Doppelschraubenpumpen sind zumeist nicht die erste Wahl für feine Dosierprozesse. Mit entsprechend abgestimmter Antriebstechnik bringen sie aber gerade in Sachen Reinigung große Vorteile.

Bild: Fristam

Antriebstechnik für die Lebensmittelindustrie Präzise dosieren mit Doppelschraubenpumpen?

30.06.2020

Doppelschraubenpumpen sind klassische Prozesspumpen und haben sich in zahllosen Anwendungen bewährt. Für präzise Dosieraufgaben galten sie bislang aber als eher ungeeignet. Mit der richtigen Antriebstechnik lässt sich das ändern.

Die Firma Fristam Pumpen mit Stammsitz in Hamburg gilt als weltweit anerkannter Spezialist für Pumpen, die sich für die unterschiedlichsten Förderaufgaben eignen. Das reicht von der Lebensmittel-, Kosmetik- und Pharmaindustrie bis hin zu Chemieanwendungen.

Seine Wurzeln hat Fristam dabei in der Molkerei-Industrie. Kein Wunder also, dass Anwendungen mit hohen hygienischen Anforderungen im Fokus des Pumpenherstellers stehen. Die Doppelschraubenpumpen der Baureihe FDS sind dafür ein gutes Beispiel. Sie bestehen aus hochwertigem Edelstahl, sind leicht zu reinigen und sollen in der Doppelschraubentechnik in vielerlei Hinsicht Maßstäbe setzen.

Höhere Effizienz bei Reinigungsprozessen

Das Funktionsprinzip der FDS-Pumpen wurde nun von Grund auf überdacht, bekannte Schwachstellen eliminiert und die Konstruktion so lange verfeinert, bis alle Aspekte wie Laufruhe, Temperaturstabilität, Instandhaltung und Wartung optimiert waren. „Zudem ist es uns bei dieser Weiterentwicklung gelungen, mit perfekt auf die Pumpen abgestimmten Antriebssystemen den Mehrwert für die Endanwender deutlich zu steigern“, berichtet René Linck, Produktmanager bei Fristam.

So seien die Doppelschraubenpumpen jetzt auch für Dosieraufgaben bei viskosen oder thixotropen Medien eine ideale Lösung. „Gleichzeitig können sie die Reinigung bei CIP-Prozessen mit Drehzahlen bis zu 3.600 min–1 übernehmen“, sagt Linck. Das macht den Einsatz einer zusätzlichen Pumpe für Reinigungsprozesse überflüssig.

Im Gegensatz zu Kolbenpumpen, die bisher für solche Dosieraufgaben üblich sind, laufen CIP-Prozesse dadurch zügiger ab, zumal weder die Pumpe noch die Dosierschläuche, Rohre oder Düsen zerlegt oder demontiert werden müssen. „Das rechnet sich vor allem dort, wo wegen häufiger Produktwechsel die Anlagen in kurzen Intervallen gereinigt werden müssen“, erklärt Linck, „zum Beispiel wenn mit derselben Dosiereinheit in der ersten Schicht Beutel mit Ketchup und in der nächsten mit Mayonnaise oder Senf abgefüllt werden.“

Antriebstechnische Herausforderung

Die Herausforderung bei der Weiterentwicklung war es jedoch, das Nachtropfen bei der Beutelabfüllung zu verhindern. Der konstruktionsbedingte Schlupf zwischen Schrauben und Gehäuseinnenwand lässt sich nicht vermeiden. Ein gewisses Spaltmaß muss immer gewährleistet sein, damit die berührungslos arbeitende Pumpe funktioniert und die Oberfläche der Schrauben und des Gehäuses nicht beschädigt wird.

Um zum Beispiel die Schrauben bei Kompressoren abzudichten, wird der Spalt daher mit einem Einspritzöl abgedichtet. Bei Doppelschraubenpumpen übernimmt das geförderte Medium selbst die Aufgabe. Daher kommt es aber zu dem beschriebenen Schlupf. Je nach Viskosität des Mediums verändert sich dadurch das Fördervolumen pro Umdrehung.

Bei den Doppelschraubenpumpen ließ sich das Problem elegant lösen: Ein feinfühlig regelbares und gleichzeitig hochdynamisches Antriebssystem verhindert hier ein Nachtropfen. Dazu läuft der Pumpenantrieb am Ende jedes Abfüllprozesses für eine definierte Zeit kurz rückwärts, was ein genaues Dosieren und einen sauberen Abfüllprozess garantiert.

Für die eingesetzte Antriebslösung ist das eine anspruchsvolle Aufgabe. Denn unterschiedliche Medien verlangen jeweils angepasste Beschleunigungs-, Brems- und Rücklauframpen. Hinzu kommen kurze Zykluszeiten, da die Pumpen pro Minute bis zu 80 Beutel befüllen. Hohe Dynamik ist deshalb unabdingbar.

Hochdynamische Servomotoren als Lösung

„In enger Zusammenarbeit mit unserem langjährigen Partner Yaskawa ließ sich eine perfekt auf diese Anforderungen angepasste Antriebslösung realisieren“, berichtet Linck. Treibende Kraft der Doppelschraubenpumpen sind somit nun Sigma-7-Servomotoren mit den passenden Verstärkern.

Die AC-Servoantriebe verfügen über eine hohe Auflösung (integrierter 24-Bit-Absolut-Encoder) sowie hohe Dynamik und eignen sich für anspruchsvolle Positionieraufgaben. Sie können Vibrationen und Maschinenresonanzfrequenzen im Betrieb automatisch unterdrücken. Zudem sind die Antriebe für eine lange Lebensdauer ausgelegt und arbeiten bei Umgebungstemperaturen zwischen 0 und 55 °C ohne zusätzliche Kühlung.

Durch kompakte Abmessungen benötigen sie wenig Einbauplatz und lassen sich an den Dosiereinheiten, die in den Abfüllanlagen üblicherweise an Rundtakttischen eingesetzt werden, gut montieren. Sie decken bei Versorgungsspannungen von 200 beziehungsweise 400 V Leistungen von 50 W bis 15 kW ab.

Modulares Steuerungssystem mit Smart-HMI

Die Ansteuerung der Servoachse der Dosierarbeit übernimmt ein Steuerungssystem aus Yaskawas Vipa-Slio-Serie. Dieses lässt sich komfortabel in Siemens’ Step 7 programmieren und durch seinen modularen Aufbau gut an die Anwendung anpassen.

Um den Dosierprozess komfortabel bedienen zu können, wurde die Steuerung mit einem Smart-HMI ausgestattet. Dessen sieben Zoll großes Display ermöglicht nicht nur eine menügeführte Bedienung, sondern dient auch der Visualisierung der Dosiereinheit.

Die hochwertigen Komponenten gepaart mit der persönlichen Unterstützung bei der Anpassung an die speziellen Bedürfnisse machten Yaskawa zum idealen Partner für Fristam. „Damit haben wir für unsere Dosiereinheit eine funktionale Komplettlösung aus einer Hand“, sagt Linck abschließend.

Bildergalerie

  • Treibende Kraft der Doppelschraubenpumpen sind Sigma-7-Servomotoren mit den passenden Verstärkern.

    Bild: Yaskawa

  • Die Dosiereinheit mit Doppelschraubenpumpe wird in Abfüllanlagen üblicherweise an Rundtakttischen eingesetzt.

    Bild: Fristam

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