Moderne und effiziente Vakuumversorgung bei der Herstellung von Papiertüten

Drolshagen, Deutschland Auf die Herstellung von Papiertüten und -tragetaschen hat sich die Firma GSD-Verpackungen - Gerhard Schürholz GmbH spezialisiert. Ein Großteil der Verarbeitungsmaschinen benötigt Vakuum zum Halten, Transportieren und Konfektionieren der einzelnen Tüten. Mit der Umstellung der Vakuumversorgung von einzelnen Vakuumpumpen an den jeweiligen Maschinen zu einer Vakuumzentralanlage von Busch konnte GSD-Verpackungen eine Energieeinsparung von über 50 Prozent realisieren und weitere Vorteile für die moderne Produktion erzielen.
Fig. 1: Eine der Inline-Anlage zur Papiertütenproduktion

Heute beschäftigt GSD-Verpackungen insgesamt 160 Mitarbeiter. Die Produktion läuft an fünf Tagen pro Woche je nach Abteilung im Zwei- beziehungsweise Dreischichtbetrieb. Mit über 50 Maschinen produziert GSD-Verpackungen inline. Das heißt, das Papier wird auf Rollen angeliefert und durchläuft alle Produktionsschritte vom Drucken, über das Konfektionieren bis hin zum Formen vollautomatisch (Fig. 1). Die Tüten werden am Ende der Inline-Anlagen fix und fertig gestapelt und können sofort verpackt werden.

Viele der Maschinen für die Papiertütenproduktion benötigen Vakuum für unterschiedliche Handling- oder Transportaufgaben. Durch das Vakuum kann Papier, je nach Maschine, gehalten oder bewegt werden. Insgesamt waren zur Erzeugung des Vakuums in der Vergangenheit 22 Drehschieber-Vakuumpumpen verschiedener Größen in Betrieb. Diese waren Fertigungsleiter Jörg Möller ein Dorn im Auge, weil deren Wärmeemission die Produktionshalle aufheizte, was vor allem in den Sommermonaten die Arbeitsbedingungen verschlechterte. Hinzu kam der hohe Geräuschpegel. Die eingesetzten Drehschieber-Vakuumpumpen waren größtenteils trockenlaufend. Das heißt, sie nutzten kein Öl zur Kühlung und Schmierung, sondern waren mit selbstschmierenden Kohlelamellen ausgerüstet. Durch deren Abrieb wurde die Luft teilweise mit feinem Kohlestaub versetzt, der sich in der Umgebung der Vakuumpumpe niederschlug. Ferner mussten diese regelmäßig ersetzt werden, was mit hohen Kosten verbunden war. Damit es nicht zu längeren Produktionsausfällen kam, mussten permanent Ersatzpumpen einsatzbereit zur Verfügung stehen, weil alle Vakuumpumpen praktisch während der ganzen Produktionszeit in Betrieb waren und durchschnittlich je 4.000 Stunden pro Jahr in Betrieb waren. Nicht zuletzt sah Jörg Möller auch den Energieverbrauch der Vakuumpumpen kritisch.

Die Firma Dr.-Ing. K. Busch GmbH erstellte daraufhin ein völlig neues Konzept zur Generierung des Vakuums für alle Produktionsmaschinen an fünf Inline-Anlagen. Ein Konzept, das Fertigungsleiter Jörg Möller überzeugte, weshalb seit Oktober 2016 eine zentrale Vakuumversorgung von Busch mit fünf Mink Klauen-Vakuumpumpen (Fig. 2) in Betrieb ist. Diese fünf Vakuumpumpen ersetzen die ehemals 22 Drehschieber-Vakuumpumpen und haben dennoch genügend Leistungsreserven, um sogar eine sechste Inline-Anlage anschließen zu können. Die Vakuumzentralanlage ist über eine Leitung mit allen Maschinen verbunden und garantiert die permanente Einhaltung des Vakuumniveaus von 300 Millibar im gesamten Betrieb. Die Vorteile wurden gleich in den ersten Monaten nach der Installation der Vakuumzentralanlage offensichtlich: keine Lärm- und Geräuschemissionen oder Raumluftverschmutzung durch Kohlestaub an den Arbeitsplätzen in der Produktion.


