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Meilenstein Thermische Verfahrenstechnik

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Alfa Laval

Meilenstein Thermische Verfahrenstechnik

Nachhaltiger mit Innovationen: Exzellenz für thermische Prozesse

| Autor/ Redakteur: Ulla Reutner / Dominik Stephan

Mit Separatoren, Wärmetauschern und Produkten für das Fluid Handling sorgt Alfa Laval für Effizienz in der Produktion, bei der Erwärmung und Kühlung. Die Erfindung einer Milchschleuder war der erste Meilenstein, auf den das Unternehmen einst gründete. Über Jahrzehnte sammelte es Erfahrung im Bereich der Wärmeübertragung. Nach bewegten Zeiten macht rasantes Wachstum heute deutlich: Alfa Laval hat seinen Weg gefunden – durch die Konzentration auf Kernkompetenzen, Kundenbedürfnisse und Nachhaltigkeit.

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Wärmeübertragung ist eines von drei Standbeinen von Alfa Laval. Im 21. Jahrhundert gewinnt der Service-Sektor immer mehr an Bedeutung.
Wärmeübertragung ist eines von drei Standbeinen von Alfa Laval. Im 21. Jahrhundert gewinnt der Service-Sektor immer mehr an Bedeutung.
(Bild: Alfa Laval)

Die Römer waren früh dran in Sachen Wärmeaustausch. Anders als andere Kulturen heizten sie ihre Thermalbäder nicht direkt durch ein Feuer im Raum, sondern über separate Heizkammern, aus denen heiße Luft in Fußboden- und Wandheizungen gelangte. Eine frühe Anwendung eines Wärmetauschers, genau genommen eines Rekuperators. Die Technik geriet jedoch in Vergessenheit. Bis zur ältesten bekannten Warmwasserheizung sollte es bis 1716 dauern. Der Schwede Marten Trifvald entwickelte sie zur Beheizung eines Treibhauses. Das Patent für den ersten Plattenwärmetauscher erhielt schließlich der Deutsche Albrecht Dracke 1878.

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Deutlich früher, etwa um die erste Jahrtausendwende, fand das Prinzip des indirekten Wärmeaustausches in einem Produktionsprozess Verwendung. Es gelang damit, mehr oder weniger reinen Trinkalkohol herzustellen. Dazu wurde das beim Erhitzen alkoholhaltiger Gemische entweichende gasförmige Ethanol mithilfe eines Kühlers wieder verflüssigt. Das Prinzip hat sich bis heute nicht geändert. Zwei unterschiedlich warme Stoffströme fließen durch einen Apparat, getrennt durch eine wärmedurchlässige Wand, mit dem Ziel, thermische Energie vom einen auf den anderen Stoffstrom zu übertragen.

Heizen, Kühlen, Temprieren: Auf die Augabe kommt es an

Das Beheizen von Räumen und das Kühlen eines Stoffstroms sind zwei frühe Gebrauchsmöglichkeiten für Wärmeübertrager. Dazu kamen so viele Anwendungen, dass die Aufzählung unvollständig bleiben muss, selbst wenn man sich auf die indirekte Wärmeübertragung beschränkt. Kühlschränke beinhalten einen solchen, ebenso wie thermische Solaranlagen oder Wärmepumpen. Auch in zahlreichen industriellen Verfahren finden sich Wärmetauscher. Von der Biotechnologie und Getränkeverarbeitung über Öl-, Gas- und Chemieindustrie bis hin zur Papiererzeugung, Wasser-/Abwasserbehandlung und Marine reichen die Applikationen.

Ähnlich vielfältig sind die Bauarten. Platten- und Röhrenwärmeübertrager gehören zu den häufigsten in der Industrie genutzten Prinzipien. Zudem unterscheiden sich Wärmetauscher durch die Art der Führung der Stoffströme (u.a. Gegen-, Gleich-, Kreuz- und Wirbelstrom sowie Kombinationen).

Unterschiedlichste Konstruktionen und Anwenderbranchen, die das Unternehmen Alfa Laval allesamt abdeckt. Nur wenige Mitbewerber können da mithalten. Noch viel kleiner wird die Schnittmenge, wenn man einen Blick auf das weitere Angebot wirft. Neben der Wärmeübertragung gehören die Separation und das Fluid Handling mit Pumpen und Ventilen zum Kerngeschäft. Produkte, die allesamt in denselben Branchen genutzt werden wie die Wärmetauscher. Und die auf dieselben Ziele einzahlen: Stoffbehandlung und -umwandlung auf möglichst effiziente Weise zu unterstützen und damit die Alltagsbedingungen von Menschen zu verbessern.

