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Schüttgutförderung mit Vakuum Weiterentwicklungen erleichtern das Pulver-Handling

11.07.2018

Der Transport von unterschiedlichen Pulvern oder Stäuben im Chemie-, Pharma- und Lebensmittelbereich erfordert ein flexibel einzusetzendes, nach dem Baukastenprinzip konzipiertes Fördersystem. Mechanische Systeme scheiden in diesen Bereichen häufig aus, da sie zu viel Reibung mit dem Schüttgut verursachen oder unhygienisch sind. Für diese Fälle bieten sich pneumatische Fördersysteme an.

Sollen in der Produktion feine Farbpulver, grobe Agglomerate, schwere Eisenpulver und Stoffe wie Titandioxid oder Ruß befördert werden, müssen die bekannten Transportverfahren optimiert und angepasst werden. Das Resultat ist ein prozesssicheres, pneumatisches Pulvertransportsystem zur patenten Lösung vielfältiger Förderaufgaben, welches zusätzlich mit Baumusterprüfbescheinigung für den Einsatz in allen relevanten Staub- und Gas-EX-Zonen geeignet ist.

Vakuumerzeuger der neuesten Generation

Hinter den einfachsten physikalischen Prinzipien verbirgt sich häufig ein ungeahntes Problemlösungspotential für die tägliche Betriebspraxis. Im Gegensatz zu aufwändigen und wartungsintensiven elektromechanischen Konstruktionen zur Erzeugung von Unterdruck ist das Funktionsprinzip des mehrstufigen druckluftbetriebenen Ejektors sehr einfach: Das Treibgas p+, in der Regel Druckluft mit 4 bis 6 bar, tritt in das Pumpengehäuse ein und durchströmt die erste Düsenstufe. Diese besteht aus einzelnen Lavaldüsen. Zunächst wird die Druckluft im Unterschallbereich der Düsen durch die Querschnittsverengung so stark beschleunigt, dass im engsten Querschnitt die Schallgeschwindigkeit erreicht wird. Die Umkehrung der Strömungsverhältnisse im Überschallbereich wird im nachfolgenden Diffusor berücksichtigt. Hier führt die nun folgende Querschnittserweiterung zu einer weiteren Geschwindigkeitssteigerung, so dass am Austritt der ersten Düsenstufe Überschallgeschwindigkeit erzielt wird. Der mit der hohen Geschwindigkeit konvergierende starke Druckabfall erlaubt das Erreichen eines hohen, möglichen Unterdruckes, was insbesondere bei der Pfropfenförderung wichtig ist. Die nun folgenden drei bis vier weiteren Düsenstufen nutzen die vorhandene hohe Strömungsenergie zusätzlich, um die Saugluftmenge der Pumpe zu vervielfachen, ohne eine weitere Energiezufuhr zu beanspruchen. Durch die Reihenschaltung von mehreren einstufigen Ejektoren mit jeweils unterschiedlicher Charakteristik entsteht ein leistungsstarker Multijector mit breiter nutzbarer Kennlinie.

Damit ergeben sich gerade für die Vakuumförderung wichtige Eigenschaften. Zunächst erlaubt die mehrstufige Konstruktion einen für Ejektoren bisher nicht zu erreichenden, hohen Wirkungsgrad. Neben dieser höchsten Effizienz ist es außerdem entscheidend, dass Multijectoren keine drehenden Teile besitzen, keine Schmierung und Wartung benötigen und im Betrieb auch keine Wärme entwickeln. Folglich ergibt sich eine extrem lange Lebensdauer gegenüber konventionellen Gebläsen oder Pumpen. Zudem ist dieses Vakuumerzeugungsprinzip vollkommen zündquellenfrei.

