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Selbstregelnde Vakuumpumpe hilft bei der Energieeinsparung

Bereit für Industrie 4.0

Als Vollsortimenter produziert und verpackt die EG Fleischwarenfabrik Dieter Hein GmbH & Co. KG alle Arten von Fleisch- und Wurstspezialitäten für Kunden in ganz Europa und den USA.

Als umweltbewusstes Unternehmen wurde schon seit jeher auf ressourcenschonende und energieeffiziente Produktion geachtet. Deshalb wurde bereits vor einigen Jahren die Vakuumversorgung für die Verpackungsmaschinen zentralisiert und somit ein erhebliches Energieeinsparpotential erschlossen.

Die Firma Dieter Hein ist der erste Fleischverarbeiter in Deutschland überhaupt, der sein zentrales Vakuumsystem versuchsweise mit der neuen R5 RA 0760 A PLUS von Busch ausgerüstet und somit weitere Energieeinsparungen realisiert hat. Außerdem ist diese Vakuumpumpe mit einer integrierten Druckregelung und einer SPS für Industrie 4.0 vorbereitet.

Über Dieter Hein

Bereits vor über 80 Jahren beginnt die Geschichte der Fleischwarenfabrik Dieter Hein mit einem Fleischereibetrieb in Görlitz, der von Fleischermeister Georg Hein gegründet wurde. Sein Sohn Dieter Hein führte die Tradition fort und eröffnete 1961 in Osnabrück ein kleines Geschäft. Ihm folgte 1975 die Gründung der heutigen Fleischwarenfabrik in Hasbergen vor den Toren Osnabrücks. Im Jahr 1996 kam ein weiterer Produktionsbetrieb in Görlitz hinzu.

Als Vollsortimenter produziert Dieter Hein Aufschnitt-Delikatessen für Großverbraucher, von tischfertigen gebratenen Convenience-Artikeln wie Frikadellen, Dönerburger, Crispy Sliced Bacon bis hin zu Spezialitäten für die Bedientheke wie Rohwurst, Schinken, Oberschalenbraten, Truthahn-Spezialitäten und vieles mehr (Fig. 1).

Vakuumverpackungsprozess

Im Verarbeitungsbetrieb in Hasbergen wird im Drei-Schicht-Betrieb mit mehr als 300 Mitarbeitern gearbeitet, wobei die dritte Schicht zum Reinigen genutzt wird. Verpackt wird auf insgesamt neun Tiefziehmaschinen. Diese sind an eine zentrale Vakuumversorgung angeschlossen, die vollautomatisch und bedarfsabhängig arbeitet.

Ein Vakuumpumpstand sorgt für das Grobvakuum zur Vorevakuierung der Verpackungskammern auf 45 Millibar. Ein Feinvakuumpumpstand wird über Regulierventile zugeschaltet, wenn diese 45 Millibar erreicht sind, um in einem zweiten Evakuierungsschritt die Verpackung auf ein Vakuumniveau von 3 bis 4 Millibar zu senken. Ein drittes Vakuummodul sorgt für das Vakuum zum Tiefziehen der Unterfolie in der Formstation jeder einzelnen Verpackungsmaschine.

Um den Energieverbrauch möglichst noch weiter zu senken, haben sich Thomas Pelke als Leiter der Instandhaltung und Bernd Wörner als Verantwortlicher für den Bereich Energie dazu entschieden, zu Testzwecken die neue Drehschieber-Vakuumpumpe R5 RA 0760 A PLUS (Fig. 2) von Busch einzusetzen.

