10 Att tänka på för optimal användning av vakuumteknik

Vakuumteknik spelar en enorm roll vid förpackning av livsmedel och andra produkter. Vakuum behövs för allt från vakuumförpackning till slangpåsar, blister och termoformade förpackningar. Utan vakuum skulle det dessutom vara omöjligt att hantera och transportera kartonger eller automatisera pallnings- och orderplockningssystem. Olika fyllningsmaskiner använder också vakuum till att mata produkten eller hantera packningen (pick & place).

I motsats till tryckluftsteknologi anser många användare att vakuumteknik är svårare att förstå. Det är därför som vakuumpumpar ofta används på fel sätt eller överutnyttjas. Detta leder till otillfredställande resultat, många avbrott i processen eller för höga energi- eller driftkostnader. Vi har sammanställt 10 aspekter nedan för att hjälpa dig att använda vakuumteknik så verkningsfullt och effektivt som möjligt så att du kan optimera dina processer och reducera driftkostnaderna.

1. Den fysikaliska principen bakom vakuum

Huvudsyftet med vakuumpumpar och vakuumsystem är att suga ut luft ur ett slutet system för att generera vakuum. Detta innebär att de genererar en trycknivå som är lägre än det atmosfäriska eller omgivande trycket.

Inom förpackningstekniken kan du använda vakuum för sugning, evakuering, formning, fasthållning, flytt, fyllning och transport. Nivån av vakuum som används beror på tillämpningen, men varierar alltid i området mellan 1 och 900 millibar [mbar] (absolut). Om vi utgår från ett atmosfärstryck (lufttryck) på 1 000 mbar skulle denna vakuumnivå vara mellan 10 och 99,9 procent (fig. 1).

Förutom vakuumnivån som uppnås av en vakuumpump (känd som sluttrycket) är kapaciteten hos en vakuumpump en annan viktig variabel. Kapaciteten indikerar hur mycket luft en vakuumpump kan extrahera under en viss tidsperiod. Kapaciteten anges normalt i kubikmeter per timme [m3/h]. Båda dessa tekniska parametrar är relaterade till varandra. Detta förhållade avbildas i den så kallade kapacitetskurvan (fig. 2).

2. Välja den idealiska vakuumgeneratorn

Det finns en mängd olika typer av vakuumteknik. Följande mekaniska vakuumpumpar eller fläktar används huvudsakligen inom förpackningsteknologin (fig. 3):

1. Torrgående lamellvakuumpumpar
Torrgående lamellvakuumpumpar är idealiska för en mängd olika förpackningsprocesser. Dessa pumpar kan uppnå en maximal vakuumnivå på 100 mbar. Kapaciteten ska däremot inte överstiga 40 m3/h eftersom lamellerna i större vakuumpumpar av den här typen utsätts för mer slitage och därmed kräver större underhållsinsatser med de kostnader detta medför.

2. Oljesmorda lamellvakuumpumpar
Oljesmorda lamellvakuumpumpar uppnår en vakuumnivå på 0,1 mbar. Dessa är standard inom vakuumförpackning, men kan också användas inom många andra industritillämpningar. Lamellvakuumpumpar klarar kapaciteter från 3 till 1 600 m3/h. Driftsvätskan olja transporteras i en intern krets.

3. Torrgående klovakuumpumpar
Torrgående klovakuumpumpar kräver ingen olja eller andra driftsvätskor i kompressionskammaren. De verkar enligt den beröringsfria driftsprincipen och är därför närmast underhållsfria. De uppnår sluttryck på upp till 40 mbar och kan regleras från 20 till 80 Hertz rotationshastighet, vilket gör dem lämpliga för processer där varierande prestandakrav ska uppfyllas på en behovsdriven bas. Vanliga kapaciteter är mellan 40 och 1 000 m3/h.

4. Torrgående skruvvakuumpumpar
Torrgående skruvvakuumpumpar kräver heller inga driftsvätskor för att komprimera den extraherade luften. De uppnår en vakuumnivå på 0,1 mbar och lägre. Eftersom flertalet tilllämpningar arbetar vid betydligt högre tryck används skruvvakumpumpar i allmänhet endast i större vakuumförpackningsmaskiner som ett alternativ till lamellvakuumpump med en extra vakuumbooster.

5. Sidkanalfläktar
En av de utmärkande egenskaperna hos sidkanalfläktar är deras höga kapacitet. Eftersom de endast uppnår låga differentialtryck kan de endast uppnå en maximal vakuumnivå på 500 mbar. Detta gör dem perfekt lämpade för tillämpningar som kräver hög kapacitet i kombination med låg vakuumnivå. Sidkanalfläktar är visserligen underhållsfria, men de är samtidigt mindre energieffektiva om de används nära sina prestandagränser.

3. Dimensionering av vakuumförsörjningen

Det är viktigt för användarna att förstå just sin process exakt och att veta vilken vakuumnivå och kapacitet som krävs. Osäkerhet leder inte sällan till att valet faller på en vakuumpump med för stora mått, vilket ger onödigt höga energi- och driftskostnader. I scenarier med ändrade processparametrar rekommenderar vi vakuumpumpar som kan styras på en behovsbaserad bas och som antingen håller en konstant vakuumnivå eller ger garanterat konstant kapacitet. Vi rekommenderar att du alltid rådfrågar en vakuumspecialist. Busch Vacuum Solutions erbjuder speciella vakuumgenomgångar som undersöker aktuella processer och fokuserar på områden som kan förbättras.

