Thema des Monats Februar: Das Vakuum und die Flasche

Die Vorteile des Vakuums bei der Herstellung von Glasflaschen

Neben dem Blasverfahren ist die Anwendung des Vakuums bei der Formung von Hohlkörpern von großer Bedeutung, zum Beispiel bei der Herstellung besonderer Formen oder einer gleichmäßigen Wanddicke.

Wie oft haben wir eine Champagner oder Schaumwein-Flasche geöffnet und gestaunt, mit welcher Wucht der Korken herausfliegt. Wir alle wissen, dass die Ursache der Druck im Innern der Flasche ist, der durch die Methode der Champagner-Herstellung entsteht. Die Flaschen werden periodisch gedreht, um dem Wein die trüben Anteile zu entnehmen und das Prickeln zu erzeugen, das von den Liebhabern so geschätzt wird. Wir wissen jedoch zumeist nicht, wie weit der Druck in der Flasche über dem Umgebungsdruck liegt.

Die dafür verwendeten Glasflaschen müssen über eine gleichmäßige Wanddicke verfügen, damit die Stellen, die als kritische Punkte gelten, genügend stark sind. Andernfalls entstehen Materialspannungen, die zu einer Explosion führen können (Abb. 4). Neben dem traditionellen Blasen des flüssigen Glastropfens mit ölfreier Druckluft von 3 bar, bewirkt das Vakuum in der Form die gleichmäßige Verteilung der flüssigen Masse und ermöglicht damit eine Erhöhung der Taktzeiten bzw. eine Reduktion der Produktionskosten.


Abb.1: Pneumofore UV30 Vakuumpumpe

Dieselbe Technologie wird auf ähnliche Weise bei der Herstellung von Glasgefäßen für Konserven und ganz allgemein für Hohlglas mit großer Öffnung angewendet. Nicht zuletzt kann durch die Verwendung eines geeigneten Vakuums eine bessere Qualität der Glasoberfläche erzielt werden. Es erlaubt zudem die Produktion spezieller Formen oder Erhebungen.

Herstellungstechnik

Glasbehälter werden im allgemeinen auf mehreren getrennten Produktionslinien mit einer bestimmten Anzahl von Sektoren oder Blasstationen produziert. Die Höhe des Vakuums in der Form ändert je nach Art des Hohlkörpers. Es ist dabei von Vorteil, Vakuumpumpen mit optimalem Wirkungsgrad und höchster Betriebssicherheit zu verwenden, die das benötigte Vakuum möglichst stabil halten - bei minimalem Energieverbrauch. Zum Beispiel für den Betrieb einer Produktionslinie mit 16 Sektoren ist üblicherweise eine Vakuumpumpe mit einer Saugmenge von 700 m3/h notwendig. Bei neueren Anlagen für die Glasherstellung soll durch das Vakuum sowohl die Füllung der Form beschleunigt als auch die gleichmäßige Verteilung des flüssigen Glases in der Form erreicht werden.

Ältere Produktionsanlagen werden oft angepasst, um das Vakuum wirkungsvoller einsetzen zu können, da die Kosten des Vakuums nur einen Bruchteil der ölfreien Druckluft betragen. Anwender haben zudem festgestellt, dass der Zuverlässigkeitsgrad der Vakuumpumpen um ein Mehrfaches höher ist als bei den üblichen ölfreien Kompressoren. Weil die Schmelzöfen dauernd in Betrieb sind, ist die Belastung der Anlagen mit jährlich 8700 Betriebsstunden sehr hoch.

Es ist daher von ausschlaggebender Bedeutung, dass Vakuumpumpen bei geringem Stromverbrauch höchst zuverlässig arbeiten und wenig Unterhalt benötigen.

Bauarten von Vakuumpumpen

Traditionsgemäß wurden in den Glashütten zu Beginn Drehschieber-Vakuumpumpen verwendet. Im Verlauf der Jahre kamen andere Arten von Vakuumpumpen hinzu:

• Drehschiebervakuumpumpen, wassergekühlt
  
• Drehschiebervakuumpumpen, luftgekühlt
  
• Schrauben als Vakuumpumpen
  
• Flüssigkeitsringpumpen

Abb.2: Vergleich verschiedener Bauarten - Verlauf des Ansaugvolumens bei Veränderung des Vakuums

Eines steht fest: Die Industrie muss heute - ob sie will oder nicht - den Wasserverbrauch und die Unterhaltskosten reduzieren, d.h. die Betriebskosten senken. Die Wahl einer Vakuumpumpe bzw. deren Bauart hängt vom benötigten Betriebsvakuum, den Betriebskosten und den angesaugten Verunreinigungen ab.

