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Schüttgut-Handling-System verhindert Staubbildung in einer Bleistiftfabrik

KESWICK, GROSSBRITANNIEN — Borrowdale im malerischen englischen Lake District ist bei Wanderern bekannt, hat aber auch einen weiteren Anspruch auf Ruhm, nämlich als Heimat der Cumberland Pencil Co. Dieses Unternehmen, das Mitte des 19. Jahrhunderts als Heimwerkstatt mit der Herstellung von Bleistiften aus lokal gewonnenem Graphit begann, produziert heute rund 750'000 Kunst- und Grafik-Bleistifte pro Woche. Diese Stifte werden weltweit unter dem Markennamen Derwent vertrieben.

Während Graphit das Ursprungsmaterial für das Geschäft von Cumberland war, umfasst der Produktmix nun eine Vielfalt von „Blei"- und Farbstiften. Und der Hauptrohstoff für die Farbstifte ist Porzellanerde, auch China-Ton oder Kaolin genannt. Das Karolin wird mit anderen Additiven gemischt, um die gewünschten Uni- oder Pastellfarben und andere Eigenschaften zu erzielen — z. B. kann ein Bleistift weich, hart, kreideähnlich, bröckelig oder löslich sein.

Kaolin ist ein halb frei fließfähiges Pulver, das dazu neigt, sich in die Lüfte zu erheben, so dass seine Handhabung in der Fabrik zu einem Luftstaubproblem führte. Cumberland erhielt den China-Ton in 25-kg-Säcken, die manuell zu einer Wiegestation transportiert wurden. Dort wurden die Säcke geöffnet und der Inhalt wurde abgewogen, mit bis zu acht weiteren Zusatzstoffen, die für die Rezeptur benötigt wurden. Das Material wurde in leere Säcke zurückgefüllt, und wenn die Charge fertig war, wurden die Säcke zum Mischen manuell in einen Mischer gekippt. Die Entleerung und Wiederbefüllung der Säcke und deren anschließende Entleerung in den Mischer trugen dazu bei, dass Material verschüttet und überall Staub verbreitet wurde.

Nach Prüfung möglicher Lösungen entschied sich Cumberland für ein automatisiertes Schüttgut-Handling-System, welches das Kaloin ohne Belastung der Atmosphäre in den Mischer überführt. Das von Flexicon entwickelte und hergestellte hermetische System besteht aus einem Austragerahmen, der die Big-Bags mit Kaolin in einen Aufnahmebehälter entleert, von dem aus das Material über einen flexiblen Schneckenförderer zu einem Wiegetrichter transportiert wird. Abgesehen von der Staubbeseitigung hat das System auch die Tendenz von Ton zum Zusammenpappen, Schmieren, Verkleben und Bilden von Brücken, Tunneln und Verengen des Durchgangs minimiert.

Dank der neuen Anlage kann der China-Ton nun in 1-Tonnen-Big-Bag bezogen werden. Wenn ein Big-Bag benötigt wird, wird er mit einem Gabelstapler zum Big-Bag-Austragerahmen transportiert, der über einen freitragenden I-Träger mit Elektrohebezeug und Laufkatze verfügt. Die Trageschlaufen des Big-Bags werden an einem Hubkreuz eingehängt, das am Hebezeug hängt und von diesem mit dem Big-Bag direkt über dem Aufnahmetrichter platziert wird.

Der Inhalt des Big-Bags wird dann über ein abgedichtetes, Teleskoprohr, genannt TELE-TUBE™, das zu einer staubdichten Verbindungsstelle führt, in den Trichter mit einem Fassungsvermögen von 225 l geleitet. Das untere Ende des Rohres ist mit einem Kragen am Deckel des abgedichteten Trichters verbunden und das obere Ende hat einen patentierten SPOUT-LOCK™-Klemmring*, der am Auslauf des Big-Bags befestigt wird.

Eine pneumatische Drucktastensteuerung hebt die Oberseite des Teleskoprohres in Richtung Big-Bag an, während der Klemmring offen ist, so dass der Big-Bag Stutzen durch den Ring gezogen werden kann. Die saubere Seite des Big-Bag Stutzens wird über die saubere Seite des Teleskoprohres nach unten gezogen und der Ring wird darüber verriegelt. Dann wird die Schlauchanordnung abgesenkt, bis der Big-Bag Stutzen straff gezogen wird.

