Vakuumförderer noch flexibler gestalten

Dipl.-Ing. B.Eng. (Hons.) Thomas Ramme

Die mehrstufigen Multijector-Vakuumpumpen erzeugen den zur Förderung erforderlichen Luftvolumenstrom bei einem optimalen Betriebsdruck von 5,5 bar. Dabei werden Saugvolumen von bis zu 40 000 lN/min und Unterdrücke bis zu 910 mbar erzielt. In manchen Anwendungsfällen ist es jedoch schwierig, während des pneumatischen Fördervorganges den Betriebsdruck aufrecht zu erhalten. Dies gilt insbesondere dann, wenn mehrere Verbraucher gleichzeitig zu speisen sind.

Für diese Fälle wurde ein alternatives Düsensystem entwickelt, das die maximale Energieausbeute schon bei einem Betriebsdruck von 3,5 bar erreicht. Neben den gewohnten Vorteilen wie Verschleiß- und Wartungsfreiheit, geringe Baugröße und Gewicht, wird die ohnehin durch die Mehrstufigkeit bedingte günstige Druckluftausnutzung dadurch noch einmal gesteigert, da die benötigte Kompressionsarbeit bei geringerem Betriebsdruck niedriger ist. Durch die modulare Konstruktion der Multijector-Vakuumpumpen verdoppelt sich mit dem Niederdruck-Düsensystem die Anzahl der verfügbaren Pumpenvarianten und ermöglicht damit eine noch exaktere Auslegung für die jeweilige Förderaufgabe (Abb 1).

Ein weiterer Vorteil liegt im taktweisen Betrieb der Vakuumpumpen. Wo konventionelle Sauglufterzeuger aufgrund der langen Ansprechzeiten auch während der Ruhephasen durchlaufen müssen, steht beim Multijector das erforderliche Vakuum im Millisekundenbereich zur Verfügung.

Insbesondere im chemisch-pharmazeutischen Bereich müssen alle produktberührten Teile des Vakuumförderers ohne großen Aufwand zu reinigen sein. Eine leichte Zerlegbarkeit ist daher zwingend erforderlich. Dies stellt der modulare Aufbau nach dem Baukastenprinzip sicher. Probleme beim Zerlegen von größeren Vakuumförderanlagen und festen Installationen lassen sich mit Hilfe eines CIP-Systems lösen.

Ein Baustein des Modulkonzeptes ist die extern angesteuerte Entleerklappe. Die gesamte Pneumatik befindet sich außerhalb des produktberührten Bereichs. Eine gründliche Spülung und Reinigung des Innenraums ist durch die spalten- und totraumfreie Konstruktion gegeben.

In der Regel wird ein Vakuumförderer direkt über die zu beschickende Einheit montiert (Abb. 2). Da bei bestehenden Anlagenkomponenten der verbleibende Freiraum zur Hallendecke oft relativ gering ausfällt, ist die Bauhöhe des Förderaggregats möglichst gering zu halten. Abbildung 1 zeigt die drei Stufen einer durch den Modulaufbau möglichen Bauhöhenreduzierung.

Links im Bild ist ein konventioneller Vakuumförderer abgebildet. Durch das Anbringen der extern angesteuerten Entleerklappe reduziert sich die Bauhöhe deutlich, da das Segment mit dem integrierten Trichter entfällt (Bildmitte). Wird darüber hinaus ein spezieller Flachfilter eingebaut, ergibt sich ein äußerst kompakter und mobiler Förderer (rechts im Bild).

Funken können in pneumatischen Förderanlagen Staubexplosionen mit katastrophalen Folgen auslösen. Ursache sind elektrische Felder, die durch den Förderer selbst oder durch elektrostatische Aufladungen während des Fördervorganges entstehen. Die Multijector-Vakuumförderer arbeiten daher ausschließlich mit Druckluft, wobei auch die Steuerung rein pneumatisch erfolgt. Elektrische Felder durch Elektromotoren und Spulen gibt es somit nicht.

Konventionelle Vakuumerzeuger generieren zudem eine nicht unerhebliche Strahlungswärme und erhöhen die Gefahr für eine mögliche Entzündung. Druckluftbetriebene Vakuumpumpen nach dem Multijector-Prinzip hingegen arbeiten mit expandierenden Luftströmen, d. h. sie kühlen sich im Betrieb sogar leicht ab.

Besondere Gefahrenquellen für die klassische Funkenentladung stellen isolierte, leitfähige Teile wie abgedichtete Revisionsklappen, Filterkammertüren, isolierte Förderleitungen oder Kupplungen dar. Eine wichtige Kenngröße für das elektrische Aufladungspotential ist der Luftspalt zwischen zwei isolierten Teilen, die wie ein Kondensator wirken. Dabei gilt: Je größer der Luftspalt, desto größer ist die gespeicherte Energie. Erreicht die Aufladung schließlich den Grenzwert, kann ein Funke überspringen.

Multijector-Vakuumfördergeräte verhindern durch ihre Bauweise bereits die Entstehung solcher Ladungsnester. Da alle produktberührten Teile elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind, können Ladungen über einen gemeinsamen Erdungsanschluß abfließen. Bei der Verwendung von Saugschläuchen bieten sich elektrisch leitfähige und antistatische Varianten an, wobei die in den Schlauch eingearbeitete Drahtspirale eine zusätzliche Erdung hat.

Untersuchungen haben gezeigt, daß unterhalb eines bestimmten kritischen Behältervolumens keine Explosionen auftreten. Bedingt durch ihre geringe Baugröße und das Fördern relativ kleiner Pulvermengen liegen die Multijectorsysteme unterhalb dieser Grenzen und sind somit besonders sicher.

Ein Beispielversuch zeigt dies deutlich. Als Fördergut diente ein leicht aufladbares PE-Kunststoffgranulat, das das Fördersystem aus einem metallischen Vorlagebehälter über eine Distanz von 6 m in ein Kunststoffaß transportierte.

Während des gesamten Fördervorganges wurde das elektrische Feld E [kV/m] gemessen, beginnend an der Saugstelle (Sauglanze), entlang der Förderleitung, am Vakuumförderer selbst und schließlich an der Produktabgabestelle (Abb. 3). Das Ergebnis der Messungen überzeugt: Die Felder lagen an nahezu jedem Meßpunkt um den Faktor 100 niedriger als die in der Literatur angegebenen kritischen Werte.

Neben dem Volumen hat auch die Fördergeschwindigkeit einen erheblichen Einfluß auf die statische Aufladung. So gilt es in kritischen Fällen niedrige Gutbeladungen mit Fördergeschwindigkeiten von 20 bis 35 m/s möglichst zu vermeiden. Durch ihr hohes Endvakuum von 910 mbar Unterdruck realisieren die Multijector-Vakuumpumpen eine hohe Gutbeladung, die sogenannte Pfropfenförderung. Die Luftgeschwindigkeit reduziert sich hierbei auf 5 bis 12 m/s.

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