Zum besseren Verständnis ist ein Vergleich der drei Bauarten in Abb. 2 und 3 wiedergegeben. Für alle drei Bauarten wird der Verlauf des Ansaugvolumens bei Veränderung des Vakuums gezeigt:

• Die durchgehende Linie zeigt die luftgekühlte Pneumfore Vakuumeinheit Typ UV mit absolutem Restdruck von 2 mbar.
  
• Die gestrichelte Linie darunter entspricht den Schrauben mit Restdruck 10 mbar.
  
• Die Strich-Punkt-Linie unten entspricht der Flüssigkeitsringpumpe mit Restdruck 80 mbar, deren gegenüber Drehschiebern um 50 % höhere Leistungsaufnahme nimmt bei erhöhtem Vakuum weiter zu.

Ferner nimmt die Liefermenge bei Erhöhung der Wassertemperatur ab. Die Erfahrung zeigt, dass für den Dauerlastbetrieb langlebige Vakuumpumpen die beste Lösung darstellen, weil sie betriebssicher sind und nur minimale Kosten für Unterhalt und Ersatzteile verursachen.


Abb. 3 - Vergrösserung des schraffierten Arbeitsgebietes unterhalb 200 mbar

Zentralisierte Vakuumanlagen
Ein fachgerechtes Verteilnetz ist die grundlegende Voraussetzung für die Reduktion der Anzahl von Vakuumpumpen und für das Erreichen höherer Leistungen, d.h. für einen optimalen, wirtschaftlichen Betrieb. Es ist wichtig, das Verteilnetz großzügig zu konzipieren, da z.B. ein Abfall von 0.1 bar einen Verlust von 10 % im Vakuum bedeutet, bei einem üblichen Druckluftnetz mit 7 bar beträgt derselbe Druckabfall nur 1.4 %.

Da sich das Vakuum anders verhält als der Druck, müssen bei der Bemessung der Hauptleitungen Aufmerksamkeit und Erfahrung walten. Die Erfahrung lehrt, dass bei ungenügender Bemessung der Rohrleitungen, eine größere Anzahl von Vakuumpumpen benötigt wird.

Ähnlich verhält es sich bei den Vakuumbehältern. Sie müssen für Glashütten eine besondere Ausführung aufweisen, da für spezielle Anforderungen bei einigen Vakuum-Anwendungen viel Graphitöl verwendet wird. Für die optimale Auslegung der Anlage mit dem höchsten Zuverlässigkeitsgrad ist die fachmännische Beratung durch den Hersteller von zentraler Bedeutung.

Filtrierung
Die aus den Glasformen angesaugte Luft enthält keine besonderen, schädlichen Verunreinigungen. Bei einigen Produkten wird jedoch viel Graphitöl verwendet, um gewisse Stellen der Form zu schmieren. Mit einfachen, anlagetechnischen Vorrichtungen gelingt es, das Graphitöl vor der Vakuumpumpe aufzufangen.


Abb. 4 - Die Vorteile des Vakuums bei der Herstellung von Glasflaschen

Entwicklungen
Pneumofore - seit 1923 mit der Entwicklung und Herstellung von Rotationsmaschinen für Druckluft und Vakuum befasst hat bereits Hunderte von Anlagen an namhafte Glashütten im In- und Ausland geliefert, die teilweise seit über 50 Jahren im Betrieb sind. Pneumofore ist sich der Tatsache bewusst, dass Produktionsanlagen automatisiert, Unterhaltskosten um eine oder gar zwei Größenordnungen reduziert, Wasserund Ölverbrauch minimiert werden müssen. Pneumofore entwickelt und baut daher heute ausschließlich luftgekühlte Vakuumpumpen mit Größen von 500 bis 3300 m3/h. Die meisten davon sind im weltweit in Betrieb.

Nicht nur ein Detail: Die UV Serie verfügt über einen eingebauten, speziellen Filter, der den sonst allgemein üblichen Öldampfausstoß vermeidet.

Pneumofore - seit jeher für Innovationsfreudigkeit bekannt - liefert seit mehr als 50 Jahren wassergekühlte Vakuumpumpen an die Glasindustrie. Vor fünf Jahren haben wir eine Serie von Vakuumpumpen entwickelt, die vollständig luftgekühlt werden und gleichzeitig zu erhebliche Einsparungen an Energie und Unterhaltskosten führen.

Quelle:
OGIS GmbH, glassglobal.com in Zusammenarbeit mit: Pneumofore SpA
Kontakt: Herr Daniel Hilfiker
Email: daniel@pneumofore.com