Das heutige Angebot Alfa Lavals fußt auf jahrhundertelanger Erfahrung – und der initialen Idee des schwedischen Ingenieurs Carl Gustaf Patrik de Laval, der 1878 die Milchschleuder des Deutschen Wilhelm Lefeldt weiterentwickelte. De Laval steuerte den Antrieb bei – eine Gleichdruck-Dampfturbine. Die von de Laval verbesserte Zentrifuge zur Abscheidung des Rahms von Milch war der Namensgeber für die Firma, die er 1883 zusammen mit Oscar Lamm gründete: AB Separator. Im selben Jahr entstand die De Laval Cream Separator Co. in den USA. Die Milchwirtschaft bediente AB Separator ab 1888 auch mit Pumpen.

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Ein weiterer Meilenstein, ein Jahr darauf, war der Kauf eines Patents des Deutschen Clemens von Bechtolsheim. Der hatte die Milchzentrifuge durch verfeinerte Tellereinsätze in der Scheidetrommel optimiert. Der so genannte Alfaseparator stieß jedoch in Deutschland auf geringes Interesse. Anders in Schweden: Die Zentrifugen von AB Separator wurden durch die Alfa-Disk um ein Vielfaches effizienter.

Bei der Milchverarbeitung spielt auch Wärme eine Rolle, seitdem Franz von Soxhlet entdeckt hatte, dass man Milch durch Pasteurisierung länger haltbar machen kann. Wie diese Erkenntnis nach Schweden gelangte, ist nicht überliefert. Jedenfalls, so die Firmenchronik, verkaufte AB Separator 1889 bereits den ersten kontinuierlichen Milch-Pasteur. Offensichtlich hatten de Laval und sein Partner ein Händchen für zukunftsfähige Innovationen in der Wärmeübertragung, auch wenn ihre Bedeutung im künftigen Portfolio des Unternehmens noch nicht absehbar war.

92 Patente für den „Man of High Speed“

Zunächst wurde das erste Standbein des jungen Unternehmens ausgebaut: die Separation. Der kleine, günstige Colibri-Separator kam 1894 auf den Markt, gefolgt von einem Hefeseparator 1898. Noch immer fühlte sich Gustaf de Laval seinen Kunden in der Milchverarbeitung verpflichtet. 1910 begann er, eine Melkmaschine zu entwickeln. Drei Jahre darauf starb der „Man of High Speed“, so seine Grabinschrift, im Alter von 67 Jahren. Ein kurzes, aber intensives Leben, in dem er 92 schwedische Patente erlangte. Das von ihm gegründete Unternehmen AB Separator entwickelte sich weiterhin dynamisch. Bis 1917 verkaufte es eine Million Separatoren.

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Noch unter die Ägide des Gründers fiel eine wichtige Akquisition. 1907 übernahm AB Separator die Mehrheit der „Bergedorfer Eisenwerk AG Astra-Werke“. Aus ihr sollte, nach zahlreichen Umwegen über Mehrheitseigner wie ABB, Sabroe Refrigeration, York und Johnson Controls, die heutige deutsche Vertriebsgesellschaft von Alfa Laval in Glinde werden. Bis 1859 reichen die Wurzeln des Unternehmens nahe Hamburg zurück. Schon kurz nach de Lavals Erfindung des Milchseparators hatte sich die AG die Rechte für den Alleinvertrieb in Deutschland etc. gesichert. 1904 führten Vertragsstreitigkeiten mit AB Separator dazu, dass Milchseparatoren unter der Marke Astra von B. E. vertrieben wurden. Dies trug zu Liquiditätsproblemen bei, die AB Separator durch die Beteiligung mit 1,75 Mio. Mark beendete. Die Fabrik wuchs in der Folge stetig. Astra-Kälteanlagen wurden zum Renner. 1932 baute das Unternehmen erste Plattenerhitzer mit metallischer Dichtung.

