Mit Taktgefühl

Taktschleuse zum Austragen von Schüttgütern und staubförmigen Medien

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28.10.2014 Für industrielle Anwendungen in Entstaubungs- und Filteranlagen, aber auch in der Wäge- und Dosiertechnik kommen häufig Taktschleusen zum Einsatz. Dabei werden Medien aus Silos, Vorlagebehältern oder Big-bags ausgetragen und in vielen Fällen dosiert. Aber auch für das Einschleusen in nachgeschaltete Produktionsprozesse sowie die Inertisierung von Produkten während Schleusvorgängen haben sich Taktschleusen in der Praxis bewährt.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Für industrielle Anwendungen in Entstaubungs- und Filteranlagen, aber auch in der Wäge- und Dosiertechnik kommen häufig Taktschleusen zum Einsatz.
  • Vom Anlagenbauer selbstgebaute Konstruktionen werden in der Praxis häufig mit hohem Aufwand betrieben und sind mit Unwägbarkeiten behaftet.
  • Die möglichen Einsatzbedingungen einer neuen Taktschleuse reichen von einem Innen- sowie Außeneinsatz bei einer Schutzklasse von bis zu IP67 für normalen und explosionsgefährdeten Bereich.

Anlagenbauer und -betreiber waren bisher meist darauf angewiesen, derartige Schleusensysteme auf Basis herkömmlicher Armaturentechnik selbst zu dimensionieren und zu bauen. Eigene Engineeringleistungen oder experimentell erworbene Erfahrungen bildeten die Grundlage für oft abenteuerliche Konstruktionen, die anschließend mit hohem Wartungsaufwand und vielerlei Unwägbarkeiten behaftet betrieben wurden. Mit der Entwicklung einer neuen Taktschleuse wurde das Produkthandling stark vereinfacht.

Die Taktschleuse – Konstruktion und Aufbau
Taktschleusen bestehen in der Regel aus zwei Stoffschiebern oder Absperrklappen mit pneumatischen Linear- oder Schwenkantrieben, die mit einem Rohrstück oder Zwischenbehälter verschraubt und als komplett geprüfte, einbaufähige Einheit geliefert werden.

1 Absperrarmatur eingangsseitig mit pneumatischem Schwenkantrieb und Endlagenüberwachung: Grundsätzlich kann jede Armatur – beispielsweise Absperrklappen, Schieber, Quetschventile oder Kugelhähne – für die Taktschleuse verwendet werden. Beide Komponenten – in diesem Fall Absperrklappen – werden werksseitig mit einem Füllrohr verschraubt. Zur Betätigung werden vorzugsweise einfachwirkende (federrückstellende) Pneumatikantriebe Typ EB-SYS verwendet. Die Endlagenüberwachung erfolgt über den Endschalterkasten Typ SBU mit mechanischen oder induktiven Endschaltern (siehe Explosionszeichnung S. 30).

2 Füllrohr: Das Füllrohr dient der Zwischenlagerung des Mediums. Je nach spezifischen Eigenschaften der zu schleusenden Produkte stehen zylindrische Füllrohre, auch mit unterschiedlichen Beschichtungen, zur Verfügung. Die Geometrie kannn kundenspezifisch – beispielsweise konisch – ausgeführt werden. Das Kammervolumen ist individuell anpassbar.

3 Absperrarmatur ausgangsseitig mit pneumatischem Schwenkantrieb und Endlagenüberwachung: Die Armatur (wie unter Punkt 1 beschrieben) wird werksseitig mit dem Füllrohr verschraubt und über Antriebe aus dem gesamten Fertigungsprogramm automatisiert.

4 Steuerungseinheit mit Visualisierung über Touchpanel: Zur Bedienung und Visualisierung des Prozesses wird im vorliegenden Beispiel die leistungsfähige Phönix SPS mit Touchpanel eingesetzt. Sie ist für besondere Ansprüche an die Automatisierungsperformance geeignet und steuert zuverlässig dynamische Applikationen und regelungstechnische Prozesse.

5 Optionaler Füllstandssensor: Anstatt fest eingestellte Befüllzeiten zu nutzen, kann über einen Füllstandssensor bedarfsorientiert Material geschleust werden. Die teilisolierte Messsonde ist zur Messung von Schüttgütern optimiert.

6 Optimale Bypass-Armaturen: Mithilfe von Bypass-Armaturen lassen sich unterschiedliche Druckstufen überbrücken. Um bei Druckdifferenzen zwischen Ein- und Austragsseite ein schlagartiges Ausblasen zu verhindern, wird vor dem Befüllen ein Druckausgleich hergestellt. Dieser Druckausgleich hat darüber hinaus den Effekt, dass der Manschettenverschleiß deutlich abnimmt, da beim Öffnen der Armatur das Medium nicht mit hoher Strömungsgeschwindigkeit über die Manschette geblasen wird.

