Womit auch bereits deutlich wird, dass die für Schüttgüter konzipierten Ventile und Armaturen häufig zum Einsatz kommen – und sich vor entsprechenden, vielleicht oftmals mehr im Blickpunkt stehenden Anlagenteilen in der Öl- und Gasbranche sowie der Energieindustrie nicht verstecken müssen. In ganz zentralen Branchen wie beispielsweise in der Baustoffindustrie, Lebensmittelindustrie, Chemie und der Umwelttechnik leisten sie wertvolle Dienste – im Namen der Konjunktur.
Aufwändige Handhabung
Die Handhabung von Schüttgütern ist aufwändig – die Stoffe werden abgesperrt, dosiert, gefördert, aber eben auch aufgelockert. Doch es lauern Gefahren auf die Spezialisten. „Zunehmend bereiten Staubbelastungen in offenen Förderstrecken und ungeschützten Verarbeitungsprozessen Sorgen“, erklärt Andreas Kühn, Key-Account Manager bei Ebro. Daher bestehe ein starker Trend zu geschlossenen, nicht anfälligen Systemen. Hier kämen zunehmend leistungsstarke Absaug- und Filteranlagen zum Einsatz, deren Rohrleitungen wiederum abgesperrt werden müssten.
Ein weiterer Trend verlangt nach „Intelligenten“ Lösungen, also Smart Valves, die bestimmte „look-ahead“-Funktionen abdecken und detaillierte Daten an übergeordnete Steuerungen übermitteln können.
Brückenbildung als Risiko
Anlagenstillstände bergen gerade bei Schüttgütern Risiken. „Wird eine Armatur selten betätigt und sperrt das Austragsvolumen eines Mediums mit schwierigen Fließeigenschaften ab, kommt es oft zur Brückenbildung“, betont Andreas Kühn von Ebro. Eine Brückenbildung beginnt zunächst zwischen Klappenscheibe und Manschette. Oft schreitet sie aber so weit voran, dass der Materialfluss bis in das Silo hinein blockiert wird. Die Klappenscheibe und Manschette sind dann beim Öffnen unverhältnismäßig hohen Reibungskräften ausgesetzt. Aufwändige Gegenmaßnahmen lassen sich in manchen Fällen im Vorfeld durch den Einsatz einer geeigneten Armatur vermeiden: „Die Klappenscheibe wird mit einem an der unteren Welle angebrachten Vibrator in eine leichte lineare Schwingung versetzt. Die Frequenz wird über den Luftdruck geregelt. Die eingeleiteten Vibrationen halten das Medium in Bewegung und reduzieren die Brückenbildung wirksam“, erläutert Kühn. Ein Medium, das sich bereits komprimiert habe oder möglicherweise an der Scheibe hafte, werde aufgelockert und abgelöst. „Mit einem montierten Stellungsregler lassen sich verschiedene Grob-/Feinstrom-Positionen anfahren, so dass das Medium auch bei geringen Öffnungswinkeln noch sehr feinfühlig ausgetragen werden kann.“ Bei diesem Vorgang wirke die Manschette der Armatur dämpfend für das Armaturengehäuse. Eine etwa von Ebro konzipierte Klappe ist in Zwischenflanschbauweise in den Nennweiten DN 150 bis DN 400 (bis DN 300 auch mit Edelstahlgehäuse) und für Temperaturen von -10°C bis +200°C entwickelt worden – abhängig von Medium, Druck und Werkstoff.
Ungehinderter Austrag
Auf diese Weise könnten Vibrations-Dosierklappen die benötigte Leistung umsetzen: Zunächst ermöglichen sie in der Offen-Stellung den nahezu ungehinderten Austrag des Produkts (Vollstrom). „Wird nun zur Realisierung des angestrebten Austragsgewichts zum Beispiel von der Waage ein Feinstrom, also die definierte Reduktion des Volumenstroms gefordert, schließt die Armatur bis zu einem Öffnungswinkel von lediglich 20°.“ Normalerweise komme es hier schon bei normal fließenden Pulvern zur Brückenbildung, die sich dann oft bis in höhere Silobereiche aufbaue. „Ein gleichmäßiger, verlässlicher, und vor allem reproduzierbarer Austrag ist nicht mehr möglich. Nur mit entsprechender Fluidisierung oder von außen eingeleiteter Vibration kann der Produktstrom in Gang gehalten werden“, unterstreicht Kühn.
Entscheidend ist es, dass die Armaturen der Brücke jedoch gezielt eines ihrer Widerlager entziehen: Die Klappenscheibe vibriert horizontal mit einstellbarer Frequenz und Amplitude. Dabei kann völlig frei festgelegt werden, in welchem Öffnungsbereich die Vibration zu- und abgeschaltet werden soll. Kühn: „Die Verdichtung des Mediums wird wirksam unterdrückt, da die Schwingung lediglich horizontal, also axial in Richtung der Armaturenwellen erfolgt, nicht aber entgegen der Strömungsrichtung.“
Komponenten fürs Grobe
Die Schüttgut-Armaturen sind häufig auch die Komponenten fürs Grobe – wenn es also hart auf hart kommt, sind höchste Anforderungen an die Verschleißfestigkeit der verwendeten Werkstoffe zu erfüllen. Für die Hersteller ein Muss bei dem Design ihrer Produkte. So fertigt beispielsweise Cera Systems einen „besonders robusten, metallischen Kugelhahn für Auf/Zu-Funktion zum Einsatz in abrasiven und stark abrasiven Medien, bevorzugt für Einsatzfälle beim pneumatischen Transport von Schüttgütern.“ Sowohl die Schaltwelle als auch der Schaltwelleneingriff und die Sitze müssen „besonders stabil ausgeführt“ sein. Die Druckbeaufschlagung dürfe von beiden Seiten erfolgen.