Mit Hilfe aufwändiger Strömungssimulation und langjähriger empirischer Optimierung wurde ein verbessertes Düsensystem konzipiert, welches den Druckluftbedarf senkt und die Saugleistung erhöht. Die Auswahl verschiedener Werkstoffe und der bewusste Verzicht auf Kunststoffdüsen stellt auch unter rauen Einsatzbedingungen die gewohnte Langlebigkeit der Multijectoren sicher. Dank der besonderen Bauart und Schalldämpfung liegt das Geräuschniveau deutlich unter dem von konventionellen, mechanischen Vakuumpumpen. Außerdem nimmt, im Gegensatz zu Gebläsen, der ohnehin geringe Schallpegel mit steigendem Vakuumniveau weiter ab.

Produktwechsel leicht gemacht

Es existiert wohl keine andere Art der Schüttgutförderung, mit der sich so viele verschiedene und schwierige Produkte fördern lassen. Weiterhin ist es mit den Edelstahlbehältern der neuesten Generation besonders einfach, unterschiedliche Pulver oder Granulate mit dem gleichen Fördersystem zu transportieren. Eine ungewollte Vermischung verschiedener Ansätze wird vermieden, da alle Teile ohne Werkzeug einfach zu zerlegen und zu reinigen sind. Selbst das verwendete strapazierfähige Filtermaterial erlaubt die nasse Reinigung mit Hochdruck oder im Ultraschallbad. Dies ist insbesondere für Anwendungen im Pharma- und Lebensmittelbereich wichtig. Das physikalische Prinzip der pneumatischen Vakuumförderung ist schon von Haus aus staubarm, da sich bildende Stäube mit eingesaugt werden. Anders als bei der Druckförderung kann der Produktvolumenstrom nicht in die Umgebung geblasen werden. Verschiedene Adaptersysteme sorgen dafür, dass auch bei der Entleerung des Saugförderers kein Staub nach außen tritt. Folglich lassen sich auch extrem feine Stäube wie Tonerpulver oder Palladiumasche fördern.

Leitfähiges Modulkonzept

Bei der Konstruktion spezieller Abscheidebehälter für Vakuumförderer in Edelstahl-Modulbauweise wird insbesondere auf eine durchgehende elektrische Leitfähigkeit geachtet. Die zahllosen Kombinationsmöglichkeiten zur optimalen Lösung der fördertechnischen Aufgabe stellen damit auch für den EX-Bereich eine sichere Variante dar. Alle Module werden bei der Montage so miteinander verbunden, dass nur ein zentraler Erdungsanschluss benötigt wird.

Gegenüber einem „starren“ Behälterkonzept bestehen weiterhin die Vorteile des geringen Gewichtes, der einfachen Zerlegbarkeit und Reinigung sowie der größeren Flexibilität. So können etwa standardisierte Schleusen zur sicheren Einbringung des Fördergutes in Reaktoren einfach adaptiert werden. Die Filteraufnahme ist ebenfalls elektrisch leitfähig in den Abscheidebehälter integriert. Das Baukastenprinzip ermöglicht den Einsatz der unterschiedlichsten Filterwerkstoffe und -bauformen, inklusive elektrisch ableitfähiger Materialien. Als Werkstoff für die Förderleitung kommt entweder Edelstahl oder ein ableitfähiger, vakuumfester Saugschlauch zum Einsatz. Bei Verwendung von Schläuchen mit Drahtspirale wird diese an beiden Enden geerdet.

Multijector-Vakuumförderer lassen sich beliebig mit weiteren Pulver-Handling-Lösungen kombinieren. Über spezielle Feeding-Rohrbögen wird direkt an Big-Bag-Entleerstationen (für FIBCs) angedockt und abgesaugt. Das ohnehin vorhandene Vakuum kann zusätzlich zur Entstaubung beim An- und Abdocken der Big-Bags genutzt werden, um dem Ziel einer staubfreien Umgebung näher zu kommen. In ähnlicher Weise werden mit Pulver gefüllte Container (IBCs) direkt durch das Absetzen einfach an einen speziellen Saugschuh staubdicht angedockt und per Vakuumförderer automatisch entleert.

