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7. Schüttgutforum Was Sie über Schüttgüter wissen sollten

Autor / Redakteur: Sabine Mühlenkamp / Dipl.-Medienwirt (FH) Matthias Back

Auch in diesem Jahr bot das Schüttgutforum wieder überraschende Einsichten in die Schüttgutthematik. Noch immer gibt es große Unterschiede zwischen Theorie und Praxis, wie in spannenden Vorträgen aufgezeigt wurde.

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(Bild: PROCESS)

Mit ungewöhnlichen Vergleichen eröffnete Prof. Dipl.-Ing. Rainer Barnekow, FH Ostwestfalen-Lippe, Lemgo, das 7. Schüttgutforum in den historischen Gemäuern der Feste Marienburg. Bilder von Sandstürmen und von Vulkanen beweisen, dass die pneumatische Förderung allgegenwärtig ist. Gleichzeitig ist sie eine sehr alte Technologie, so wurde bereits 1887 Getreide erstmals auf diese Weise gefördert.

Heute ist die pneumatische Förderung in allen Industriezweigen und Branchen zuhause. Trotz der Historie und der nun gesammelten Erfahrungen weiß man zwar mehr über die theoretischen Hintergründe, allerdings gibt es nach wie vor Fragezeichen. „Bereits die Rieselfähigkeit ist eine Sache für sich, aber dazu kommen noch Faktoren wie die Schüttdichte, Partikelgröße, Förderstrecke oder der Feuchtigkeitsgehalt, die bei der pneumatischen Förderung beachtet werden müssen“, zählte Prof. Barnekow nur einige der Einflussfaktoren auf. „Wenn wir über die Auslegung einer pneumatischen Förderung für Schüttguter sprechen, kommen wir also um Versuche im Technikum nicht herum.“

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Die Vorteile des pneumatischen Transportes liegen in der Kontinuität, in einem geringen Wartungsaufwand und in der hohen Anpassungsfähigkeit. Gleichzeitig kann man physikalische und chemische Prozesse durchführen. Nachteil ist ein relativ hoher Energieverbrauch und ein drohender Verschleiß von Wand und Gut. Zudem muss die Förderluft zusätzlich gereinigt werden und es besteht Verstopfungsgefahr. Allerdings gibt es Wege, wie diese Nachteile ausgeglichen werden können, wie in den nächsten Vorträgen gezeigt wurde.

Eine Sache des Charakters

Viele Probleme, die bei der Verwendung von Pulvern in industriellen Prozessen auftreten, lassen sich auf mangelndes Wissen über das Verhalten pulverförmiger Schüttgüter zurückführen. Das Fließverhalten ist vor allem abhängig von pulvereigenen Parametern wie Partikelgröße, Form der Teilchen, Porosität, Dichte, Rauigkeit und Art des Materials. „Allerdings ist es häufig mit der Bestimmung der Partikelgrößenverteilung allein nicht getan“, so Ralf-André Winopal, Winopal Forschungsbedarf. Auch wird häufig nicht genügend berücksichtigt, ob das System statisch (also etwa im Silo oder Big Bag) oder dynamisch (etwa beim Einfüllen) ist.

In Anbetracht der Fülle verschiedener Faktoren ist es zudem schwierig, eine eindeutige Beziehung zwischen bestimmten Parametern und den Problemen, die in der Produktion auftreten, herzustellen. Die Bestimmung der Pulvereigenschaften wie Fließfähigkeit und Kohäsion der Teilchen kann in solchen Fällen umfassende Informationen für die Charakterisierung eines komplexen Granulats liefern. Hierfür gibt es technische Geräte zur Pulvercharakterisierung, wie Winopal erklärte: „Hier sollte der Anwender jedoch einen gewissen Aufwand für die Probenvorbereitung investieren.“ Wichtig für die Messung ist, dass ein hoher Grad an Automatisierung gewährleistet ist. „Nur so können Anwenderfehler vermieden und eine reproduzierbare Messung gewährleistet werden“, so Winopal. Auch ist Flexibilität in Bezug auf die Pulverart ein entscheidender Faktor, daher sollte das Messsystem mit freifließenden und kohäsiven Pulvern zurechtkommen.

