Energieeffiziente Vakuumversorgung für fleischverarbeitende Betriebe

Ein integriertes Verpackungskonzept, das eine hygienische, sichere, schnelle und effiziente Verpackung der fertigen Produkte gewährleistet, ist ein wichtiger Bestandteil der modernen Fleisch- und Wurstwarenproduktion. Deshalb arbeiten innovative fleischverarbeitende Betriebe kontinuierlich daran, ihre Produktionsprozesse zu optimieren und ihre Verpackungslinien bestmöglich in den Gesamtprozess zu integrieren. Die richtige Auswahl der Vakuumsysteme hat einen wesentlichen Einfluss auf die Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit des Verpackungsprozesses. Je nach Größe der Anlage und den Produktionsmengen gibt es verschiedene Möglichkeiten der Vakuumversorgung. Diese Alternativen werden im Folgenden erläutert, und es werden Denkanstöße gegeben, um eine technologisch wie wirtschaftlich optimale Lösung zu finden.

Die Vakuumverpackung von Fleisch- und Wurstwaren bietet einen grundlegenden Vorteil: Durch das Absaugen der Luft aus der Verpackung wird der Sauerstoffgehalt stark reduziert, die Aktivität der sauerstoffbedürftigen Bakterien verlangsamt und die Haltbarkeit dadurch erheblich verlängert. Darüber hinaus ist die Vakuumverpackung hygienisch und ermöglicht eine ansprechende Präsentation der Produkte. Auf dem Markt ist eine breite Palette von Vakuumverpackungsmaschinen erhältlich, sodass für jeden Verpackungsbedarf eine geeignete Verpackungsmaschine zur Verfügung steht. Unabhängig von ihrem Design oder ihrer Baugröße haben diese Verpackungsmaschinen eines gemeinsam: Bei allen Maschinen muss Vakuum erzeugt werden, um die Anforderungen an die Vakuumverpackung zu erfüllen. Dies kann entweder durch eine integrierte oder eine separate Vakuumpumpe geschehen. Andere Alternativen sind zentrale Vakuumversorgungssysteme, an die mehrere Verpackungsmaschinen angeschlossen sind.

Integrierte Vakuumpumpe

Üblicherweise wird die Vakuumpumpe bei jeder Vakuumverpackungsmaschine – sei es eine Vakuumkammerverpackungsmaschine, ein Traysealer oder eine Tiefziehverpackungsmaschine – integriert oder separat in unmittelbarer Nähe aufgestellt. Dabei werden fast ausschließlich ölgeschmierte Drehschieber-Vakuumpumpen (Abb. 1) eingesetzt. Diese Art von Vakuumpumpe, die in den 1960er-Jahren von Busch Vacuum Solutions speziell für die Verpackungsindustrie entwickelt wurde, ist seit Langem der Standard in der Vakuumverpackung. Ständige Weiterentwicklungen sorgen dafür, dass diese Vakuumpumpen immer auf dem neuesten Stand der Technik sind und weltweit millionenfach eingesetzt werden. Die neueste Generation dieser Vakuumpumpen ist energetisch so optimiert, dass sie Energieeinsparungen von 20 Prozent ermöglicht.

Die Vakuumpumpe, entweder integriert oder separat bei der Verpackungsmaschine aufgestellt, ist die einfachste und gängigste Art zur Erzeugung von Vakuum für das Verpacken. Kurze Leitungen zwischen der Vakuumkammer, der Versiegelungsstation und der Vakuumpumpe sorgen dafür, dass die Luft schnell aus der Verpackung entfernt wird. Größere Tiefziehverpackungsmaschinen mit hohem Verpackungsvolumen können auch mit einem Vakuum-Booster ausgestattet werden. Höhere Drehzahlen können durch die Kombination von Drehschieber-Vakuumpumpen mit Vakuum-Boostern erreicht werden, wodurch sich die Evakuierungszeit reduziert. In der Praxis führt dies zu kürzeren Zykluszeiten und damit zu einer größeren Menge an verpackten Produkten pro Zeiteinheit. Werden mehrere Tiefziehmaschinen betrieben, sollte zumindest eine Teilzentralisierung der Vakuumversorgung in Betracht gezogen werden.

