Die neue „High-Performance“-Packer-Generation

1  Einleitung
Anlässlich der HAVER Technology Days wurde von HAVER & BOECKER (H&B) im Oktober 2008 eine neue verbesserte Packergeneration vorgestellt. Dabei ist aus Sicht des Unternehmens mit dem HAVER ROTO CLASSIC^® eine Packmaschine auf den Markt gekommen, die richtungweisend für das Leistungsvermögen moderner Ventilsack-Füllmaschinen ist. Neben hohen Füllleistungen von bis zu 6000 Sack pro Stunde gewährleistet die neue Technik herausragende Bedien- und Serviceeigenschaften und unterschiedlichste kundenspezifische Lösungen. Besonderer Wert wurde auf Kompaktheit und große Übersichtlichkeit der Packmaschine gelegt. Dazu wurden innovative Füllmodule entwickelt, die zahlreiche Verbesserungen in der Maschinentechnik liefern und für die verschiedenen Anforderungen in Packanlagen signifikante Systemvorteile bieten. Das Leistungsspektrum deckt sowohl Packmaschinen mit 3–16 Fülleinheiten für das Füllen von konventionellen Ventil­säcken als auch die richtungweisende HAVER-ROTOSEAL^®-Verschließtechnik ab. Für beide Technologien liegen bereits erste Aufträge vor. Im Folgenden werden die Technologie und die Vorteile der neuen Packmaschine dargestellt.
 
2    Überblick der bisherigen Packerentwicklung
Erste Packmaschinen für die Zementindustrie kamen in den frühen 20er-Jahren des vorigen Jahrhunderts auf den Markt [1]. Anfänglich wurden offene Säcke verwendet, die noch mittels Ösendraht verschlossen wurden. Ein erster Reihenpacker für Ventilsäcke wurde etwa 1925 in den USA eingeführt. Die Füllmaschinen arbeiteten nach dem bekannten Turbinensystem und verfügten über 3–4 stationäre Füllstutzen für eine ­manuelle Bedienung. Sackaufsteckung und Sackabnahme erfolgen sitzend von Hand. Wahlweise war auch ein Überkopfabwurf der Säcke möglich. In 1950 wurde die Reihenpackmaschine durch einen automatischen senkrechten Sackabwurf und bis zu 6 stationäre Füllstutzen von H&B weiter verfeinert. Der Packer von H&B wurde unter der Typbezeichnung „BBV“ bekannt und gelangte in großen Stückzahlen auf dem Weltmarkt zum Einsatz.
 
Ein weiterer Meilenstein in der Absacktechnik für Zement gelang H&B im Jahre 1960 mit der Markteinführung des ROTO-Packers (Bild 1). Über 3300 Packmaschinen mit rotierenden Füllstutzen wurden seitdem von H&B für die Zementindustrie und verwandte Industrien verkauft. Die Technologie setzte neue Akzente insbesondere bei der Turbinenfülltechnik, der integrierten Wiegeelektronik, der automatischen Steuerung und hohen Absackleistungen [2]. So wurde im Jahre 1983 der erste ROTO-Packer mit 12 Füllstutzen für eine Absackleistung von 4000 Sack pro Stunde für 50-kg-Säcke in Betrieb genommen, was einer Leistung von 200  t/h entspricht. Der Markenname „ROTO PACKER“ wird inzwischen in der Industrie als Pseudonym für sämtliche rotierenden Ventilsack-Füll­maschinen mit 3 –16 Fülleinheiten verwendet. Nachdem zuletzt bei der Packerentwicklung Absackqualität und Sacksauberkeit im Vordergrund standen, wurden insbesondere in den letzten Jahren die Maschinenleistungen immer größer.
 
3    Die HAVER ROTO CLASSIC® Technologie
ROTO-Packer von H&B gelten als Synonym für ein hohes technisches Niveau, Energieeffizienz, Betriebssicherheit, Langlebigkeit und Robustheit. Bei der Entwicklung eines neuen „High-Performance“-Packers ging es H&B sowohl um deutliche Verbesserungen gegenüber herkömmlichen Lösungen für die Absackung von Massenzement als auch um die Integration sämtlicher Innovationen auf dem Gebiet der Sackqualität und -sauberkeit. Insbesondere sollten für große Maschinenleistungen neue Optionen eröffnet werden und Wartungsfreundlichkeit und Bedienbarkeit der Maschinen sollten neue Impulse erhalten.
 