Die leichte Reinigung ist nötig, um die Verschleppung von Proben zu verhindern. Schlussendlich ist die richtige Software für die Auswertung entscheidend. Das Granudrum Pulverrheometer wurde speziell zur Bestimmung der dynamischen Fließeigenschaften von Pulvern entwickelt. Über die optische Analyse der Lawinenbildung eines Pulvers in einer rotierenden Trommel erfolgt die Bestimmung des Fließwinkels. Über die Form der abstürzenden Lawine (ob gleichförmig oder unregelmäßig) lässt sich dann das Kohäsionsverhalten des Pulvers bestimmen.

Fördermethode sollte sich am Produkt orientieren

„Mechanik heißt eben auch immer, dass man mechanisch auf die Produkte eingewirkt“, nannte Thomas Ramme, Volkmann, einen großen Nachteil vieler mechanischer Fördersysteme. „Bei empfindlichen Produkten sollte daher eine andere Methode für den Transport gewählt werden. Die Fördermethode muss sich an dem Produkt ausrichten. Kaffeebohnen lassen sich gut über Becherwerke transportieren, TiO2 eben nicht“, so der eindringliche Rat von Ramme.

Für empfindliche Produkte haben sich Vakuumfördersysteme bewährt, da hier der Materialtransport mit Unterdruck im geschlossenen System, ohne aufwändige Mechanik und elektromechanische Bauteile, erfolgt. „Die Vakuumförderung kann etwa bei Glasfasern einer Verdichtung entgegen wirken“, nannte Ramme ein Beispiel Allerdings ist erhöhte Sorgfalt bei der Auslegung geboten. Dabei gilt es zum einen, das Schüttgut an sich in all seinen Varianten zu betrachten, zum anderen auch alle Einflüsse aus der Peripherie, von der Produkt-Aufgabe, entlang des Förderweges, bis hin zum Abgabeort, zu berücksichtigen. Da die meisten Schüttgüter einen brennbaren Staubanteil beinhalten, sind darüber hinaus alle Einflüsse auf ein mögliches Explosionsrisiko und die der Gesetzgebung (ATEX) in Betracht zu ziehen.

Bei richtiger Auslegung ergibt sich gerade für die Vakuumförderung ein äußerst weites Anwendungsfeld. „Häufig werden Vakuumfördersysteme eingesetzt, um unbefriedigend arbeitende Verfahren zu ersetzen oder Prozesse zu verbessern. Ihre Stärken spielt die Technologie aus, wenn es beispielsweise auf Staubfreiheit, schonende Förderung, Ex-Sicherheit, ankommt“, so Ramme.

Klebriges leicht fördern

Wie geht man mit brückenbildenden, feuchten und klebrigen Produkten um, die noch dazu eine niedrige Mindestzündenergie kleiner als 1 mJ aufweisen? Dieser Frage ging Thomas Eules von DEC nach. Eine Möglichkeit besteht in der aktiven Pulverförderung, also eine Förderung entgegen der Schwerkraft. Der Vorteil ist, dass keine mehrstöckigen aufwendigen Gebäude erforderlich sind und dass eine Produktion in „Plug-and-produce"-Plattformtechnologie / Container möglich ist.

Dies ist vor allem für die Pharmaindustrie interessant. Für diese Aufgaben ist die Pfropfen- bzw. Dichtromförderung im Vakuum prinzipiell geeignet. Allerdings gibt es auch hier einige Fragezeichen. „So ist das am häufigsten wiederkehrende Problem das Verstopfen des Filters. Mit der Zeit hat jeder Filter die Tendenz zu verstopfen und muss erneuert werden. Deshalb werden die Filter meist überdimensioniert“, so die Erfahrung von Eules.

