Kondensationstrocknung optimiert ­Fertigungsprozess

Bericht über die Trocknungstechnologie von Harter Oberflächen- und Umwelttechnik GmbH in Stiefenhofen im Allgäu

Trocknungsvorgänge sind in zahlreichen industriellen Prozessen notwendig. Jedoch gestalten sie sich in der Fertigung oft als Nadelöhr. Moderner Anlagenbau verlangt nach leistungsstarken und zugleich energieeffizienten Verfahren. In der Trocknungstechnologie kann man sich diesem Ziel mit einem alternativen Ansatz nähern. Ein System auf Wärmepumpenbasis ermöglicht eine Trocknung bei niedrigen Temperaturen. Diese sogenannte Kondensationstrocknung kann in allen Bereichen der Haftwassertrocknung, von der Bearbeitung in Beschichtungsanlagen mit wässrigen Lösungen über die Reinigung nach der mechanischen Bearbeitung bis hin zur Lacktrocknung eingesetzt werden. Oft löst sie Probleme und optimiert Prozesse.

Technische Grundlagen

Die Kondensationstrocknung auf Wärmepumpenbasis ist ein Verfahren, das Feststoffe aller Art bei niedrigen Temperaturen zwischen 20 °C und 90 °C, je nach Anwendung, trocknen kann. Dabei wird extrem trockene und damit ungesättigte Luft über das Trocknungsgut geführt und nimmt dabei die Feuchtigkeit auf. Der mit Feuchtigkeit beladenen Luft wird anschließend in einem Entfeuchtungsmodul die gespeicherte Feuchte entzogen. Die Feuchtigkeit wird auskondensiert und verlässt als Kondensat die Anlage. Anschließend wird die abgekühlte Luft wieder erwärmt und weitergeleitet. Der Kreislauf ist geschlossen.

Der Trocknungszyklus ist dadurch nahezu­ emissionsfrei. Das Entfeuchtungsmodul, das die klimatischen Verhältnisse im Trockner regelt, wird an die Trocknungsstation angeschlossen. Dabei ist es völlig unerheblich, ob es sich hierbei um eine Trocknung im Batchbetrieb oder um ein kontinuierliches Verfahren handelt. Dieses Trocknungssystem ist an Schüttgut-, Trommel und Gestelltrocknern ebenso adaptierbar wie bei Band- oder Kammertrocknern. Auch das Material der zu trocknenden Produkte spielt keine Rolle. Die Kondensationstrocknung auf Wärmepumpenbasis mit dem Namen Airgenex® hat das inhabergeführte Unternehmen Harter Oberflächen- und Umwelttechnik GmbH aus Stiefenhofen im Allgäu vor über 20 Jahren entwickelt; es wird seither in verschiedensten Bereichen der ­Industrie eingesetzt.

Die Trocknung als eigenständiger Prozessabschnitt

Viele Anlagenbetreiber haben die Trocknung noch nicht als eigenständigen und damit auch als potentiell schwierigen Prozessabschnitt wahrgenommen, erklärt Reinhold Specht, geschäftsführender Gesellschafter bei Harter. Von der Werkstoffplanung bis zur letzten Beschichtung sei im Idealfall vom Anlagenbauer alles perfekt durchgeplant. Dann jedoch – und das erlebe er in der Praxis noch viel zu häufig – sei einfach Schluss. Es wird eine klassische Heißlufttrocknung installiert, die, wie sich dann im späteren Realbetrieb herausstellt, die Anforderungen des Prozesses nicht erfüllen kann, so Specht. Würde man sich darüber im Vorfeld Gedanken machen, könnten sich die Betreiber viel Ärger, Zeit und Geld sparen. Reinhold Specht weiß, wovon er spricht, denn er blickt auf eine über 20-jährige Erfahrung im Trocknungsanlagenbau zurück. Er war maßgeblich an der Entwicklung des Verfahrens zur Kondensations­trocknung beteiligt und leitete über viele Jahre Fertigung, Entwicklung und Konstruktion des Allgäuer Unternehmens.

Ein Teil der Kondensationstrocknungsanla­gen, die Harter jedes Jahr vertreibt, wird in neue Fertigungsstraßen integriert, in die Unternehmen zur Erweiterung ihrer Kapazitäten investieren. Ein deutlich größerer Anteil jedoch sind sogenannte Umrüstungen. Hierbei handelt es sich um die bereits genannten Fälle, in denen die Betreiber mit der vorhandenen Trocknungstechnologie – im Regelfall eine Heißlufttrocknung – nicht zufrieden sind und diese, um den Fertigungsablauf nicht zu blockieren, ersetzt werden muss. Auf diese Sonderfälle hat sich Harter spezialisiert und sich damit auf dem Markt einen Namen als Problemlöser geschaffen.