Über die R5 PLUS

  • Diese Vakuumpumpe, die auf der IFFA in Frankfurt dem Fachpublikum vorgestellt wurde, hat serienmäßig einen frequenzgeregelten Motor und eine integrierte Steuereinheit.
  • Ein Drucksensor misst permanent das Vakuumniveau am Einlass der Vakuumpumpe. Dadurch kann die R5 RA 0760 A PLUS schnell auf etwaige Bedarfsänderungen reagieren und durch die Drehzahl das Saugvermögen dem tatsächlichen Bedarf anpassen.
  • Der Regelbereich liegt zwischen 35 und 60 Hertz, was einem Saugvermögen von 440 bis 760 Kubikmetern pro Stunde entspricht.
Ende 2018 wurde die neue Vakuumpumpe in die zentrale Vakuumversorgung integriert und ersetzte eine über 20 Jahre alte, ungeregelte Drehschieber-Vakuumpumpe mit einem Saugvermögen von 630 Kubikmetern pro Stunde, die bislang für die Aufrechterhaltung des Grobvakuums in der Anlage verantwortlich war. Die neue Vakuumpumpe wurde nicht an die Steuerung der zentralen Vakuumversorgung angeschlossen, da sie sich selbst regelt. Die Programmierung der Steuerung erfolgte über das integrierte Display und beschränkte sich auf das Einstellen des gewünschten Vakuumniveaus auf 45 Millibar.

Vorteile der intelligenten Vakuumpumpe

Bereits nach wenigen Wochen Betriebszeit zeigten sich die Vorteile dieser intelligenten Vakuumpumpe.

Selbstregulierendes Saugvermögen
Beim zuvor installierten zentralen Vakuumsystem konnte es vorkommen, dass das Grobvakuum zusammenbrach, wenn abrupt von mehreren Verpackungsmaschinen ein hohes Saugvermögen gefordert wurde und zuvor die Vakuumpumpe ausgeschaltet war, weil das nötige Vakuumniveau vorlag. Die ungeregelte Vakuumpumpe musste dann erst hochfahren und erreichte das volle Saugvermögen von 630 Kubikmetern pro Stunde nur zeitverzögert. Die neue R5 RA 0760 A PLUS verharrt bei einer Drehzahl von 35 Hertz. Bei dieser Drehzahl hat die Vakuumpumpe eine Leistungsaufnahme von ungefähr 60 bis 70 Prozent der Motornennleistung von 18,5 Kilowatt und hält dabei das eingestellte Vakuumniveau. Steigt das Saugvermögen nun plötzlich an, weil beispielsweise mehrere Verpackungsmaschinen zeitgleich eingeschaltet werden und gleich getaktet arbeiten, reagiert die R5 PLUS sofort und kann bis zu 120 Prozent Leistung erbringen, bis die Bedarfsspitze wieder abgeflaut ist.

Hochauflösendes Display zur Überwachung und Steuerung
Durch das 7,5-Zoll-Display hat Bernd Wörner die aufgezeichneten Daten stets im Blick. Er hat dabei festgestellt, dass die R5 PLUS im Durchschnitt nur mit 60 Prozent ihrer Leistung fährt. Da sie dabei das eingestellte Vakuumniveau hält, nimmt sie ohnehin nur 60 bis 70 Prozent der Motornennleistung an elektrischer Energie auf. Davon ausgehend ergibt sich eine tatsächliche Leistungsaufnahme des Motors der Vakuumpumpe von ungefähr 6 bis 8 Kilowatt. Dies lässt sich auf dem Display direkt ablesen, was sehr hilfreich sein kann, wenn man während des laufenden Betriebs das maximale Energieeinsparpotential ausreizen will, ohne dass die Verpackungsqualität oder die Zykluszeit negativ beeinflusst werden.

Datenanalyse
Die permanente Speicherung der Daten durch die eingebaute SPS ermöglicht es, die aufgezeichneten Daten über einen langen Zeitraum zu analysieren. Ein Ausdruck als Tabelle oder Kurven ist jederzeit möglich.

Sehr geringer Schalldruckpegel
Noch einen Vorteil hat Bernd Wörner sofort nach der Inbetriebnahme erkannt: „Man hört die Pumpe überhaupt nicht.“ Tatsächlich hat die Vakuumpumpe einen Schalldruckpegel von nur 70 dB(A) bei maximaler Drehzahl.

Dieter Heins Fazit

Bernd Wörner zeigte sich als Energie-Verantwortlicher bei der Firma Dieter Hein mit dem Resultat des Testbetriebs sehr zufrieden. Neben den zusätzlichen Energieeinsparungen bietet diese Vakuumpumpe die Möglichkeit, sich exakt dem Leistungsbedarf der Verpackungsmaschinen anzupassen, mit der integrierten SPS permanent Daten zu erfassen und aufzuzeichnen und diese mit der SPS der Verpackungsmaschine oder der SPS-Steuereinheit zu verknüpfen.