Der 12-Stutzen HAVER ROTO CLASSIC® Packer, Typ  12 RCC, ist in Bild 2 dargestellt. Zum einen ist die klassische ­Anordnung der Füllmodule mit der Fülleinrichtung, dem Sackstuhl und der Füllelektronik vor dem Materialbehälter (Packerkessel) erkennbar. Neu ist die Plattformkonstruktion mit selbsttragenden Füllmodulsäulen zur Unterbringung der bewährten Fülleinrichtungen mit vertikaler ­Füllturbine. ­Damit entfällt das bisherige klassische Unterteil für den ­ROTOPacker. Bild 3 verdeutlicht die vollständige ­Raumausnutzung und kompakte vertikale Motorenanordnung bei einem ­
12-Stutzen-Packer. Entsprechend werden die Motoreneinheiten für die vertikalen Füllturbinen (horizontale Achse) von außen nach innen verlegt und die Wartungszugänglichkeit optimiert. Sämtliche Vorteile der vertikalen Füllturbine mit der Möglichkeit einer Hartmetallauskleidung werden beibehalten und die Serviceeigenschaften werden noch verbessert. Inspektionen oder Wartungsarbeiten an der Füllturbine oder den Belüftungs­patronen können ohne einen Ausbau von Anbauteilen wie Riemenschutzkästen usw. erfolgen.
 
Alle wichtigen mechanischen und elektronischen Bauteile des Packers sind in der sauberen und sehr gut zugänglichen Umgebung der Füllmodule angeordnet. Jedes Füllmodul (Bild 4) ist wie bei dem H&B-Vorgängermodell mit einer separaten, unabhängigen Wiegelektronik ausgerüstet, wobei der wiegende Teil eines Füllmoduls mit dem Sackstuhl zugentlastet über Blattfedern parallelgeführt ist. Als Elektronikmodul wird die H&B-Wägeeinrichtung MEC III verwendet, die auch bei den H&B-ROTO-Packern der RSE-Baureihe den Füllvorgang kontrolliert und der neuesten Technologie entspricht. Über die bewährte Kontrollwaage nach dem Sackabwurf kann eine Nachregulierung der Füllmengen erfolgen. Die Bedieneinheit des HAVER ROTO CLASSIC® Packers ist besonders komfortabel ausgeführt und kann durch Schnellkupplungen elektrisch und pneumatisch mit der Steuerung gekoppelt werden (Bild 5). Die gesamte Packersteuerung für Sackaufsteckung, Befüllung und den Sackabwurf erfolgt über Drehwinkelgeber anstelle von Initiatoren, was den Maschinenaufwand deutlich reduziert und Maschinenzuverlässigkeit und -genauigkeit über digitale Zählimpulse weiter verbessert.
 
Der modulare Aufbau ermöglicht auch eine Verwendung der H&B-ROTOSEAL-Verschließtechnik an den Füllstutzen. Dazu wird anstelle des Standard-Füllmoduls ein ­ROTOSEALModul (Bild 6) mit einer Ultraschalleinrichtung zum Verschließen spezieller Ventilsäcke verwendet [4, 5]. Damit wird den Kunden eine größtmögliche Flexibilität in der Anlagenplanung und Nachrüstung von Packmaschinen bzw. der Auswahl von bedarfsgerechten Lösungen angeboten. Zu den sonstigen verfahrenstechnischen Vorteilen zählt, dass die ­übliche Entstaubungs­leistung von 1000 m3 pro Stutzen und ­Stunde für ROTO-Packer deutlich um etwa 20  % mithilfe einer optimierten Strömungstechnik an den Füllstutzen und der Rückmehlführung reduziert wird. Dies wirkt sich positiv auf den Energiebedarf für den Packerbetrieb aus. Außerdem ist die Rückmehlführung von den Füllstutzen komplett in den Füll­modulsäulen integriert.
 