Zwei Komponenten für den Erfolg

Die langjährige Erfahrung und intensive ­Beschäftigung mit der Kondensationstrocknung im geschlossenen System hat für Harter ergeben, dass zwei Komponenten wichtig sind, um den Erfolg bei der Trocknung zu gewährleisten. Eine wesentliche Rolle dabei spielt natürlich eine hochwertige Entfeuchtungstechnologie. Genauso wichtig jedoch ist das Umluftsystem im Trocknungsgehäuse, das exakt an den gegebenen Prozess vor Ort angepasst werden muss. Ist dies nicht der Fall, kann die leistungsstarke Entfeuchtung nicht ihre ganze Wirkung entfalten.

Das Umluftsystem, das Harter in die Trockenkammer einbaut, hat dem Produkt angepasste Luftgeschwindigkeiten. Um eine hohe Trocknungsqualität in kurzer Trocknungszeit zu realisieren, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Luftmenge im Trocknungsgehäuse möglichst hoch ist. Die extrem trockene Luft wird mit hoher Geschwindigkeit an der zu trocknenden Ware vorbeigeleitet. Grundsätzlich müssen die Luftgeschwindigkeiten an das Produkt angepasst werden, wobei die Oberflächenbeschaffenheit der Waren hier eine große Rolle spielt. Gestellware – also Bauteile, die auf einem Transportgestell etwa durch Klemmtechnik fixiert sind – mit Hinterschneidungen und Sacklöchern beispielsweise benötigen höhere Luftgeschwindigkeiten als Produkte mit glatten Oberflächen.

Bei kontinuierlichen Trocknungsvorgängen auf einem Band oder im Tunnel sind natürlich Öffnungen an den Ein- und Ausgängen notwendig. Dies muss bei der Wasserentzugsleistung berücksichtigt werden. Auch hier muss die Luftführung dem Prozess und dem Produkt entsprechend richtig gewählt werden. Die Trocknung findet hier meistens im Gegenstromprinzip statt. Bei der Trommeltrocknung können Schüttgüter in der Trommel direkt getrocknet werden. Das Umladen in Zentrifugen ist nicht mehr notwendig. Die Trocknung in der Trommel findet mit minimaler Intervallbewegung oder auch vollkommen statisch statt.

Einen Sonderfall stellt die Trocknung von Rohren dar. Rohre, gleich welchen Durchmessers, werden zumeist in Bunden getrocknet. Mitunter werden auch Rohrbunde­ mit Rohren unterschiedlicher Länge und Durchmesser verarbeitet. Die Trocknung findet in der Regel in oft sehr langen Trocknungströgen statt. Für die exakte Luftführung ist hier oft ein spezielles Abdichtungssystem notwendig, um eine effiziente Trocknung an den Innen- und Außenseiten der Rohre zu gewährleisten und Energieverluste zu eliminieren.

Etwas anders gestaltet sich die Trocknung bei speziellen Oberflächenbeschichtungen, wie zum Beispiel bei Lacken oder Farben. Hier werden in der Regel deutlich niedrigere Luftgeschwindigkeiten als bei der Haftwassertrocknung benötigt. Die Luftgeschwindigkeit muss so an die lackierte Oberfläche angepasst werden, dass der empfindliche Lack nicht beeinflusst wird und weder Risse noch Wellen entstehen. Eine zu hohe Trocknungstemperatur wiederum verschließt die Oberfläche. Die eingeschlossene Feuchtigkeit würde dann zu Kocherbildung führen. Gerade hier kann die Technologie mit trockener Luft gegenüber allen bisher gebräuchlichen Verfahren auftrumpfen. Grundsätzlich wird in einem möglichst geschlossenen System gearbeitet, das heißt ohne Zu- und Abluftsystem, außer dieses ist für den Explo­sionsschutz notwendig.

Durchgängiges Konzept von A bis Z

Die Kundenanforderungen werden in der Regel in Trocknungsversuchen exakt ermit­telt und danach anlagentechnisch umgesetzt. Für die Testreihe steht ein hauseigenes Technikum zur Verfügung. Auch Versuchsaufbauten in größeren Maßstäben fertigt der Trocknungsanlagenbauer an, um in Zusammenarbeit mit dem Kunden Lösungen für das jeweilige Trocknungsproblem zu entwickeln. Die individuell notwendige Luftgeschwindigkeit, die Luftführung und die ideale Trocknungstemperatur werden so für den jeweiligen Anwendungsfall realisiert.