Sind kleinere Batchgrößen gefragt, erfolgt die Materialaufgabe häufig über eine spezielle Sackschütte. Diese ist ähnlich wie die Vakuumförderer modular aufgebaut, so dass sie sich optimal an die Art der Sack-Entleerung anpassen lässt. Alternativ kann eine Sauglanze verwendet werden, mit der der Bediener direkt Pulver aus den unterschiedlichsten Gebinden fördert. Durch eine Fass-Kippstation und automatisierbare Sauglanzen-Führung kann dieser Vorgang vereinfacht werden. Damit sind Fässer, Säcke, Octabins oder andere Kleingebinde ohne lästiges Umfüllen und ohne mühevolles manuelles Hantieren einfach zu entleeren. Eine Sauglanze wird von oben in das Gebinde eingetaucht und die Absaugung und der pneumatische Transport erfolgt dann beispielsweise über einen Standard-Vakuumförderer.

Wiegen und Dosieren

Ist neben dem reinen Fördervorgang auch eine Ermittlung der geförderten Menge gewünscht, wird aus dem Saugförderer ein Conweigh-System. Bei dieser Saugwaage befindet sich der Abscheider in einem störkraftkompensierenden Halterahmen. Das eingeförderte Produkt wird gravimetrisch über Wägezellen erfasst. Neben Restmengenoptimierung und Feinstromregelung ist die intelligente Steuerung auch in der Lage, verschiedene Pulverdaten zu speichern, sodass selbst komplexe Rezepturen förderbar sind. Alternativ erfolgt beim Conweigh die Kommunikation mit einem übergeordneten Prozessleitsystem. Diese Sonderlösungen und Kombinationen sind auch in Varianten erhältlich, die für den Einsatz im EX-Bereich geeignet sind. Zur genauen Auslegung empfehlen sich Tests und Vakuumförderversuche im Technikum des Herstellers oder direkt vor Ort in der Produktion.

Kontinuierliche Förderung

Neben der bekannten, diskontinuierlichen Saugförderung lässt sich durch eine einfache Kombination von zwei Abscheidebehältern auch die kontinuierliche Förderung realisieren. Diese Konstruktion erhöht drastisch die erreichbare Förderleistung (bis 10 t/h) und setzt Maßstäbe bezüglich der realisierbaren Förderhöhen und -strecken. Darüber hinaus gibt es zahlreiche stetig ablaufende Produktionsprozesse, bei denen die Absaugung ebenfalls kontinuierlich erfolgen soll. Wenn die Absaugung, der Transport und die Beschickung prozessbedingt kontinuierlich ablaufen müssen, wird der Vakuumförderer mit einem kontinuierlichen Austragsorgan konfiguriert. Hier wird einmal mehr deutlich, wie gut das modulare Baukastenprinzip Anpassungen an die unterschiedlichsten Erfordernisse aus der Praxis ermöglicht.

Multijector-Vakuumförderer lassen sich ohne besonderen Aufwand mit zahllosen anderen mechanischen Verfahrensschritten kombinieren. Dazu gehören beispielsweise Schutzsiebe, Siebmühlen, Metalldetektoren, Fass-Entleersysteme, Aufgabestationen und Mischer, um nur einige wenige zu nennen. Aktuelle Förderleistungsdiagramme und beispielhafte Transportleistungsdaten für Produkte wie Flammruß, Titandioxid, Calciumcarbonat, Schwefel und Teflonpulver können über den Hersteller bezogen werden.

Bildergalerie

  • Vakuumförderer sichern die Feststoff-Materialversorgung in den unterschiedlichen Industriezweigen.

    Bild: Volkmann

  • Mobiler Vakuumförderer (rechts) in höhenverstellbarem Fahrwagen (Mitte) bei der Vorabnahme im Herstellerwerk

    Bild: Johannes Ginsberg, Volkmann

  • Modulare Sack-Aufgabestation RNT mit integrierter Staubabsaugung und direktem Anschluss an die Förderleitung

    Bild: Volkmann

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