Das Funktionsprinzip dieses Cera-Kugelhahns beruht auf der schwimmenden Kugel, ab DN 150 als gezapfte Kugel. Die Sitzringe werden durch Federelemente aus Grafit gegen die Kugel gepresst. „Die geometrische Form des Kugeldurchlasses ist standardmäßig rund. Der Kugelhahn ist zweiteilig aufgebaut“, erläutert das Unternehmen. Dabei ist eine Flexibilität vorteilhaft – die Armaturen werden sowohl mit Handhebel oder -getriebe als auch mit pneumatischen, elektrischen oder hydraulischen Stellantrieben betätigt.
Adhäsion und Abrasion
Aus Sicht von Ebro müssen beispielsweise Absperr- und Dosierelemente insbesondere zwei wesentliche Produkteigenschaften erfüllen. Sie müssen sich der Adhäsion und der Abrasion erwehren.
Der Verschleiß an den Dichtelementen, den Lagerstellen bei beweglichen Teilen sowie an den Förder- bzw. Dosierkomponenten schränken die Auswahl der verwendeten Materialkombinationen ein. „Daher ist die optimale Evaluation der Prozesse von elementarer Bedeutung.“
Und eben die Adhäsion gilt es zu beachten: Schüttgüter, die eine Neigung zum Kleben aufweisen, können in Drossel-, Dosier- oder Absperrarmaturen zu erheblichen Problemen führen.
Daher werden hier besondere Beschichtungen, speziell abgestimmte Elastomerdichtungen und funktionale Bauteile wie z.B. Spülflansche oder aufblasbare Manschetten eingesetzt, erläutert Andreas Kühn, Key-Account Manager bei Ebro.
Schutz vor explosiven Stoffen
Nicht selten handelt es sich bei den Schüttgütern um explosive Stoffe, etwa in der Chemieindustrie. „Die Folgen von Staubexplosionen können verheerend sein: Produktionsausfälle, Beschädigungen von Maschinen, Anlagen und Gebäuden oder sogar zu Schaden kommende Menschen“, unterstreicht das Unternehmen Hoerbiger. Deshalb sei ein umfassender Explosionsschutz nicht mehr wegzudenken. Hilfe bietet ein Entlastungsventil, das sich rasch öffnet und so den entstehenden Überdruck ohne Stichflamme abbaut. Der Überdruckbau verhindert eine Beschädigung des Behälters. „Nach der Explosion dichtet das Ventil wieder ab und verhindert so Folgeexplosionen“, betont das Unternehmen.
Die Kette eines Schüttguthandlings ist lang und reicht von der Schüttung über das Fördern und Wiegen bis hin zur Lagerung. Für die Betreiber von entsprechenden Silos, Trichtern und Behältern ist die Füllstandserfassung von großer Bedeutung. So entwickelte beispielsweise Siemens einen Vibrationsschalter zur Voll-, Bedarfs- und Leermeldung von rieselfähigen Schüttgütern. Erfasst werden korn- und pulverförmige Schüttgüter geringer Dichte bis 60 Gramm/Liter im Bergbau, in der Nahrungsmittel- und Kunststoffindustrie sowie in chemischen und pharmazeutischen Betrieben. Der Vibrationsschalter dient auch als Überlauf- oder Trockenlaufschutz. Dabei ist er unempfindlich gegenüber – nicht unerheblichen – Schwingungen. „Die vibrierende Schwinggabel bewirkt gleichzeitig die Selbstreinigung des Gerätes vom Messstoff, was zu einem geringen Wartungsbedarf führt“, erläutert Siemens. Was wiederum zu einer geringeren Total Cost of Ownership führt – gleiches gilt natürlich auch für optimierte Austrags-, Dosier- und Absperrgeräte.
Zunehmende Automatisierung
Günstig ist derzeit die Marktsituation für Hersteller von Qualitätsarmaturen bei Schüttgütern: In Schwellenländern werden Fertigungsprozesse zunehmend automatisiert. Bisher manuell bewegte Sackware wird nun auch aus hygienischen Gründen in geschlossenen Rohrleitungen transportiert. „Manuell durchgeführte Dosierungen werden automatisiert, Mischprozesse optimiert. Auch die automatisierte Verpackung der Fertigprodukte erfordert deutlich verbesserte Absperrarmaturen“, sagt Andreas Kühn.
Grundsätzlich seien Länder wie Deutschland, Italien und Benelux für die Anbieter von Schüttgut-Armaturen nach wie vor wichtige Abnehmer, weil sie über „einen starken, exportorientierten Anlagenbau“ verfügten. Zunehmend in den Fokus rücken außerdem weiter China und Australien, die eine „stark steigende Rohstoffgewinnung und Verarbeitung“ besitzen. Die Welt ist eben nicht genug…