Mit ersten Wärmetauschern auf neue Märkte

Um diese Zeit trat auch AB Separator in das Geschäft der Wärmeübertragung ein. Mit ihren ersten Plattenwärmeübertragern spielte sie in den 1930ern mit auf dem Markt des Kühlens und Erhitzens sowie der Wärmerückgewinnung. Industriell einsetzbare Ausführungen kamen in den 1950ern auf den Markt. Alleine 1951 konnte das schwedische Unternehmen 182 Einheiten verkaufen.

Während der Geschäftsbereich der Separatoren 1951 mit der ersten selbstreinigenden Zentrifuge und 1958 mit dem ersten automatischen CIP (Cleaning in Place)­-System auf dem Markt Spuren hinterließ, machte der Wärmeübertrager-Sektor von AB Separator 1962 wieder von sich reden: Dank der Übernahme mehrerer Patente von AB Rosenblad (heute RDG: Rosenblad Design Group) konnten Spiralwärmetauscher entwickelt werden, die sich einfach produzieren ließen, dabei aber robuster und unempfindlicher gegen Verschmut­zung als übliche Plattenwärmetauscher waren.

Höchste Zeit für eine Namensänderung: 1963 wird aus AB Separator Alfa Laval, was zum einen dem Firmengründer ein Denkmal setzt, zum anderen die für den Erfolg der ersten Jahre verantwortlichen Alfa-Disks würdigt. Die Umfirmierung machte deutlich: Separator ist zu kurz gegriffen, wenn man die aktuellen Aktivitäten umreißen wollte. Zumal 1971 mit einer Mehrheitsbeteiligung an der dänischen LKM der Bereich Fluid Handling hinzukam. Auch das Geschäft mit Wärmeübertragern wuchs zusehends. 1976 entspricht das Unternehmen dem mit einer großen Investitionsoffensive. In Lund entsteht ein großes Produktionszen- trum für Plattenwärmetauscher.

In der Wärmeübertrager-Technologie erweisen sich mehr und mehr Plattenwärmetauscher den älteren Rohrbündel-Varianten überlegen. Dank neuer Materialien, Konstruktionen und Produktionsmethoden arbeiten sie effizienter und können daher kompakter gebaut werden. In den 1970ern kommt es zu einer wahren Größenrevolution. Kupfergelötete Wärmeübertrager revolutionieren das Design der Module für die Fernwärmeversorgung. Als weiterer technischer Meilenstein gilt eine vollständig neue Konstruktion von Clip-on-Dichtungen, die Alfa Laval 1978 vorstellte. Sie ermöglicht es den Kunden, Plattendichtungen selbst auszutauschen.

Die Neunziger und das Zwischenspiel mit Tetra Pak

In den 1980ern gelang dem Unternehmen ein weiterer technischer Clou. Der vollverschweißte Plattenwärmetauscher Compabloc wurde entwickelt. Da er ohne Dichtungen zwischen den Platten auskommt, eignet er sich für die Temperierung korrosiver Medien bei hohen Drücken und Temperaturen. Dank eines drei- bis fünffach höheren thermischen Wirkungsgrads als Rohrbündellösungen wurde er bald die Nummer 1 auf dem Markt, wenn es um schwierige Medien geht. Inzwischen gibt es sieben Modelle, allesamt besonders langlebig und einfach zu warten.

1991 prägte die Übernahme durch Tetra Pak, damals bereits Marktführer für die Getränke- und Molkereiverpackung, die Unternehmensgeschichte. Die 1993 gegründete Unternehmensgruppe Tetra Laval umfasste vier unabhängig agierende Industriegruppen: Tetra Pak, Tetra Laval Food mit den Liquid-Food-Aktivitäten von Alfa Laval, Alfa Laval Agri mit dem Landmaschinengeschäft und Alfa Laval mit den restlichen Aktivitäten. Im Jahr 2000 ist der gemeinsame Weg mit Tetra Pak für Alfa Laval zu Ende, zumindest als wirtschaftliche Einheit. Der Investor Industri Kapital kauft die Alfa Laval Group mit ihren Kerntechnologien Wärmeübertragung, Separation und Fluid Handling. Nach einer Restrukturierung kehrt die Firma 2002 an die Stockholmer Börse zurück.

