Einsparung von Energie und damit Verbesserung des CO2-Fußabdrucks bei der thermischen Behandlung von Metallen unter Einsatz von zugleich einfacher und kompakter Anlagentechnik
Aluminiumtuben werden in der Lebensmittelindustrie oder in der Medizin und der Kosmetik für die Verpackung von unterschiedlichen Medien genutzt. Der Verbraucher muss mit der Kappe nur die Versiegelung im Spender öffnen und kann dann sofort den Inhalt nutzen. Sind die Tuben geleert, kann das Aluminium recycelt und wieder verwendet werden. Während des Transports und während der Nutzung müssen die Inhaltsstoffe sicher in der Tube verbleiben; lediglich bei der Entnahme durch den Nutzer soll der jeweilige Inhaltsstoff durch Abschrauben der Kappe und Druck auf die Tube ausfließen. Besondere Anforderungen werden dabei an die Dichtheit des gefalteten Endes der Tube mit ihrem innen befindlichen Latex-Dichtungsring gestellt.
Aus Marketinggründen ist die Aluminiumtube außen bedruckt und zum Schutz des Inhalts und des Tubenmetalls wird sie zudem innen beschichtet. Für die Trocknung dieser Beschichtungen wird heute noch konventionell sehr ineffiziente Heißluft eingesetzt.
Da der Latexring innen in der Tube appliziert wurde, kommt er mit der Transporteinrichtung und später mit der Verpackung nicht in Berührung. Es reicht also, wenn der eingesetzte Latex so weit angetrocknet ist, dass er nicht verläuft. Da die Wandung der Tuben sehr dünn ist und die Tuben insgesamt sehr leicht sind, kann nur mit einer sehr geringen Luftgeschwindigkeit getrocknet werden, um die Tuben nicht von der Transporteinrichtung weg zu blasen. Entsprechend langsam ist die Trocknung und groß die Trockenstrecke. Um nicht zu viel Länge zu benötigen, werden deshalb zur Trocknung häufig sehr teure, meanderförmige Trockenkanäle verwendet.
Um diese drei Kostentreiber einzudämmen, besteht seit kurzem die Möglichkeit zur direkten Erwärmung der Aluminiumtuben im hochfrequenten Magnetfeld. Diese Technologie erfordert eine deutlich geringere Investition im Vergleich zur bisherigen Trocknungstechnik, benötigt nur sehr wenig Förderlänge und die erforderlichen Energiekosten betragen nur einen Bruchteil.
Lediglich der Förderer muss im Bereich der Erwärmstation aus elektrisch neutralem Werkstoff hergestellt sein. Dies kann jeder Kunststoff sein, der die für die Trocknung erforderliche Temperatur verkraftet. Alle anderen Stationen für beispielsweise Übernahme, Applikation oder Transport sind die selben wie bei der bisherigen Produktionsart. Die Tubendurchmesser liegen im Bereich zwischen 6 mm und bis zu 40 mm und die Längen zwischen 50 mm und bis zu 300 mm; die Durchsatzmengen reichen bis 150 Tuben pro Minute. Betrieben wird diese Wirbelstrom-Erwärmung mit elektrischem Strom. Der Energieverbrauch lässt sich einfach ermitteln aus der Masse der durchgesetzten Aluminiumtuben, der notwendigen Temperaturerhöhung und Berücksichtigung des Wirkungsgrades. Dieser liegt bei der Wirbelstrommethode bei 70 %, während es die Heißlufterwärmung lediglich auf 5 % bringt. Bereits umgesetzte Anlagen zeigen, dass die Investition etwa 2/3, der Längenbedarf etwa 2/5 und der Energieverbrauch sogar nur 1/10 der Kosten betragen, wie für eine konventionelle Heißluftanlage zu veranschlagen ist.
Dieses Erwärmungsverfahren kann auch zur Trocknung des Spülwassers sowie der Beschichtung auf der Außen- und der Innenseite der Aluminiumtuben eingesetzt werden.
Zum physikalischen Effekt der Wirbelstrom-Erwärmung
Eine vertikal und horizontal an die Geometrie der Tuben angepasste Erwärmspule wird von einem Generator mit hochfrequentem Strom versorgt. Die Leistung der Spulen ist variierbar von 100 % bis 2 % und sie kann automatisch und manuell eingestellt werden. Die Spulen lassen sich einfach an sich verändernde Geometrien anpassen. Zu Kühlung ist kein Wasser notwendig; es reicht die umgebende Hallenluft. Mit einer leichten Luftbewegung werden die entstehenden Dämpfe abgeführt.
Grundsätzlich für alle Metalle gilt: Mit steigender Frequenz wird die Strom führende Materialschicht auf der Oberfläche des Werkstücks immer dünner. Diese sehr dünne Schicht wird so intensiv von Strom durchflossen, dass sie durch die Flussdichte des Stroms erwärmt wird. Diese Wärme wandert natürlich auch in das Innere des Werkstücks ab, je nach Wärmeleitwert des Werkstoffs.
- www.baueranlagen.de