Um feuchte und klebrige Produkte zu fördern, ist daher eine kleine Filterfläche nötig, um die Gasgeschwindigkeit im Pulver zu kontrollieren. „Bei den PTS- Systemen wird das Pulver in Pfropfenform mit einer niedrigen Geschwindigkeit kleiner als 2 -3 m/s gefördert. Gleich beim Eindringen in die Kammer wird es vom Fördergas getrennt. Damit wird der Filter vor einem direkten Auftreffen der Partikel geschützt und eine gründliche Trennung garantiert“, erklärte Eules. Der Filter wird gleichzeitig während der Entleerphase mit Druck effizient gereinigt. „Die Pfropfenförderung stellt sich automatisch ein. So gibt es nur eine geringe Entmischung beim Fördern. Dies ist etwa entscheidend, wenn man Produkte aus einem Mischer befördert und keine Entmischung gewünscht wird“, so Eules weiter.

Geld in die Planung statt in den Verschleissschutz investieren

Nicht immer lässt sich Sicherheit mit einer größeren Dimensionierung oder teurem Verschleißschutz erreichen. Das Gegenteil ist der Fall, wie Prof. Dipl.-Ing. Peter Hilgraf, Claudius Peters Projects, Buxtehude, an einem Beispiel zeigte. Die bekannten Sicherheitsaufschläge deutscher Ingenieure führten etwa dazu, dass eine Schnecke nur noch 5 statt der ausgelegten 55 Tonnen pro Stunde transportierte. Diese ständige Unterlast führte zu Zwischenströmungen, die wiederum erhebliche Abrasionen nach sich zog. Aber auch konstruktive Fehler bei den Komponenten führen zu Verschleiß. Dabei ist für Hilgraf die Lage eindeutig: „Verschleiß ist immer auch eine Systemsache. Man kann sich viel Geld sparen, wenn man das System und unter welchen Bedingungen es läuft genau betrachtet“, empfahl Hilfgraf. Häufig lässt sich mit wenig Aufwand die Verschleißsituation entschärfen. Erst wenn diese Maßnahmen nicht greifen, kann man teure Auskleidungen installieren.

Sicher ist sicher

Jens Kampmeyer, Infastaub, stellte Entlüftungsfilter für die pneumatische Silobefüllung vor. Die Befüllung eines Silo kann entweder mechanisch oder pneumatisch (Druck- oder Saugförderung) erfolgen. Mit der dabei verdrängten Luft wird auch Staub mitgeführt, der nicht in die Umgebung gelangen soll und deshalb durch Entlüftungsfilter im Silo zurückgehalten wird. Zur Auslegung eines Filters für die pneumatische Silobefüllung sind viele Faktoren ausschlaggebend. Dazu gehören das Förderverhalten, die Feinheit sowie sonstige Eigenschaften des Schüttgutes.

Daraus folgen die Auswahl des Filtermediums, des Materials und des Abreinigungssystems (Rüttelfilter oder Jet-Filter). „Generell ist bei der Auslegung eines Filters die Größe des Silos unerheblich, wichtiger ist die Größe der Befüllleitung“, weist Kampmeyer hin. Die Förderleitungslänge, -durchmesser und -druck beeinflussen die Endschwallluftmenge am Ende der Tankwagenentleerung und damit die Filterfläche. Und letztendlich muss der Filter perfekt in das Komplettsystem Silo eingebunden werden. Über Silovolumen und Freiraum oberhalb des maximalen Füllstand werden Filtergröße und Anordnung der Filterelemente bestimmt. Davon abgesehen: Die beste Planung nützt nichts, wenn die Instandhaltung vernachlässigt wird.

Ein Filter ist nun einmal ein Verschleißteil. „Ein Inspektionsplan ist unbedingt nötig“, so Kampmeyer. Dazu gehört eine wöchentliche optische Kontrolle ebenso, wie der regelmäßige Austausch des Filters. Abschließend gehört bei explosiblen Schüttgütern die Entwicklung eines sicherheitstechnisches Konzeptes. Hierdurch werden u.a. die ATEX-Zonen innerhalb und ausserhalb des Silofilters definiert und damit der Schutzgrad seiner elektrischen Komponenten sowie die Anforderungen an eine eventuelle Druckstoßfestigkeit.