Wärmetauscher für die Prozessindustrie

Mit neuer Kraft ging man in das neue Jahrtausend. Eines der technologischen Highlights dieser Zeit war das AlfaFusion-Bondingverfahren, das Alfa Laval nach jahrelanger Forschung auf dem Gebiet der Material- und Löttechnik entwickelte und patentierte. Dabei werden gewellte Edelstahlplatten unter Verwendung eines Füllermaterials in einem Hochtemperaturofen miteinander verbunden. Die Technik ermöglichte 2003 die Herstellung des weltweit ersten und bis heute einzigartigen Plattenwärmeübertragers, der zu 100 % aus Edelstahl besteht.

Der AlfaNova gilt als erste Wahl für anspruchsvolle Anwendungen in der Prozessindustrie, da er bei aggressiven Medien und Temperaturen zwischen -196 °C und 550 °C eingesetzt werden kann. Seine einzigartige Geometrie bewirkt eine optimale Wärmeübertragung und eine Temperaturannäherung bis zu ein bis zwei Kelvin. Seine Eigenschaften sind vergleichbar mit denen vollverschweißter Plattenwärmeübertrager. Wesentlich kompakter als ein Rohrbündel-Wärmeübertrager entsprechender Leistung und zudem vor Ort zu reinigen, hat sich AlfaNova inzwischen in unterschiedlichsten Baugrößen eine Vielzahl von Anwendungen erschlossen.

Ein Meilenstein unter den Akquisitionen dieser Zeit war 2005 die Übernahme des französischen Unternehmens Packinox, eines der Weltmarktführer für verschweißte Plattenwärmetauscher für die Öl- und Gasindustrie und Raffinerien. 2007 folgt die Akquisition der niederländischen Firmen Helpman und Finnish Fincoil, beides Hersteller von Luft-Wärmeaustauschern, die für die Kühlung in der Logistik-Kette sowie in indus­triellen Anwendungen eingesetzt werden.

Innovationsflut fürs Plattendesign

Immer neue Innovationen im Wärmeübertrager-Sektor vervollständigen seitdem Alfa Lavals Portfolio, das mit gedichteten, gelöteten, verschweißten und vollverschweißten Plattenwärmetauschern sowie den wenig verschmutzungsanfälligen Spiralwärmetauschern kaum einen Wunsch der Industriekunden offenlässt. Selbst für viskose und andere anspruchsvolle Produkte bietet das Unternehmen eine Lösung in Form von Wärmetauschern mit geschabter Oberfläche. Für Lebensmittel, Pharmazeutika und Kosmetika sind diese häufig erste Wahl, da die patentierte rotierende Schabetechnologie laufend Ablagerungen entfernt.

Bei den Plattenwärmetauschern gelang u.a. mit dem FlexFlow-Plattendesign ein großer Effizienzsprung. Mit asymmetrischen Kanälen eliminiert es den Kompromiss zwischen thermischer Effizienz und Druckverlust, was insbesondere bei Applikationen mit unterschiedlichen hydraulischen Belastungen auf den beiden Seiten des Wärmetauschers zum Tragen kommt. Verbesserter Durchfluss der Medien durch die Platten und eine erhöhte Wärmeübertragungsfläche führen dazu, dass dieselbe Leistung mit weniger Platten, also mit einer kompakteren Einheit erreicht wird.

Die nächste Generation der Temperier-Apparate

Auf dieser Basis setzt die aktuelle, laufend um neue Modelle erweiterte Generation der industriellen gedichteten Plattenwärmetauscher von Alfa Laval neue Standards. Durch die Vielfalt an Größen, Plattenkonfigurationen und Dichtungsmaterialien lassen sie sich an unterschiedlichste Anforderungen anpassen. Technische Details wie eine spezielle Verteilfläche sowie der nicht kreisförmige Ein- und Auslass optimieren Mediendurchfluss und thermische Effizienz.

So erreichen die Modelle einen 30 % höheren Wirkungsgrad gegenüber vergleichbaren Ausführungen. Die Verteilerflächen sind nach dem CurveFlow-Prinzip so ausgelegt, dass das Risiko von Ablagerungen minimiert wird. Die ClipGrip-Dichtung und viele weitere Besonderheiten der Konstruktion erhöhen die Servicefreundlichkeit. Zudem ist die Stellfläche gering – günstig für enge Platzverhältnisse.

Auch bei den halbverschweißten Wärmetauschern gelangen in jüngster Zeit noch deutliche Verbesserungen. Sie werden für Heiz- und Kühlaufgaben eingesetzt, die höheren Druck erfordern. Es können korrosive oder andere kritische Medien durch die geschweißte Kassette geführt werden. Vollverschweißte Varianten sind sie in Sachen Ermüdungsbeständigkeit voraus. Sowohl bei industriellen Kühlanlagen als auch bei der industriellen Wärmerückgewinnung macht sich dies durch Langlebigkeit bezahlt.

