Die richtige Vakuumpumpe für Ihre Lebensmittelanwendung
27. Mai 2021
LESEZEIT 7 MIN.
Die Mechanik von Vakuumpumpen
Bei Nasspumpen befindet sich Öl in der Pumpenkammer, welches zwei Funktionen erfüllt: die Schmierung der beweglichen Teile und das Füllen der Zwischenräume der Pumpe, um ein tieferes Vakuum zu erzeugen. Trockenlaufende Pumpen haben dagegen nur in den Lagern und Zahnrädern Öl zur Schmierung, in der Pumpenkammer selbst befindet sich kein Öl. Das tiefe Vakuum wird durch die Konstruktion erzeugt.
In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sind Wasserdampf und andere Verunreinigungen wie Zucker oder Fettsäuren der größte Feind der Pumpen. Nasspumpen saugen Wasserdampf und Verunreinigungen an. Da sie bei einer Temperatur von weniger als 100 Grad Celsius laufen, kondensiert der Wasserdampf in den Pumpen und bildet flüssiges Wasser, das mit dem Öl emulgiert. Die anderen Verunreinigungen werden immer vom Öl aufgefangen und verbleiben, bis das Öl gewechselt wird.
"Alle Fettsäuren korrodieren die Pumpe", erklärt Ligman. "Zucker verursacht weitere Probleme. Und der Wasserdampf kondensiert in der Pumpe und führt dazu, dass die Pumpe Pumpleistung verliert – nicht ihre gesamte Leistung, aber einen Teil."
Dies führt zu einem höheren Wartungsaufwand, da die Verunreinigungen im Wasserdampf einen häufigen Ölwechsel erforderlich machen. Diese Ölwechsel summieren sich schnell, wenn man die Kosten des Öls, die Arbeitskosten und vor allem die Kosten der Stillstandzeiten einer Produktionslinie für die Wartung der Vakuumpumpe berücksichtigt. Bei Anwendungen wie der Gefriertrocknung, bei denen Wasserdampf stärker verbreitet ist als bei der Trockenverarbeitung, sind Ölwechsel noch häufiger erforderlich, was die Kosten erhöht.
Trockenlaufende Vakuumpumpen enthalten kein Öl und laufen so heiß, dass der Wasserdampf nicht kondensiert. Verunreinigungen wie Zucker und Fettsäuren werden durch den Auspuff abgeleitet und haften nicht am Öl in der Pumpe. Bei trockenlaufenden Vakuumpumpen ist jedoch zu beachten, ob die jeweilige Pumpe so heiß läuft, dass Zucker und Fettsäuren an den Pumpenkomponenten verbrennen.
Die Energieeffizienz der Trockentechnologie kann im Vergleich zur Nasstechnologie um 30 % variieren, stellt aber nur einen kleinen Teil der Betriebskosten dar. Während die Trockentechnologie also einen Vorteil beim Energieverbrauch haben kann, kommt die tatsächliche Effizienz dadurch zum Tragen, dass trockenlaufende Pumpen keine häufige Wartung oder Instandhaltung erfordern, die zu häufigen Ausfallzeiten führen. Dies ermöglicht eine höhere Produktion im gleichen Zeitraum, da die Anlage nicht für die Pumpenwartung abgeschaltet werden muss.
Spezielle Anwendungen
Die Anforderungen an Vakuumpumpen variieren je nach Art der Anwendung, in der sie eingesetzt werden. Das Verpacken erfordert einen niedrigen Druck und einen schnelleren Zyklus. Bei der Verarbeitung, z. B. beim Tumbeln oder Mischen, ist die Zykluszeit länger und der Druck höher als beim Verpacken, es ist jedoch eher ein mittlerer Druck erforderlich als ein hoher. Bei der Gefriertrocknung variieren die Zykluszeiten, aber die Druckanforderungen sind niedriger als bei den beiden anderen genannten Anwendungen.
"Wenn Sie sich jede Anwendung einzeln ansehen, werden die Unterschiede bei den Pumpenanforderungen ziemlich deutlich", so Jim Hupp, Product Sales Development Manager bei Leybold. Er erläutert die Anwendung von trockenlaufenden Vakuumpumpen in jedem dieser drei Bereiche.
Verpackung
Bei der Verpackung ist die Verunreinigung geringer als bei der Verarbeitung oder Gefriertrocknung, obwohl Kontaminationen aus dem Produktionsprozess auch in den Verpackungsbereich gelangen können. Die Betriebszeit ist entscheidend, und die Zykluszeiten sind schneller.