Teilzentralisierung

Bei der Teilzentralisierung (Abb. 2) werden die Drehschieber-Vakuumpumpen aus dem eigentlichen Verpackungsraum herausgenommen und in eine zentrale Vorvakuumanlage für alle Verpackungsmaschinen in einem separaten Raum integriert. Direkt in die Verpackungsmaschinen werden trockene, ölfreie Vakuum-Booster eingebaut und durch ein Rohrsystem mit der zentralen Vorvakuumerzeugung verbunden. Ein Teilzentralisierungssystem ist immer dann sinnvoll, wenn zwei bis maximal fünf Tiefziehverpackungsmaschinen in einem Bereich in geringem Abstand voneinander betrieben werden. Bei mehr Verpackungsmaschinen werden die Investitionskosten durch die Vakuum-Booster in den einzelnen Maschinen zu hoch, und es empfiehlt sich die komplette Zentralisierung der Vakuumversorgung.

Zentrale Vakuumversorgung

Die vollständige Zentralisierung der Vakuumversorgung (Abb. 3 und 4) 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 einzelner Vakuumpumpen direkt entlang der Verpackungslinien. Bei einer nachträglichen Umstellung von dezentraler auf zentrale Vakuumversorgung können vorhandene Vakuumpumpen in die neue Zentralanlage integriert werden, wodurch die Investitionskosten gesenkt werden. Die deutlich geringeren Energiekosten beim Einsatz von Vakuum-Boostern sind dabei nicht zu unterschätzen. Da sich alle Vakuumpumpen außerhalb des Verpackungsraums befinden, wird der Kühlaufwand der Klimaanlage reduziert. Damit verbessert sich die Gesamtenergiebilanz nochmals deutlich zugunsten einer Zentralanlage.

Die Abwesenheit jeglicher Vakuumerzeuger im Produktions- und/oder Verpackungsraum schließt wiederum die Gefahr einer Lebensmittelverunreinigung durch Ölaerosole aus. Außerdem müssen die Mitarbeiter den hygienisch sensiblen Verpackungsraum nicht für Wartungs- oder Reparaturarbeiten betreten. So können im Umfeld der Verpackungslinien Reinraumbedingungengeschaffen werden.

Um möglichst hohe Taktzahlen auf den Verpackungslinien fahren zu können, werden die einzelnen Verpackungskammern in zwei Stufen evakuiert. Man nutzt dabei jeweils das kritische Druckgefälle aus und erreicht somit die schnellstmögliche Evakuierung.

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. Dieser sorgt dafür, dass die zuvor erwärmte Unterfolie in die Schalenform gesaugt wird und dort die gewünschte Form annimmt.

Diese Trennung in unterschiedliche Vakuumstationen ist zum Einen nötig, weil Form- und Siegelfunktion bei unterschiedlichen Vakua ablaufen, und zum Anderen, weil ein deutlich geringeres Saugvermögen 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.

Das zentrale Vakuumsystem arbeitet vollautomatisch, das heißt, es 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.

Eine zentrale Vakuumversorgungsanlage ist modular aufgebaut, sodass einzelne Module zur Wartung ausgeklinkt werden können. Eine Reserveeinheit schaltet dann automatisch zu. Dadurch können Wartungsarbeiten auch bei laufendem Betrieb durchgeführt werden, ohne Auswirkungen auf die Produktionsleistung der Verpackungsmaschinen. Die Belastung der einzelnen Drehschieber-Vakuumpumpen ist bei der Zentralanlage gegenüber Einzelaggregaten deutlich reduziert, was die Wartungsintervalle vergrößert. Der Aufstellungsort der Zentralanlage außerhalb des Produktionsbereichs kommt auch der Wartung zugute, da Wartungsarbeiten nicht zu Störungen des betrieblichen Ablaufs oder zu Beeinträchtigungen der Hygiene führen.

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.

Zusammenfassung

Bei Anlagen mit mindestens zwei Vakuumverpackungsmaschinen sollte der Betreiber oder der verantwortliche Betriebsleiter berücksichtigen, wie das Vakuum erzeugt wird. Man sollte nicht vergessen, dass auch die Produktion, z. B. mit Wurstfüllern oder Tumblern, Vakuum benötigt, das ebenfalls von einer zentralen Vakuumversorgung geliefert werden kann. Die unterschiedlichen Vakuumniveaus und Saugvermögen bei den verschiedenen Vakuumanwendungen verlangen von Vakuumspezialisten eine genaue Analyse der vorliegenden Situation, um anschließend maßgeschneiderte Lösungen anbieten zu können. Die Firma Dr.-Ing. K. Busch GmbH hilft seit Jahrzehnten weltweit ihren Kunden bei der Konzeption und Fertigung von zentralen Vakuumversorgungsanlagen. Als weltweit größter Hersteller von Vakuumpumpen für das Verpacken beraten die Spezialisten von Busch kompetent und berechnen genau, welche Vakuumlösung im Einzelfall wirtschaftlich und technisch am sinnvollsten ist.