4    „High-Performance“-Eigenschaften
Die nominellen Abfüllleistungen für Zemente mit 4000 cm2/g (Blaine) sind mit 330 Sack/h für 50 kg sowie 375 Sack/h für 25 kg konzipiert. Entsprechend ist der neue 12-Stutzen-Packer in der Lage, bis nahezu 4000 Sack/h bei 50-kg-Säcken bzw. 4500 Sack/h bei 25-kg-Säcken zu füllen (Bild 7). Dies liefert gegenüber dem Vorgängermodell um etwa 10  % höhere produktabhängige Abfüllleistungen. Darüber hinaus werden sämtliche Anforderungen und hohen Erwartungen hinsichtlich der Packer-Performance und Service- und Wartungsfreundlichkeit von dem neuen HAVER ROTO CLASSIC®  erfüllt. Zu den wichtigen Eigenschaften und zusätzlichen möglichen Kundennutzen zählen Kompaktheit, Servicefreundlichkeit und Zuverlässigkeit.
 
4.1 Kompaktheit
Ein 16-Stutzen-Packer nach dem HAVER ROTO ­CLASSIC® Prinzip hat mit einem Durchmesser des Packerkessels von etwa 2400 mm in etwa den Durchmesser, den in der Vorgängerver­sion ein 12-Stutzen-Packer hatte. Der bisherige Kesseldurchmesser hatte bei 3000 mm gelegen. Entsprechend sind der Durchmesser des Packerkessels sowie die Umfangsgeschwindigkeit der Fülleinheiten um 20  % reduziert. Daraus lässt sich ein ganz wesentlicher Vorteil beim Sackaufstecken ableiten. Bei vollautomatischen Sackaufsteckern kann bei gleicher Sackqualität die Fehlschussrate um etwa 20 –30  % reduziert werden. Analog dazu kann bei einer konstanten Fehlschussrate eine verminderte Sackqualität akzeptiert werden. Darüber hinaus ermöglicht die Technologie eine Erhöhung der Absackleistung der Gesamtanlage. Der Sackaufstecker RADIMAT für Leistungen deutlich über 5000 Sack/h wurde parallel zum HAVER ROTO ­CLASSIC® weiterentwickelt.
 
Ein Nebeneffekt der kompakten Maschinentechnik ist, dass bis zu 15  % weniger Energie für den Packerbetrieb gegen­über konventionellen Maschinen nötig ist. Ein weiterer Vorteil der kompakten Maschinentechnik besteht darin, dass selbst 16-Stutzen-Packer über Außenabmessungen von weniger als 3000 mm verfügen. Ein 12-Stutzen-Packer kommt mit einem Außendurchmesser von 2000 mm inzwischen nur noch auf einen Durchmesser wie bei der 10-Stutzen-Maschine des ­Vorgängermodells. Entsprechend können auch die größten, neuen H&B-Packer komplett vormontiert, getestet und versandbereit gemacht werden. Ein Schwertransport der vormontierten Maschinen ist ohne Sonderfahrzeuge möglich. Dies erlaubt eine einfachere Logistik und damit schnellere Lieferzeiten.
 
4.2 Wartungsfreundlichkeit
In der Entwicklung der neuen Packmaschine wurde konsequent eine Analyse der wichtigsten Serviceteile umgesetzt. Die Antriebsmotoren für die Füllturbinen erweisen sich dabei als kaum störungsanfällig. Deshalb war es möglich, die Motoren hinter den  Fülleinheiten anzuordnen. Der größte Wartungsaufwand wurde bisher für die Füllturbine, die Belüftungs­düsen, den Verbindungsschlauch zum Füllstutzen und den 3-StellungsZylinder für die Feinstromregelung festgestellt. Der Inspektions- und Wartungsaufwand ergibt sich dabei aus 80  % des Umfanges der empfohlenen Inspektionen und Wartungen. Bild 8 zeigt eine Übersicht der analysierten bzw. geplanten durchschnittlichen Inspektions- und Wartungszeiten dieser Teile des Vorgängermodells und des neuen Packers. Man erkennt, dass beispielsweise für den Austausch von Belüftungs­düsen an einem ROTO-Packer bisher je Füllstutzen etwa 25 Minuten erforderlich sind. Bei dem neuen Packer werden dagegen für dieselbe Wartungsfunktion nur noch etwa 7,5 Minuten benötigt. Dies liefert eine Zeitersparnis für die Wartung von deutlich mehr als 2/3.
 
