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Antriebssystem kompensiert Schlupf

Dosieren mit Doppelschraubenpumpen ohne Nachtropfen
Antriebssystem kompensiert Schlupf

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Doppelschraubenpumpen waren konstruktionsbedingt bislang für präzise Dosieraufgaben nicht geeignet. Fristam hat das mit einem Antriebssystem von Yaskawa geändert. Das System, bestehend aus einem Sigma-7-Servomotor und einer Slio-Steuerung, lässt sich so ansteuern, dass der Schlupf zwischen Förderschrauben und Gehäuse das Dosierergebnis nicht mehr beeinträchtigt. Ein Nachtropfen, beispielsweise bei der Beutelabfüllung viskoser Medien, wird damit verhindert.

Die Fristam Pumpen KG mit Stammsitz in Hamburg produziert Pumpen, die sich für die unterschiedlichsten Förderaufgaben in der Lebensmittelherstellung eignen. Seine Wurzeln hat das Unternehmen in der Molkereiindustrie. Kein Wunder also, dass Anwendungen mit hohen hygienischen Anforderungen im Fokus der Pumpenspezialisten stehen. Die Doppelschraubenpumpen der Baureihe FDS liefern dafür ein gutes Beispiel. Sie bestehen aus hochwertigem Edelstahl und sind leicht zu reinigen.

Dosierung auch von viskosen Medien

Das Funktionsprinzip wurde von Grund auf überdacht und bekannte Schwachstellen eliminiert. Die Konstruktion wurde 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. „Die Doppelschraubenpumpen sind jetzt auch für Dosieraufgaben bei viskosen oder thixotropen Medien eine ideale Lösung. Gleichzeitig können sie die Reinigung bei CIP-Prozessen mit Drehzahlen bis zu 3600 min-1 übernehmen.“ Dies macht den Einsatz einer zusätzlichen Pumpe für Reinigungsprozesse überflüssig. Im Gegensatz zu Kolbenpumpen, die bisher für solche Dosieraufgaben meist üblich sind, laufen CIP-Prozesse dadurch zügiger ab, zumal Pumpe Dosierschläuche, Rohre und Düsen nicht zerlegt oder demontiert werden müssen. „Das rechnet sich vor allem dort, wo wegen häufiger Produktwechsel die Anlagen in kurzen Intervallen gereinigt werden müssen, zum Beispiel wenn mit derselben Dosiereinheit in der ersten Schicht Beutel mit Ketchup und in der nächsten mit Mayonnaise oder Senf abgefüllt werden.“

Antriebssystem mit hoher Dynamik

Die Herausforderung bei der Weiterentwicklung war, das Nachtropfen bei der Beutelabfüllung zu verhindern. Der konstruktionsbedingte Schlupf zwischen Schrauben und Gehäuseinnenwand lässt sich nicht verhindern. 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 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 fein zu regelndes, gleichzeitig aber sehr dynamisches 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 das eingesetzte Antriebssystem 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. „In enger Zusammenarbeit mit unserem langjährigen Partner Yaskawa ließ sich eine perfekt auf diese Anforderungen angepasste Antriebslösung realisieren“, freut sich Linck.

Komplettlösung aus einer Hand

Treibende Kraft der Doppelschraubenpumpen sind Sigma-7-Servomotoren mit den passenden Verstärkern. Die reaktionsschnellen AC-Servoantriebe verfügen nicht nur über hohe Dynamik, sondern auch über eine hohe Auflösung, die durch einen integrierten 24-Bit-Absolut-Encoder gewährleistet wird. Dadurch eigenen sie sich für anspruchsvolle Positionieraufgaben. Die Servoantriebe können Vibrationen und Maschinenresonanzfrequenzen im Betrieb automatisch unterdrücken. Zudem sind sie für eine lange Lebensdauer ausgelegt und arbeiten bei Umgebungstemperaturen zwischen 0 und 55 °C ohne zusätzliche Kühlung. Dank kompakter Abmessungen benötigen sie wenig Einbauplatz und lassen sich an den Dosiereinheiten, die in den Abfüllanlagen üblicherweise an Rundtakttischen eingesetzt werden, gut montieren. Hinzu kam bei der Projektierung die große Auswahl. Die AC-Servomotoren decken bei Versorgungsspannungen von 200 bzw. 400 V Leistungen von 50 W bis 15 kW bei ruhigem Lauf ab.

Die Ansteuerung der Servoachse der Dosierarbeit übernimmt ein kompaktes Yaskawa-Steuerungssystem aus der Vipa-Slio-Serie. Dieses lässt sich einfach in Siemens Step7 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 7-Zoll-Display ermöglicht nicht nur eine menügeführte Bedienung, sondern dient auch der Visualisierung der Dosiereinheit. Mit den Komponenten und der persönlichen Unterstützung bei der Anpassung an die speziellen Bedürfnisse von Yaskawa hat Fristam für seine Dosiereinheit jetzt „eine funktionale Komplettlösung aus einer Hand“, wie Linck abschließend berichtet.

Yaskawa Europe GmbH, Eschborn


Autor: Marco Roth

Account Manager Market Sales Department,

Yaskawa



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