Die Taktschleuse – Funktionsweise
Der Prozessablauf beginnt im Einzeltakt mit dem Öffnen der Ausgangsarmatur, damit eventuelle Rückstände aus dem Füllrohr ausgetragen werden. Das anstehende Medium wird eingangsseitig abgesperrt.

Zum Befüllen öffnet die Eingangsarmatur, das Medium strömt gravimetrisch in das Füllrohr und wird ausgangsseitig abgesperrt. Die Eingangsarmatur schließt entweder nach Ablauf einer frei einstellbaren Zeit oder bedarfsorientiert beim Erreichen eines vordefinierten Füllstands. Das Ein-/Austragsvolumen pro Takt ist abhängig vom Schüttgewicht des Produkts, dem Druck, der Bauform und der Bauhöhe der Gesamteinheit.

Nach Ablauf einer Beruhigungszeit wird die ausgangsseitige Absperrarmatur geöffnet, und das Medium wird in den weiterführenden Prozess geleitet.

Die Ausgangsarmatur schließt und die Taktschleuse befindet sich jetzt wieder in Grundstellung und ist betriebsbereit.

Die Steuerung der Einheit, sofern nicht über die kundenseitige SPS realisiert, befindet sich in einem separaten Steuerkasten, der auch in einiger Entfernung zur Taktschleuse montiert werden kann. In der Betriebsart „Automatik“ kann die Taktschleuse durch die übergeordnete Leittechnik angesteuert werden. Dazu steht standardmäßig eine konventionelle Kommunikation über binäre Signale und eine Modbus-TCP-Schnittstelle zur Verfügung. Ebenfalls kann die SPS als Profinet Device eingesetzt werden. Optional können alle gängigen Feldbusschnittstellen bedient werden. Der Prozess kann im Einzeltakt oder im Dauerlauf ausgeführt werden.

Die Taktschleuse kann ebenfalls als Stand-alone-Lösung zum Einsatz kommen. Über einen passwortgeschützten Benutzerbereich gelangt man zur manuellen Bedienung aller Funktionen – zum Beispiel für Wartung und Reinigung – sowie zum Einstellen sämtlicher Prozesswerte.

Die SPS besitzt eine Web-Visualisierung, die im Firmennetzwerk mit vollem Funktionsumfang des Touchpanels zur Verfügung steht. Wahlweise kann ein WLAN-Router zum einfachen, lokalen Zugriff via Laptop oder über mobile Endgeräte (Smartphone oder Tablet) mit Java eingebaut werden.

Präventive Wartung
Durch die Aufzeichnung und den referenziellen Vergleich der Betätigungszeiten der Ein- und Ausgangsarmatur wird zum einen ein langfristiger Trend zum Abschätzen des Armaturenverschleißes realisiert, und zum anderen ist ein Überwachen von spontanen Veränderungen in der Mechanik möglich. Dadurch können beispielsweise Blockaden und Schwergängigkeiten frühzeitig erkannt und somit geplant eliminiert werden. Beim Auseinanderdriften dieser Werte wird eine Meldung mit entsprechender Wartungsempfehlung ausgegeben.

Zusätzlich findet ein quantitatives Tracking des Betätigungsverhaltens statt, das kontinuierlich analysiert und ausgewertet wird. Die Ergebnisse fließen ebenfalls in die Wartungsempfehlung mit ein.

Eine mitlernende Laufzeitüberwachung passt sich bei veränderndenProzessbedingungen, wie beispielsweise Schwankungen in der Druckluftversorgung oder erhöhtem Drehmomentaufwand – beispielsweise durch schwierig zu handhabende Produkte – an und rundet somit die Monitoring-Funktionalitäten ab.

Alle Komponenten der Einheit können anwendungsoptimiert ausgelegt, konstruiert und gefertigt werden.

Die möglichen Einsatzbedingungen reichen von einem Innen- sowie Außeneinsatz bei einer Schutzklasse von bis zu IP67 für den herkömmlichen und den explosionsgefährdeten Bereich. In der Rohrleitung sind Bedingungen bis Atex-Zone 0 zulässig, der äußere Bereich der Taktschleuse erlaubt den Einsatz in Atex-Bereichen bis Zone 21. Um einen äußerst geringer Verschleiß der medienberührten Teile auch bei abrasiven Medien erreichen zu können, ist der Einsatz der Taktschleuse mit den Inflas-Armaturen mit aufblasbarer Manschette ebenfalls möglich.


Brau Beviale Halle 6 – 351

Zur Homepage des Anbieters gelangen Sie über diesen Link

 

Heftausgabe: November 2014
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Über den Autor

Matthias Jortzik, Automatisierungstechnik - Andreas Kühn, Key-Account-Manager, Schüttguttechnik Ebro Armaturen
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