Sämtliche Wartungseinheiten sind bei dem neuen HAVER ROTO CLASSIC®“ Packer klar definiert – mit einer entsprechenden Festlegung der Wartungsintervalle und Wartungszonen. Die wichtigsten Wartungszonen befinden sich an der Füllturbine (rechts vom Füllstutzen) und vorn am Füllstutzen selbst. Diese beiden Zonen machen trotz der verbesserten Wartungsfreundlichkeit noch 95  % aller Inspektions- und Wartungsarbeiten aus. Die übrigen Teile sind praktisch wartungsfrei. Dies liegt unter anderem daran, dass auf bewährte Lagerkonzepte für die Füllturbinen zurückgegriffen wird, die Mechanik für die Grob- und Feinstromregelung aus dem Staubraum entfernt wird und die Teilevielfalt deutlicht reduziert ist. Sollte es erforderlich sein, ein Füllmodul komplett auszutauschen (Bild 9), so kann dieses mit nur relativ wenigen Handgriffen innerhalb von 15 Minuten aus der Maschine ausgebaut und extern überarbeitet werden. Der Packbetrieb läuft ohne dieses Füllmodul und ohne nennenswerten Stillstand weiter oder ein bereitgestelltes neues Füllmodul kann innerhalb kürzester Zeit seinen Betrieb aufnehmen.
 
4.3 Zuverlässigkeit und Sicherheit
ROTO-Packer sollen zumeist im mehrschichtigen Betrieb an nahezu 365 Tagen im Jahr arbeiten. H&B-ROTO-Packer haben bisher bereits über eine überdurchschnittliche Zuverlässigkeit verfügt. Mit der Neuentwicklung will das Unternehmen hier noch einen Schritt weitergehen. Wenn alle erforderlichen Inspektionen und Wartungsarbeiten termin- und sachgerecht durchgeführt sind, werden Verfügbarkeiten für eine ­Packanlage mit einem HAVER ROTO CLASSIC® von über 98  % erreicht. Dauerversuche an Modulen des neuen Packers im hauseigenen H&B-Technikum haben die erforderlichen Standzeiten aller verwandten Komponenten nachgewiesen. Marktüblich sind dagegen nur Verfügbarkeiten von etwa 90  %. Auch das ­Bedienrisiko soll deutlich gegenüber anderen marktüblichen ROTO-Packern reduziert werden. Hierzu tragen die verminderten Umfangsgeschwindigkeiten sowie eine klare Festlegung von Bedien- und Sicherheitszonen bei.
 
5    Systemeigenschaften und Anlageneinbindung
Die Anforderungen an Packanlagen sind in einzelnen Ländern bzw. Regionen meist sehr unterschiedlich. Während in den aufkommenden Märkten wie Indien, anderen Ländern ­Asiens, dem Mittleren Osten, Afrika und Südamerika Sack­zement noch als Massenware betrachtet wird, ist Sackzement in weiter entwickelten oder auch reiferen Märkten eher selten, dafür spielt die Sackqualität aber eine wichtige Rolle [6]. Haver & Boecker trägt diesem Trend mit der neuen Packmaschine insofern Rechung, als die unterschiedlichen Systemanforderungen durch verschiedene Packermodule abgedeckt werden. Wichtigstes Kriterium ist, eine Packmaschine mit exakt den benötigten Komponenten zu liefern und in das Gesamtkonzept der Versandanlage einzubinden. Damit werden zu aufwändige und teure Lösungen vermieden. Dies betrifft sowohl Neuanlagen als auch Nachrüstungen/Modernisierungen und Ersatzbeschaffungen für bestehende Anlagen.
 
Das Maschinenkonzept des neuen HAVER ROTO CLASSIC® Packers ist streng auf einer echten Modultechnik aufgebaut. Zum einen können für zu erwartende Leistungssteigerungen bei Neuanlagen beispielsweise 12-Stutzen-Maschinen zunächst mit 8 oder 10 Stutzen ausgeliefert und später nachgerüstet werden. Dies kann auch erforderlich werden, wenn eine Umstellung auf kleinere Säcke oder Kompositzemente erfolgt. Ein Ausbau mit weiteren Füllmodulen empfiehlt sich auch dann, wenn anstelle von Standard-Portlandzementen Hochleistungszemente mit deutlich höheren Feinheiten bzw. Blainewerten abgepackt werden. Mit zwei zusätzlichen Modulen an einem nachgerüstetem 12-Stutzen-Packer kann entsprechend eine Minderleistung von 20  % kompensiert werden. Eine ähnliche Konstellation ergibt sich, wenn die Packmaschine auf das ­ROTOSEAL-System umgerüstet werden soll. Eine Umrüstung ist aufgrund des Modulkonzeptes ohne Probleme möglich. Die Minderleistung lässt sich durch Zusatzmodule kompensieren.
Durch den neuartigen modularen Aufbau ergibt sich ein noch größeres Maß an Flexibilität und Sicherheit in der Anlagenplanung. Sollte an einem bestehenden HAVER ROTO ­CLASSIC® eine unvorhersehbare Leistungssteigerung erforderlich sein, so ist auch dieses kostengünstig möglich, selbst wenn eine nicht erweiterbare Maschine installiert ist. Durch die Plattformkonstruktion und Austauschbarkeit der Füllmodule kann der Packerkessel gegen ein größeres Model getauscht werden, die alten Füllmodule werden übernommen und durch zusätzliche Module ergänzt. So wird z.  B. aus einem 8-Stutzen-Packer bei niedriger Investition ein z.  B. 12-Stutzen-Packer.
 
Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt ist die Anlageneinbindung. Dies beginnt mit der Sackaufsteckung und endet mit der Palletierung bzw. dem Sackversand. Bei der Sackaufsteckung und dem Sackabwurf liefern die neuen Packer deutliche Vorteile durch die um etwa 20  % verminderte Umfangsgeschwindigkeit. Das Sackaufstecken von Hand wird dadurch einfacher und für automatische Sackaufstecker wird ein neuer Leistungssprung möglich. Automatisierung und Taktgebung der packerinternen Abläufe sowie der vor- und nachgeschalteten Ausrüstungen werden mittels Drehimpulsgeber digitalisiert, aufwändige Einstellarbeiten entfallen. Dies wird besonders bei Hochleistungslinien deutlich, wenn häufige Wechsel der Produkte und Sackware erfolgen sollen und ein ausgereiftes Zusammenspiel zwischen den Komponenten maßgeblich ist [7]. Insbesondere für große Packerleistungen werden mit der Neuentwicklung zusätzliche Optionen eröffnet.
 
6    Erste Anlagenaufträge
Der erste HAVER ROTO CLASSIC® Packer wurde von den Phoenix Zementwerken in Beckum, Deutschland, bestellt. Das Unternehmen stellt eine Reihe von Normzementen (CEM  I  -  CEM  III) sowie verschiedene Sonderzemente her. Ein vorhandener H&B-12-Stutzen-Packer der Typbezeichnung 12 RSE wird gegen einen neuen Packer der Typbezeichnung HAVER ROTO CLASSIC® 12 RCC ausgetauscht. Die Absackleitung beträgt 4500 Sack/h bei 25-kg-Säcken. Der Packer wird mit einem RADIMAT-Sackaufstecker nach dem Rollensystem kombiniert, bei dem die Vorteile eines Rollenmagazins in Doppelausführung zum Tragen kommen. So ist ein unterbrechungsfreier Packbetrieb möglich und für Produktwechsel können die entsprechenden Sackqualitäten schnellstmöglicht bereitgestellt werden. Das System erhält außerdem eine neueste Austragslinie mit einer Kontrollwaage zum Ausschleusen deklassierter Säcke. Die Montage der neuen Packlinie erfolgt während der Anlagenrevision im Januar 2009.
 
Bei Grasim Birla White ist im Werk Kharia Khangar in Indien seit 2007 ein H&B-Packer der Typbezeichnung  ROTOSEAL 8 RSE-U erfolgreich in Betrieb. Die Packmaschine wird für die Abfüllung von Weißzement und Weißzementprodukten in ­Papier- und Polypropylen-(PP-)Säcke verwendet. Der Packer verfügt über eine Ultraschalleinrichtung zum dichten Verschließen der Sackventile. Grasim hat jetzt einen Folgeauftrag an H&B zur Lieferung eines 16-Stutzen-Packers der Typbezeichung HAVER ROTOSEAL CLASSIC® 16 RCC-U gegeben. Der Packer ist ebenfalls für das Abfüllen von Weißzement in Papier- und PP-Säcke mit Ventilverschließeinrichtung vorgesehen. Die Leistung beträgt 4000 Sack /h bei 25-kg-Säcken und 3200 Sack/h bei 50-kg-Säcken. Die Sackaufsteckung erfolgt von Hand bei insgesamt zwei Austragslinien. Die Montage des Packers ist für Juni 2009 geplant.