Mit den Abteilungen Entwicklung, Konstruktion, Fertigung, Montage und After-Sales-Service bietet Harter ein durchgängiges Konzept für seine Kunden an. Die Fertigung wiederum unterteilt sich in den Kälteanlagenbau, den Schaltschrankbau, die Kunststoff- und die Metallfertigung. Im Bereich der Kältetechnik werden die sogenannten Airgenex®-Entfeuchtungsaggregate hergestellt, in die wiederum die ebenfalls eigens hergestellten Schaltschränke integriert werden. Metall- und Kunststofffertigung sind zuständig für den Bau der Trockner, die auf Kundenwunsch aus Edelstahl, verzinktem Stahl, Aluminium oder aus Polypropylen gefertigt werden.

Der Anteil der hergestellten PP-Trockner wächst aufgrund seiner qualitativen Eigenschaften zusehends. Um die Qualität seiner Technologie aufrechtzuerhalten beziehungsweise zu erweitern, verfügt Harter über Ausbildungsplätze im Bereich Elektrik, Kältetechnik, Metall, Kunststoff, technisches Design und Bürokommunikation. Aus- und Weiterbildung werden von der Geschäftsführung des Allgäuer Unternehmens, das auf das Fachwissen und das persönliche Engagement seiner Mitarbeiter großen Wert legt, als Basis seines Erfolgs betrachtet.

Einsatz in der Medizintechnik

Neben der Trocknung von hitzeempfind­lichen Kunststoffteilen für die Automobilindustrie, bei denen die zulässige Temperaturobergrenze im Verfahren bei 65 °C liegt, wurde im vergangenen Jahr auch die schweizerische Uhrenindustrie auf dieses Verfahren aufmerksam. Schonende und fleckenfreie Trocknung mit artikelbezogenen angepassten Luftgeschwindigkeiten spielen dort eine bedeutende Rolle. Aber auch Projekte im Bereich der Medizintechnik und der pharmazeutischen Industrie wurden bereits realisiert. Hier handelt es sich um Trocknungsvorgänge nach Oberflächenver­edelung, nach Reinigung oder nach Sterilisation. Produktbeispiele sind Diagnostik­instrumente, Infusionsbeutel und -flaschen, Injektionsnadeln, Implantate, Biomateria­lien, Blistereinheiten, Lutschpastillen, Brillengestelle, optische Gläser und medizinische Transporteinheiten.

Prozesssicherheit und Energieeinsparung

Wie die Erfahrung bei zahlreichen unterschiedlichen Einsatzfällen in der Praxis gezeigt hat, weist die Kondensationstrocknung auf Wärmepumpenbasis eine Vielzahl an Vorteilen für den Betreiber auf:

• Zeiteinsparungen erhöhen die Wirtschaftlichkeit einer Anlagentechnik
• Durch die Wärmerückgewinnung im geschlossenen System werden Betriebskosten gesenkt und durch geringe Anschlusswerte der Entfeuchtungsaggregate ergeben sich weitere Kosteneinsparungen
• Die variable Temperatureinstellung bei der Trocknung verhindert eine unerwünschte Produkterhitzung beziehungsweise Produktschädigung, was bei Bauteilen aus Kunststoff eine große Rolle spielt
• Flecken und Rückstände auf den Oberflächen sowie unnötiger Ausschuss werden vermieden

Durch die Trocknung im geschlossenen System werden Prozesse von den Jahreszeiten und damit unterschiedlichen Klimaverhältnissen in den Fertigungshallen unabhängig. Wettereinflüsse werden somit nahezu ferngehalten. Der Energieeinsatz, der bei der Kondensationstrocknung an sich bereits niedrig ist, wird durch den energielosen Einsatz des Wärmerohres noch zusätzlich optimiert. Die Energieeinsparungen liegen in der Regel zwischen 50 % und 75 %. Die Werte hängen natürlich stark davon ab, welche Technologie der Betreiber vorher im Einsatz hatte und mit welcher Energieart diese betrieben wurde. Die Einsparungen an Kohlenstoffdioxidemissionen liegen durch den sparsamen elektrischen Betrieb im vergleichbaren Bereich. Diese Entwicklung aus dem Hause Harter sorgt für höchste Effizienz beim Trocknungsvorgang. Mit der eingesetzten Wärmepumpentechnik wird ein ökonomisch sowie ökologisch sinnvoller Kreislauf geschlossen.

Harter Oberflächen- und Umwelttechnik GmbH
Harbatshofen 50, D-88167 Stiefenhofen Tel.: +49 83 83/92 23-0,
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