im Pro­gramm, die über intel­li­gen­te Sen­so­ren den Bedie­ner oder Ser­vice­tech­ni­ker in Echt­zeit über anste­hen­de War­tungs­ar­bei­ten infor­mie­ren. Außer­dem sind Nach­rüst­sät­ze ver­füg­bar, mit denen vor­han­de­ne Vaku­um­pum­pen für Indus­trie 4.0 ertüch­tigt wer­den können.

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