"Hier sind kompakte trockenlaufenden Pumpen gefragt, die auch in der Produktion eingesetzt werden können", erklärt Hupp. "Sie müssen sich für den Waschbereich eignen und Wasserdampf oder gewisse Mengen mitgenommener Flüssigkeit aushalten können. Und sie müssen einer gewissen Kontamination durch trockene Partikel standhalten können."
Verarbeitung
Kontamination ist ein großes Problem, da Wasserdampf und Produktrückstände vorliegen. Die Möglichkeit einer Kontamination bedeutet, dass die Betriebszeit gefährdet ist, wenn eine Pumpe wiederholt ausgeschaltet werden muss, um gewartet oder repariert zu werden.
"Ich achte unter anderem darauf, dass ich meine Pumpe vor Ort warten und reinigen kann," erklärt Hupp. "Da das Risiko von Produktrückständen in diesen Bereichen viel höher ist, kommt es häufig vor, dass Pumpen mit großen Mengen an Flüssigkeit oder Produktschlamm kontaminiert werden. Die Pumpen fallen dann aus und müssen ausgetauscht werden, bevor die Produktion fortgesetzt werden kann."
Gefriertrocknung
Die Kontamination stellt angesichts der vorhandenen Wasserdampfmenge ein erhebliches Problem dar. Alltagsprodukte wie gefriergetrocknete Beeren enthalten Zucker, der das Öl in Nasspumpen kontaminieren kann. Die Zykluszeiten variieren, und der erforderliche Druck ist von diesen drei Anwendungen der niedrigste.
"Ich möchte die Möglichkeit haben, die Pumpe bei Bedarf zu öffnen, manuell zu reinigen und wieder in Betrieb zu nehmen", so Hupp. In der Regel kann ich das innerhalb einer Stunde tun. Wenn ich meine Pumpe innerhalb einer Stunde manuell wieder in Betrieb nehmen kann, ist das ein großer Vorteil gegenüber dem Austausch der gesamten Pumpe oder dem Stillstand der Produktion, bis ich eine Ersatzpumpe besorgen kann."
Je nach Anwendung, Umgebung und Eigenschaften der spezifischen Produkte können sich die Anforderungen an die Vakuumpumpe erheblich ändern. Verarbeitende Betriebe, die das Beste aus ihren Pumpen herausholen möchten, müssen alle Faktoren verstehen und kombiniert betrachten, um schwierige Bedingungen für Pumpen richtig zu berücksichtigen.
Leistungsmerkmale, Anschaffungskosten und Gesamtkosten sind Teil der Kalkulation, wie auch bei anderen Teilen der Produktionslinie. All diese Faktoren müssen klar definiert sein, bevor Kaufentscheidungen getroffen werden, und sie müssen auf den besten verfügbaren Informationen beruhen. Ein Beispiel: Wenn man die Häufigkeit der erforderlichen Ölwechsel bei Nasspumpen in einer Gefriertrocknungsumgebung genau prognostizieren kann, kann dies bei den Gesamtkosten einen großen Unterschied ausmachen.
"Sobald diese Faktoren ermittelt wurden, stellt sich die Frage, ob die aktuellen Pumpen den Produktionsanforderungen entsprechen und welche Änderungen vorgenommen werden müssen, wenn dies nicht der Fall ist", so Ligman. "Das bedeutet höchstwahrscheinlich, dass die Produktionslinie abgeschaltet werden muss, um Pumpen durch Modelle zu ersetzen, die für die jeweilige Anwendung besser geeignet sind. Das ist keine einfache Entscheidung, aber sie ist notwendig, um die Produktionseffizienz zu maximieren."
"Die Produktion herunterzufahren, um eine Änderung umzusetzen, ist für ein Unternehmen eine der schwersten Entscheidungen. Auch wenn bekannt ist, dass nach der Änderung bessere Ergebnisse erzielt werden," so Ligman. "Es ist schwierig, eine Produktionslinie stillzulegen, weil man in dieser Zeit mit der Produktion in Rückstand gerät. Das Unternehmen verliert Geld, und es entsteht ein enormer Druck für alle. Das ist eine schwierige Entscheidung."
Verwandte Artikel
Wichtigen Aspekte bei Vakuumpumpen im Gesamtbild
