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Mikrofluidik und DosiertechnikFett ganz fein

Serienproduktion der neuen Gleitringdichtung

Viele verbinden den Begriff Mikrofluidik noch immer ausschließlich mit der Medizin- oder Biotechnik, aber mittlerweile findet man Anwendungen in fast allen industriellen Bereichen.

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DickschichtpumpenZäh, klebrig und fettig

Bei der Herstellung von Lebensmittel sowie chemischen und pharmazeutischen Produkten werden Medien aus Fässern und Behältern in den Produktionsprozess eingebracht. Bei niedrigen Viskositäten und kleinen Mengen sind Fasspumpen die ideale Wahl. Wird es zäher und die Fördermenge größer, schlägt die Stunde der Dickschichtpumpen. Aber welche ist die richtige und welche Parameter der Medien sind für die Auswahl entscheidend?

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Dickschichtpumpen: Zäh,  klebrig und fettig

Für das automatische Fördern von Medien aus Fässern, Behältern und Containern in einem Produktionsprozess werden Pumpen eingesetzt. Typisch hierfür sind Fasspumpen, die mit hoher Drehzahl und nach dem Kreiselpumpenprinzip arbeiten. Mit ihnen werden auch noch kleine Mengen von Substanzen mit einer Viskosität bis etwa 1.000 oder 1.200 mPas gefördert. Doch bei größeren Fördermengen können diese Drehzahlen bereits bei einer Viskosität von 500 mPas zu hoch sein, da die Substanzen nicht mehr schnell genug der Pumpe zufließen und nur noch eine unbefriedigende Förderleistung erzielt wird.

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Hier beginnt der Einsatzbereich von Dickstoffpumpen, die mit Drehzahlen bis etwa 1.000 Umdrehungen pro Minute arbeiten. Mit ihnen können Stoffe verarbeitetet werden, die noch wesentlich höhere Viskositäten aufweisen wie zum Beispiel Nudelteig, Zuckerlösungen, Bienenhonig, Polymerlösungen, verschiedene Öle und Fette, Farben und Lacke bis hin zu Pasten und Cremes sowie abrasive, mit Feststoffen angereicherte, oder klebrige Stoffe. Die Dickstoffpumpen arbeiten nach dem Exzenterschneckenprinzip und können Stoffe mit Viskositäten bis circa 100.000 mPas oder im Extremfall bis 250.000 mPas (pastenartig) fördern. Die Fördermenge ist dabei abhängig von der Arbeitsdrehzahl und der Art und Struktur des zu fördernden Mediums.

Bei der Auswahl einer geeigneten Dickstoffpumpe sind einige Kriterien zu beachten. Im Vordergrund steht das Medium, das gefördert werden soll. Hier sind die Viskosität, Struktur und Dichte des Mediums wichtig. Medien mit einem geraden Strömungsprofil sind eher unproblematisch. Bei Medien mit einem spitzen Strömungsprofil, wie langkettigen Silikonölen, die zwar dünnflüssig sind, aber klebrig wirken, entstehen beim Fördern hohe Druckverluste. Auf diese Bedingungen wird dann die mögliche Pumpendrehzahl und Fördermenge abgestimmt. Außerdem sollte der Anwender wissen, wie sich das Medium beispielsweise bei Temperatur- oder Druckveränderungen verhält. Manche Lacke werden unter Druck dünnflüssiger, anderen Stoffe werden durch die Förderbewegung viskoser. Optimale Sicherheit, dass hier die richtige Pumpe ausgewählt wird, bringt mitunter erst ein Test vor Ort. Dies gilt besonders für „Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten“ deren Viskosität sich nicht exakt bestimmen lässt und sich während des Förderns wesentlich verändert. Außerdem gibt es Medien, die durch die Reaktion mit anderen Stoffen oder mit Luft aushärten. Hier muss sichergestellt werden, dass die Dickstoffpumpe immer in einer Atmosphäre arbeitet, in der das Medium nicht aushärten kann und dass die Pumpe immer sofort gereinigt wird.

Richtlinie im Auge behalten

Ebenso wichtig sind die Umgebungsbedingungen in denen die Pumpe arbeiten soll: Platzverhältnisse, mobile oder stationäre Förderung, explosionsgefährdete Umgebung etc. Hier sind eine kompakte, robuste Bauart, ein geringes Gewicht und zum Beispiel der Einsatz von Ex-geschützten Antrieben notwendig. Gerade was den Explosionsschutz angeht, wird oft übersehen, dass zwar das zu fördernde Medium nicht leicht brennbar ist, aber die eingesetzten Reinigungsmittel eine Zulassung für Zone 0 erfordern, also die Pumpe der Richtlinie 94/9/EG ATEX 100 a entsprechen muss. Besonders in der pharmazeutischen und kosmetischen Industrie ist das Thema Reinigung und Hygiene von großer Bedeutung. Daher sollten die hier eingesetzten Pumpen aus möglichst wenig Teilen bestehen und leicht demontiert werden können. Es sollte auf eine „Totraum-freie“ Konstruktion der Pumpe geachtet werden: Glatte Oberflächen, keine harten Kanten und Hinterschneidungen, so dass es keine versteckten und unzugänglichen Ablagerungsmöglichkeiten für Reststoffe und Bakterien gibt. Auch die leichte Handhabbarkeit der Pumpen spielt eine wichtige Rolle. Eine kompakte Bauweise und ein geringes Gewicht ermöglichen auch körperlich nicht so kräftigen Personen den leichten Wechsel der Pumpe zum nächsten Behälter oder das Handling bei der Reinigung. Erreicht werden kann das etwa durch den Einsatz von kleinen Kollektor- oder Druckluftmotoren an Stelle großer Drehstrommotoren.

