Energieeffiziente Vakuumversorgung bei fleischverarbeitenden Betrieben

Zu einer modernen Produktion von Fleisch- und Wurstwaren gehört ein integriertes Verpackungskonzept, das gewährleistet, dass die Fertigprodukte hygienisch, zuverlässig, schnell und effizient verpackt werden. Innovative fleischverarbeitende Betriebe arbeiten deshalb ständig daran, Produktionsprozesse zu optimieren und die Verpackungslinien möglichst optimal in den Gesamtprozess zu integrieren. Die richtige Wahl der Vakuumerzeugung hat maßgeblichen Einfluss auf die Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit des Verpackungsprozesses. Je nach Größe des Betriebes und der damit verbundenen Produktionsmenge gibt es verschiedene Möglichkeiten der Vakuumversorgung. Im Folgenden sollen diese Alternativen der Vakuumversorgung erläutert und Denkanstöße gegeben werden, um eine möglichst optimale Lösung aus technischer und wirtschaftlicher Sicht zu finden.

Die Vakuumverpackung von Fleisch- und Wurstwaren bringt grundsätzlich den Vorteil, dass durch das Abpumpen der Luft in der Verpackung der Sauerstoffgehalt drastisch reduziert, die Aktivität der sauerstoffbedürftigen Bakterien verringert und dadurch eine signifikante Haltbarkeitsverlängerung erreicht wird. Außerdem ist die Vakuumverpackung hygienisch und bietet optisch eine ansprechende Präsentation der Produkte. Auf dem Markt sind unterschiedlichste Vakuumverpackungsmaschinen erhältlich, so dass sich für alle Bedürfnisse beim Verpacken die geeignete Verpackungsmaschine finden lässt. Eines haben diese Verpackungsmaschinen unabhängig von der Bauart oder -größe gemein: Um den notwendigen Unterdruck in der Verpackung zu erreichen, muss ein Vakuum erzeugt werden. Dies kann durch eine in die Verpackungsmaschine integrierte oder eine beigestellte Vakuumpumpe erreicht werden. Weitere Alternativen sind zentrale Vakuumversorgungsanlagen, an denen mehrere Verpackungsmaschinen angeschlossen sind.

Integrierte Vakuumpumpe
Üblicherweise ist bei jeder Vakuumverpackungsmaschine - von der Kammermaschine über Schalensiegelmaschinen (Tray Sealer) bis zum Tiefziehverpackungsautomat - die Vakuumpumpe integriert oder in unmittelbarer Nähe aufgestellt. Dabei werden fast ausschließlich ölgeschmierte Drehschieber-Vakuumpumpen (Fig. 1) eingesetzt. Dieser von der Firma Busch Vakuumpumpen und Systeme bereits in den 1960er Jahren speziell für die Verpackungsindustrie entwickelte Vakuumpumpentyp ist längst das Standardaggregat der Vakuumverpackung. Durch die permanente Weiterentwicklung sind diese Vakuumpumpen stets auf dem Stand der Technik und weltweit millionenfach in Betrieb. Die neueste Generation dieser Vakuumpumpen ist energetisch so optimiert worden, dass eine Energieeinsparung von 20 Prozent realisiert wird.

Die integrierte oder der Verpackungsmaschine beigestellte Vakuumpumpe ist die einfachste und gängigste Methode das Vakuum zum Verpacken zu erzeugen. Die kurzen Leitungen zwischen Vakuumkammer, bzw. Siegelstation und der Vakuumpumpe garantieren ein schnelles Absaugen der Luft aus der Verpackung. Größere Tiefziehverpackungsmaschinen mit großen Verpackungsvolumina werden teilweise zusätzlich mit einem Vakuum-Booster bestückt. Mit der Kombination von Drehschieber-Vakuumpumpe und Vakuum-Booster lassen sich höhere Saugvermögen erzielen und somit die Evakuierungszeit verringern. In der Praxis erreicht man so kürzere Taktzeiten und damit einen größeren Ausstoß an verpackten Produkten pro Zeiteinheit. Werden mehrere Tiefziehautomaten betrieben sollte zumindest über eine Teilzentralisierung der Vakuumversorgung nachgedacht werden.