4. Välja mellan en central eller lokal vakuumförsörjning

Beslutet mellan en central vakuumförsörjning för en hel anläggning eller flera vakuumförbrukare, och en decentraliserad vakuumförsörjning där varje enskild maskin har sin egen vakuumpump, kan ha en avgörande betydelse för dina inköps- och driftskostnader. Det är därför viktigt att du överväger alla alternativ noggrant. Enskilda vakuumpumpar som installeras inuti en maskin eller i dess omedelbara närhet är billigare än en central vakuumförsörjning, inte minst eftersom du slipper tänka på kostnader för inköp och installation av ett rörledningssystem. Däremot är det viktigt att komma ihåg att en central vakuumförsörjning använder betydligt färre vakuumpumpar än en decentraliserad lösning. Driftskostnaderna reduceras eftersom underhålls- och energikostnaderna blir lägre. Dessutom kan en central vakuumförsörjning installeras utanför förpacknings- och produktionsutrymmen. Detta innebär att inget buller och ingen värme förekommer vid arbetsstationerna. En central vakuumförsörjning med styrenhet gör det också lättare att uppfylla prestandakrav på en behovsdriven bas och kan användas över ett bredare prestandaspektrum. Du bör även anlita en vakuumexpert då du ska ta ställning för eller mot en central vakuumförsörjning. Busch Vacuum Solutions har lång erfarenhet av att konstruera och bygga centrala vakuumsystem och kan erbjuda skräddarsydda lösningar åt sina kunder.

5. Högre effektivitet med vakuumkärl eller -buffertar

Vakuumkärl på enskilda vakuumpumpar och även på större vakuumförsörjningssystem kan spara enorma mängder energi. De installeras mellan vakuumpumpen eller vakuumsystemet och dess förbrukare. Men en enkel kontrollmekanism kan vakuum i kärlet hållas på en viss nivå. När denna nivå har nåtts stängs vakuumpumpen av automatiskt eller kopplar över till viloläge. Om trycket i kärlet stiger över ett definierat värde startar vakuumpumpen igen. Utan detta förmonterade vakuumkärl skulle vakuumpumpen köra på full effekt hela tiden och därmed förbruka mer energi. Användning av en vakuumpump med variabelt varvtal kan ge ännu större energibesparingar. Busch Vacuum Solutions erbjuder kompletta enheter med reglerade vakuumpumpar och vakuumkärl som standard och bygger individuella vakuumsystem med förmonterade kärl.

6. Samarbete med vakuumexperter

Varje form av vakuumteknik och varje vakuumsystemkonfiguration har sina fördelar och nackdelar. Valet av den bästa vakuumlösningen förutsätter ingående kännedom om vakuumteknik samt en insikt i användarens processer. Av denna anledning rekommenderar vi alltid samarbete med en vakuumspecialist. Busch Vacuum Solutions har ett globalt nätverk av vakuumspecialister som fokuserar på vissa tillämpningar och marknader. Tack vare företagets breda och omfattande portfölj av vakuumtekniker kan dessa specialister erbjuda den perfekta lösningen för varje enskild tillämpning.

7. Tänka på energikostnaderna

Energikostnaderna för en vakuumgenerator går inte att beräkna utifrån det nominella motorvärdet eftersom detta endast ger en begränsad återgivning av den effekt som faktiskt förbrukas. Information om det nominella motorvärdet och den extra specifikationen för en servicefaktor komplicerar det hela. Även om detta format ät tillåtet enligt US NEMA-standarden tyder den faktiskt på en lägre energiförbrukning är den skulle innebära i praktiken. Därtill förbrukar olika typer av vakuumteknik olika mängder elektricitet i olika tryckintervall. Vid en vakuumnivå på 0,1 till 10 millibar behöver en lamellvakuumpump endast 40 till 60 procent av det specificerade nominella värdet. Energiförbrukning kan endast jämföras direkt om axeleffekten över hela tryckprofilen samt tryckförhållandena under förpackningsprocessen är kända. Ansedda tillverkare av vakuumpump och -system kan beräkna den förväntade energiförbrukning åt sina kunder.

8. Beräkna totalkostnader

Vid inköp av vakuumteknik ska du inte bara jämföra investerings- och energikostnader för olika vakuumpumpar och olika tillverkare för att göra ett välavvägt beslut. Du ska alltid titta på de förväntade totalkostnaderna under en längre period. Precis som energikostnader kan driftskostnader också variera mycket. Det är viktigt att ta hänsyn till underhållsarbete med resulterande ställtid, kostnader för reservdelar och inköp samt avfallshantering av driftvätskor.

9. Kontroll av tillgång på service och reservdelar

Tillförlitligheten hos ett förpackningssystem har normalt sett direkt med driftsäkerheten hos vakuumpumpen eller vakuumsystemet att göra. Därför är det viktigt att du väljer en pålitlig leverantör som kan erbjuda snabb, tillförlitlig service i era lokaler och som även leverar reservdelar utan dröjsmål. Busch Vacuum Solutions har det största globala servicenätverket och erbjuder en 24-timmars nödservice.

10. En blick in i framtiden: Industry 4.0

Dagens vakuumpumpar möjliggör enkelt underhåll med enkel åtkomst till alla servicerelevanta delar. Busch erbjuder även avtalsbunden service till en fast kostnad och tar ansvar för driftsäkerheten för sina vakuumpumpar och vakuumsystem. På så sätt är operatören skyddad och behöver inte hålla sig med ett eget team av servicetekniker. Busch har nu vakuumpumpar i sin produktportfölj som innehåller intelligenta sensorer för att i realtid informera operatörens servicetekniker om förestående underhållsarbete. Eftermonteringssatser erbjuds som kan användas för att göra befintliga vakuumpumpar redo för Industry 4.0.