Fig. 2: Vakuumzentralanlage von Busch mit Mink Klauen-Vakuumpumpen

Die Energieeinsparung ist, verglichen mit der früheren dezentralen Vakuumversorgung, enorm. Die Mink Klauen-Vakuumpumpen werden jeweils von energieeffizienten IE3-Motoren mit 6 Kilowatt Nennleistung angetrieben, was bei den fünf Motoren in Summe einem Energieverbrauch von 30 Kilowatt entspricht. In der Praxis hat sich in den ersten Betriebsmonaten gezeigt, dass durch die bedarfsabhängige Steuerung der neuen Vakuumzentralanlage von Busch meist nur zwei oder drei Mink Klauen-Vakuumpumpen gleichzeitig in Betrieb sind. Der tatsächliche Stromverbrauch liegt dann mit theoretisch 2,5 Vakuumpumpen und einer Betriebszeit von 4.000 Stunden bei 60.000 Kilowattstunden pro Jahr. An den zuvor eingesetzten Drehschieber-Vakuumpumpen waren Motorleistungen von insgesamt 32,5 Kilowatt installiert, was einem jährlichen Stromverbrauch von 130.000 Kilowattstunden entsprach. Somit konnten durch die Umstellung von dezentraler zu zentraler Vakuumversorgung jährlich 70.000 Kilowattstunden oder umgerechnet 54 Prozent Stromkosten eingespart werden.


Fig. 3: Schnittbild einer Mink Klauen-Vakuumpumpe

Mink Klauen-Vakuumpumpen arbeiten vollkommen berührungsfrei (Fig. 3). Das heißt die beweglichen Teile in der Vakuumpumpe berühren sich gegenseitig nicht. Dadurch entsteht kein Verschleiß, was diese Art von Vakuumpumpen annähernd wartungsfrei macht. Busch empfiehlt bei 24-Stunden-Betrieb vorsorglich einen jährlichen Wechsel des Getriebeöls. Dieser kann während des laufenden Betriebes durchgeführt werden, indem die betreffende Vakuumpumpe in der Vakuumzentralanlage ausgeschaltet wird. Durch die Kaskadenschaltung und den Betrieb einer der fünf Mink Klauen-Vakuumpumpen mit einem frequenzgeregelten Motor wird die Vakuumerzeugung für die Produktion trotzdem von den vier anderen Vakuumpumpen sichergestellt (Fig. 4). Für Jörg Möller bedeutet dies, dass der Kosten- und Zeitaufwand für Wartungsarbeiten deutlich reduziert wurden. Das berührungsfreie Funktionsprinzip der Mink Klauen-Vakuumtechnologie arbeitet höchst betriebssicher, da es ohne Verschleißteile auskommt und dadurch beispielweise Brüche der Kohlelamellen, die einen plötzlichen Totalausfall einer Vakuumpumpe bedeuteten, der Vergangenheit angehören.

Somit ist es Fertigungsleiter Jörg Möller gelungen, eine höchst wirtschaftliche und betriebssichere Lösung für die Vakuumversorgung seines Betriebs zu realisieren.


Fig. 4: Steuerung der Vakuumzentralanlage

Über GSD
Das Unternehmen wurde 1877 in Drolshagen gegründet und ist seit 1962 im Besitz der Familie Schürholz. Der Familienbetrieb hat sich auf die Herstellung von Papiertüten und -tragetaschen in kleinen Serien ab 2.000 Stück spezialisiert und beliefert heute Kunden in ganz Deutschland. 60 Prozent der Produktion gehen an Discounter, Supermarktketten oder den Fachgroßhandel, der wiederum beispielsweise Bäckereien oder Metzgereien beliefert. Neben den Standardgrößen und -ausführungen sind auch aufwendige Sonderverarbeitungen möglich. Anspruchsvolle Druckbilder können im Flexodruckverfahren mit bis zu acht Farben umgesetzt werden.


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