Fig. 1: Die Drehschieber-Vakuumpumpe R 5 RD 0360 A ist eine Baugröße der neuesten Generation von Vakuumpumpen für die Verpackung


Teilzentralisierung
Bei der Teilzentralisierung (Fig. 2) werden die Drehschieber-Vakuumpumpen aus dem eigentlichen Verpackungsraum entnommen und in eine zentrale Vorvakuumanlage für alle Verpackungsmaschinen in einem separaten Raum integriert. Direkt in die Verpackungsmaschinen werden trockene, das heißt ölfreie, Vakuum-Booster eingebaut und mit einem Rohrsystem mit der zentralen Vorvakuumerzeugung verbunden. Mit einer Teilzentralisierung lassen sich die Drehschieber-Vakuumpumpen aus dem Produktionsraum verbannen und sich somit die Gefahr von Aerosolemission vermeiden. Eine Teilzentralisierung macht immer dann Sinn, wenn zwei bis maximal fünf Tiefziehverpackungsmaschinen räumlich zusammen stehen und betrieben werden. Bei mehr Verpackungsmaschinen werden die Investitionskosten durch die Wälzkolben-Vakuumpumpen in den einzelnen Maschinen zu hoch und es empfiehlt sich, die komplette Zentralisierung der Vakuumversorgung.



Fig. 2: Teilzentralisierung der Vakuumversorgung


Zentrale Vakuumversorgung
•  Wirtschaftlichkeit
Eine Vollzentralisierung (Fig. 3 und 4) der Vakuumversorgung ist in aller Regel ab sechs Verpackungsmaschinen wirtschaftlich sinnvoll. Üblicherweise kann man davon ausgehen, dass bei der zentralen Vakuumversorgung wesentlich weniger Vakuumpumpen benötigt werden als bei der Aufstellung der einzelnen Vakuumpumpen direkt neben den Verpackungslinien. Bei einer nachträglichen Umstellung von dezentraler auf zentrale Vakuumversorgung können vorhandene Vakuumpumpen in die neue Zentralanlage integriert werden. Dadurch sinken die Investitionskosten. Nicht zu unterschätzen sind die deutlich geringeren Energiekosten beim Einsatz von Vakuum-Boostern. Da sich alle Vakuumpumpen außerhalb des Verpackungsraumes befinden, wird der Kühlaufwand für die Raumklimatisierung reduziert. Damit wird die Gesamtenergiebilanz zu Gunsten einer Zentralanlage nochmals deutlich verbessert.



Fig. 3: Vollzentralisierung der Vakuumversorgung

•  Hygiene
Mit dem Wegfall aller Vakuumerzeuger im Produktions-, bzw. Verpackungsraum ist die Gefahr der Lebensmittelkontaminierung durch Öl-Aerosole nicht mehr vorhanden. Außerdem muss kein Personal zu Wartungs- oder Reparaturarbeiten den hygienisch sensiblen Verpackungsbereich betreten. Deshalb sind im Umfeld der Verpackungslinien Reinraumbedingungen möglich.

•  Arbeitsweise
Dafür benötigt man einen Grobvakuumpumpstand für die Erstevakuierung und einen Feinvakuumpumpstand für die Evakuierung auf Verpackungsdruck. Die Umsteuerventile mit der dazugehörenden Umsteuerelektronik werden an den Verpackungsmaschinen angebracht. Sie steuern den Übergang von Grob- auf Feinvakuum.

Dafür benötigt man einen Grobvakuumpumpstand für die Erstevakuierung und einen Feinvakuumpumpstand für die Evakuierung auf Verpackungsdruck. Die Umsteuerventile mit der dazugehörenden Umsteuerelektronik werden an den Verpackungsmaschinen angebracht. Sie steuern den Übergang von Grob- auf Feinvakuum.

Bei Tiefzieh-Verpackungsmaschinen wird die Formstation von einem separaten Tiefzieh-Vakuumpumpstand versorgt. Es sorgt dafür, dass die zuvor erwärmte Unterfolie in die Schalenform gesaugt wird und dort die gewünschte Form annimmt.