Um den hier beschriebenen Anforderungen gerecht zu werden, hat das Unternehmen Flux für sein Dickstoffpumpen-Programm ein Baukastenprinzip entwickelt. Dadurch ist es möglich, Pumpen genau entsprechend der jeweiligen Anforderungen einer Applikation zusammen zu stellen. Sie sind sehr kompakt gebaut und arbeiten verschleißarm. Die Pumpen selbst bestehen aus Edelstahl, wobei das Material der Statoren und weiterer Bauteile abhängig von der Art des Fördergutes variiert werden kann. Als Antriebsmöglichkeiten stehen Kollektor-, Druckluft- oder Drehstrommotoren, mit und ohne Getriebe, sowie ex-geschützte Versionen (gemäß Richtlinie 94/9/EG- ATEX 100a) zur Verfügung. Die Pumpen sind nach Kategorie 1 gebaut und für den Einsatz in Zone 0 geprüft und zugelassen. Die Eintauchtiefen liegen zwischen 400 und 2.000 Millimeter und die beiden Baugrößen mit einem Außendurchmesser von 50 und 54 Millimeter sind passend für jedes Fass.

Für spezielle Anwendungen können Exzenterschneckenpumpen bis 4.000 Millimeter realisiert werden. Darüber hinaus lassen sich die Pumpen vertikal und horizontal einsetzen.

Das geringe Gewicht ermöglicht eine problemlose Handhabung beim mobilen oder stationären Einsatz. Auch das wichtige Thema Reinigung wurde bereits bei der Konstruktion der Pumpen beachtet. Mit nur wenigen Handgriffen kann das Außenrohr gelöst, abgezogen und somit gereinigt und sterilisiert werden. Es gibt keine versteckten und unzugänglichen Ablagerungsmöglichkeiten für Bakterien. Alle Pumpenteile, die mit dem Fördergut in Berührung kommen, sind leicht zugänglich. Eine spezielle 3A-Ausführung der Pumpen erfüllt auch die härtesten Hygiene-Anforderungen.

Für hochviskoses Fördergut, das von selbst nicht mehr fließt, wie Vaseline, Gel oder Fette ab Fettklasse 2,5 bis 3, hat Flux das Fassentleerungssystem Viscoflux entwickelt. Dieses System fördert selbst träge Substanzen aus 200 Liter-Fässern. Es besteht aus einer Exzenterschneckenpumpe mit Folgeplatte, die in einen Führungszylinder eingebettet ist. Dieser wird mit wenigen Handgriffen auf ein Metallfass aufgesetzt. Die Folgeplatte wird während der Fassentleerung durch das entstehende Vakuum automatisch nach unten gezogen und sorgt dafür, dass das Fördergut gleichmäßig nach unten gedrückt wird. So ist eine kontinuierliche Förderung des Mediums gegeben und es bleiben keine Reste an der Fasswand. Ist der Abfüllvorgang abgeschlossen, wird über eine Steuereinheit einfach ein Ventil geöffnet und das Fass entlüftet. Danach wird die Pumpe durch zwei Druckluftzylinder in die Ausgangsposition zurückgebracht.

Handhabung und Messtechnik

Für ein einwandfreies Handling sowie die Kontrolle der Flüssigkeiten steht zudem noch ein umfangreiches Zubehör-Programm zur Verfügung. Flüssigkeits-Mengenmesser in verschiedenen Werkstoffen, auf die verschiedenen Medien abgestimmte Schläuche, handlichen Zapfpistolen, sowie Überströmventile die bei Exzenterschneckenpumpen besonders wichtig sind. Durch die hauseigene Entwicklung aller wesentlichen Komponenten bis hin zu den Antrieben ist es relativ einfach selbst spezielle Kundenwünsche zu realisieren. Natürlich wird auch das Thema Qualität groß geschrieben. Flux richtet sein Qualitätsmanagement konsequent auf den internationalen Markt aus. Über die Zertifizierung nach DIN EN ISO 9001 und die Produktion nach 3 A -Richtlinien hinaus erfüllt das Unternehmen auch die Standards der US-Gesundheitsbehörde FDA. Dr. Peter Stipp

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