Silos schützen

In Silos können sich, je nach Lagergut, explosive Atmosphären verschiedener Art auf verschiedene Weisen entwickeln. Wie sich solche Explosionsereignisse verhindern oder durch konstruktive Maßnahmen beherrschbar machen lassen, beschrieb Vincent Großkopf von Thorwesten Vent. „Häufig denkt man an eine Inertisierung, dies ist etwa in Kohlenstaubsilos in einem Stahlwerk möglich, da hier der Stickstoff bereits vorhanden ist“, so Großkopf. Auch in der Pharmaindustrie ist dies denkbar. Aber für den normalen Silobetreiber sind die Kosten hierfür einfach zu hoch. Generell wird sich also nicht vermeiden lassen, dass bei der Lagerung von brennbarem Material mit Staubanteil oder bei Ausgasung in Silos eine explosive Atmosphäre mehr oder weniger häufig auftritt.

In jedem Fall müssen die Silos geschützt werden, etwa durch den konstruktiven Explosionsschutz, z.B. durch Containment, Explosionsdruckentlastung oder Explosionsunterdrückung. Dabei machte Grosskopf auf einen gefährlichen Trend aufmerksam. So scheint es insbesondere bei Silos für Biomasse keine Grenzen bezüglich Größen zu geben. So sind bei alternativen Brennstoffen wie Holzpellets für die Energieerzeugung Silos mit einem Volumen von 100.000 m³ im Gespräch. „Vielleicht sollten die Erbauer erst einmal schauen, wie Explosionsschutz bei Silos mit einem Volumen von 2000 m³ funktioniert, sonst gibt es böse Überraschungen“, so Großkopf.

Beweissicherung bei technischen Schäden

Ist ein Schaden entstanden, stellt sich die Frage, wie man damit umgeht. Frank Flammer von der Maschinenkanzlei erwähnte zahlreiche Fallstricke. Bei rund 75% der Schadensfälle sind die Gründe in der Entwicklungs- und Planungsphase zu finden, treten dann aber erst spät in der Entwicklung oder "plötzlich und unerwartet" bei der Inbetriebnahme oder während des Betriebs auf. „Wenn man genauer hinschaut, ist der Faktor Zeit für viele dieser Schäden verantwortlich“, erklärt Flammer. Häufig gibt es Zusagen aus dem Vertrieb und der Unternehmensleitung, so dass die Planung zu kurz kommt oder aber die falschen Leute eingesetzt werden. Dies kann zur fachlichen Überforderung führen.

Der Faktor Zeit spielt aber auch eine Rolle bei der Beweissicherung eines technischen Schadenfalls. So müssen meist unmittelbar mehrere Fragestellungen, wie zum Beispiel: die Höhe des Sachschadens, ein möglicher Ausfallschaden, gegebenenfalls Betriebsunterbrechung, die Lösung der rein technischen Problematik und deren Lösungsfindung – unter Zeitdruck beantwortet werden. Sofern eine rechtliche Klärung oder gar ein langwieriger Rechtsstreit angestrebt werden, kommt der Beweispflicht eine sehr hohe Bedeutung zu. Wer jedoch ungeübt im Umgang mit Schäden und deren Abwicklung ist, darüber hinaus noch dem üblichen Zeitdruck unterliegt, läuft Gefahr, hier nicht zu korrigierende Fehler zu machen.

Flammer warnte davor, einen Nichtjuristen als Rechtsberatung heran zu ziehen. „Das wird meist teurer“, so seine Erfahrung. Externe Experten sind forensisch erfahren und können die Ereignisse unabhängig erklären. Auch ging Flammer auf die Frage nach der Schadenhöhe ein und hier tritt insbesondere bei älteren Maschinenparks schnell Ernüchterung ein. „Hier wird fast immer der Zeitwert herangezogen; der Neuwert wird so gut wie nie ersetzt“, macht Flammer abschließend deutlich.

Weiter Information zum Schüttgutforum finden Sie auf unserer Webseite zum Event oder unserem Special Schüttguttechnik.

* Die Autorin ist freie Mitarbeiterin bei PROCESS. E-Mail-Kontakt: Sabine.Muehlenkamp@vogel.de.

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