Diese Trennung in unterschiedliche Vakuumstationen ist nötig, zum einen, weil Form- und Siegelfunktion bei unterschiedlichen Vakua ablaufen und, zum anderen, weil ein deutlich geringeres Pumpensaugvermögen bei der Zwei-Stufen-Evakuierung der Siegelkammer erforderlich ist. Das Rohrleitungssystem dient als Vakuumpuffer. Dieser Puffer ist nötig, um den Verpackungsdruck konstant zu halten und zwar auch dann, wenn alle Verpackungsmaschinen taktgleich fahren.

Die Vakuumzentralanlage arbeitet vollautomatisch, d.h. sie schaltet bei hohem Vakuumbedarf einzelne Vakuummodule zu, bzw. bei Minderbedarf werden einzelne Vakuummodule ausgeschaltet. Sollte eine Vakuumpumpe im Grob-, Fein- oder Tiefziehpumpstand ausfallen, wird der Reservepumpstand automatisch in Betrieb gesetzt. Somit besteht für die Vakuumversorgung der Verpackungsmaschinen ein Höchstmaß an Betriebssicherheit.

•  Wartung
Eine zentrale Vakuumversorgungsanlage ist modular aufgebaut, so dass einzelne Module zur Wartung ausgeklinkt werden können. Eine Reserveeinheit schaltet dann automatisch zu. Dadurch können Wartungsarbeiten bei laufendem Betrieb, ohne Auswirkungen auf die Produktionsleistung der Verpackungsmaschinen, durchgeführt werden. Die Belastung der einzelnen Drehschieber-Vakuumpumpen ist bei der Zentralanlage gegenüber Einzelaggregaten deutlich reduziert, was die Wartungsintervalle vergrößert. Positiv für die Wartung ist auch der Aufstellungsort der Zentralanlage außerhalb der Produktion. So kommt es durch Wartungsarbeiten nicht zu Störungen des betrieblichen Ablaufes oder zu Hygieneeinschränkungen.

•  Integration ins Prozessleitsystem
Zentrale Vakuumversorgungsanlagen lassen sich hervorragend in das betriebliche Prozessleitsystem integrieren. Das heißt, die Vakuumanlage kann vom PC aus gesteuert und überwacht werden. Eventuell auftretende Indikatoren für sich anbahnende Störungen lassen sich leicht erkennen und beheben, bevor es zu Ausfällen kommt. Notwendige technische Parameter sind permanent abrufbar und die Drücke in den Vakuumsträngen werden als Graphen aufgezeichnet. Somit lassen sich alle prozessrelevanten Daten auswerten und archivieren. Sie liefern wertvolle Informationen an die Qualitätssicherungs- und Instandhaltungsabteilungen.



Fig. 4: Vakuumzentralanlage für 30 Verpackungslinien mit Tiefziehverpackungsautomaten

Zusammenfassung
Ab dem Einsatz von zwei und mehr Vakuumverpackungsmaschinen sollte der Betreiber oder verantwortliche Betriebsleiter die Vakuumerzeugung überdenken. Dabei sollte nicht vergessen werden, dass in der Produktion, zum Beispiel bei Wurstfüllern oder Tumblern, auch Vakuum benötigt wird, das ebenfalls von einer zentralen Vakuumversorgung geliefert werden kann. Unterschiedliche Vakua und Saugleistungen an den verschiedenen Vakuumanwendungen machen es notwendig, dass ein Vakuum-Spezialist eine genaue Analyse der Ist-Situation durchführt und danach individuelle Lösungen anbietet. Die Firma Dr.-Ing. K. Busch GmbH hilft seit Jahrzehnten weltweit ihren Kunden bei der Konzeption und Realisierung von zentralen Vakuumversorgungen. Als weltgrößter Hersteller von Vakuumpumpen für die Verpackung beraten die Fachleute von Busch kompetent und kalkulieren exakt, welche Vakuumlösung wirtschaftlich und technisch für jeden Individualfall am besten geeignet ist.


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