Thermo-Erfolgsstory auf schwedisch

Nicht nur der Ausbau des Produktprogramms stand seit dem Börsengang im Fokus. Auch die Bedeutung des Services stieg zusehends. 2011 wurde das 100. Service-Center eingeweiht. Mehr als ein Viertel des Gruppenumsatzes entfiel zu dieser Zeit bereits auf den Service. Immer mehr Kunden konzentrierten sich auf ihr Kerngeschäft und überließen Optimierungsmaßnahmen gern den Experten. Schließlich entstand 2017 die Division Global Sales & Service, die seitdem gleichberechtigt und eng verzahnt mit den Business Divisionen Food & Water, Energy und Marine agiert (lesen Sie dazu auch das Interview ab Seite 20). Tom Erixon, seit 2016 CEO der Alfa Laval Group, hatte die Neuorganisation initiiert, zusammen mit einer neuen strategischen Ausrichtung. Im Mittelpunkt sollte künftig organisches Wachstum stehen.

Mit nachhaltiger Wirkung, denn seitdem wächst das Unternehmen rasant: Der Auftragseingang stieg von rund 32 Mrd. SEK (3 Mrd. Euro) im Jahr 2016 auf rund 45 Mrd. SEK (4,2 Mrd. Euro) 2018. Regional brachte insbesondere der asiatische Markt Wachstum. Für starke Nachfrage nach Technik von Alfa Laval sorgten zudem neue internationale Regelungen für den maritimen Umweltschutz zusammen mit der wachsenden Bedeutung von Wärmerückgewinnung. „Die Wärmetauscher, die wir zur energe­tischen Verwertung installiert ­haben, ermöglichten eine Energieeinsparung, die der jährlich installierten Windenergieleistung entspricht“, so Erixon in seinen „President’s comments“ im aktuellen Jahresbericht von Alfa Laval.

Auch bei Modernisierungen und Revamps auf der Erfolgsspur

Die Neuentwicklungen des Sektors Wärmeübertrager werden im neuen Jahrtausend – insbesondere in Europa – vor allem dadurch geprägt, dass Modernisierungen das Geschäft bestimmen. Kapazitätserweiterungen von Brownfield-Anlagen sind an der Tagesordnung. Entsprechend müssen die Apparate immer kompakter werden, also letztlich effizienter. Dies realisieren die Entwickler mit ausgefeilten Plattengeometrien, die turbulente Strömungen sogar im Teillastbereich sicherstellen.

Nicht nur Erweiterungen bestimmen das Geschäft. Anwender hinterfragen mehr und mehr die Effizienz des Gesamtprozesses und streben Energieeinsparungen an. Ein Trend, der sich durch Klimawandel und Klimaschutzgesetze derzeit nochmals deutlich verstärkt. Gerade die Service-Division bei Alfa Laval trägt mit regelmäßigen Audits und Beratungsleistungen dazu bei, Energie besser zu nutzen oder zurückzugewinnen. Zudem zeigt sie auf, wie sich durch optimierte Reinigungs- und Wartungszyklen die Anlagenverfügbarkeit steigern lässt.

Nachhaltige Lösungen im Zeichen des Klimawandels

Was wird das Geschäft mit Wärmeübertragern in den nächsten Jahrzehnten prägen? Wenn die Energiewende gelingen soll, wird die Möglichkeit, Wärmeenergie zu speichern, eine große Rolle spielen. „Wir fühlen uns dem verpflichtet“, betont der CEO. Mit der Beteiligung an einem US-Start-up für Energiespeicherung beginne man, an einem Netzwerk zu arbeiten, das der Aufgabe gewachsen sei, erneuerbare Energien in Zukunft wettbewerbsfähig zu machen. Viele weitere Beiträge zur Nachhaltigkeit, auch in der eigenen Produktion, leistet Alfa Laval bereits. So stellt sich Alfa Laval für die Zukunft auf, als ein Unternehmen, das die wohl größte Herausforderung für die Menschheit, dem Klimawandel entgegenzuwirken, sowohl als Chance als auch als Verpflichtung sieht.

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