Nach Lösen des Auslasses zieht das Teleskopsystem den Big-Bag Auslass beständig nach unten, hält ihn während des Entleerens stramm und zieht den Big-Bag in die Länge. Die Spannung hält den Auslauf straff und sorgt für einen gleichmäßigen Materialfluss. Der Entleerer ist zudem mit FLOW-FLEXER™-Sack-Walkeinrichtungen ausgestattet — dabei handelt es sich um zwei pneumatisch angetriebene Platten, die gegenüberliegende Unterkanten des Big-Bags periodisch anheben und absenken, so verdichtetes Material lösen und den Materialfluss in den Auslaufstutzen fördern. Insofern der Big-Bag leichter wird, nimmt der Hub der Sack-Walkeinrichtungen zu und bringt den Big-Bag in eine steile „V"-Form. Dies eliminiert Toträume und führt zu einer vollständigen Entleerung des Materials ohne manuelles Zutun. Ein Trichtersieb scheidet Fremdkörper aus dem Kaolin aus.

Vom Aufnahmebehälter aus wird der China-Ton schwerkraftgetrieben in den Rachen eines 3 m langen flexiblen Schneckenförderers geleitet, der das Material vertikal in einen 40 kg fassenden konischen Wiegebehälter überführt. Die Zuführung wird durch einen seitlich montierten Rüttler namens „FlexiFinger" unterstützt.

Der flexible Schneckenförderer basiert auf einer flexiblen Schnecke, die in einem Rohr mit 168 mm Durchmesser untergebracht ist. Die Schnecke ist „flach" gebaut und für den effizienten Transport von nicht frei fließenden Materialien ausgelegt. Sie wird am oberen Ende von einem Elektromotor mit rechtwinkligem Getriebe angetrieben, der oberhalb der Materialentladestelle sitzt, so dass kein Pulver in Kontakt mit den Antriebsdichtungen kommt und diese beschädigt.

Da die flexible Schnecke vollständig eingehaust ist, wird jeglicher Staubaustritt verhindert. Im Gegensatz zu starren Schneckengewindetrieben zentriert sich die flexible Spirale (Schraube, Schnecke), beim Drehen innerhalb des Förderrohres selbst und schafft so einen großen Abstand zwischen Schnecke und Rohrwand, was das Zermahlen des Materials reduziert oder verhindert.

Der Wiegebehälter ist auf WägeZell montiert, die Gewichtszunahme-Daten an das Steuersystem übertragen, welches den Durchfluss auf Rieseln reduziert, sobald sich die Charge ihrem vorgegebenen Sollgewicht nähert. Bei Erreichen des Sollgewichts öffnet sich ein pneumatisch betätigtes Schieberventil, das die Schwerkraftentladung der abgewogenen Charge in einen Big-Bag ermöglicht — auch hier komplett staubgeschützt. Der Big-Bag wird daraufhin zum Mischer gebracht, wo sein Inhalt mit den anderen Zutaten des jeweiligen Rezeptes vermischt wird. Wenn Material aus einer gemessenen Charge ungenutzt bleibt, kann der Überschuss in den Haupttrichter zurückgeführt werden, indem eine Zugangsklappe angehoben und das Pulver durch ein Sieb geschüttet wird.

Der heutige Betrieb von Cumberland Pencil würde die Hirten, die ihre Schafe im 16. Jahrhundert hier in Borrowdale hielten, zweifellos schwer in Erstaunen versetzen. Wo es doch genau sie waren, die nach einem schweren Sturm das Graphit unter den Wurzeln der umgestürzten Bäume an einem Talhang entdeckten.


* Patentiert oder zum Patent angemeldet.

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Bild 1: Ein Big-Bag ist im Rahmen eingehängt und bereit, den China-Ton über die TELE-TUBE™-Baugruppe in den Aufnahmebehälter zu entleeren.
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Bild 2: Der SPOUT-LOCK™-Klemmring und das TELE-TUBE™-Teleskoprohr ermöglichen eine schnelle, staubdichte Verbindung zwischen Big-Bag Stutzen und Trichter und ziehen den Big-Bag beim Entleeren lang, wodurch der Materialfluss gefördert wird.
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Bild 3: Ein flexibler Schneckenförderer (das schmale Rohr in der Mitte des Fotos) übergibt das Produkt an den Wiegetrichter, der auf WägeZell montiert ist, die die Gewichtzunahme-Daten an die Steuerung übermitteln.
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Bild 4: Wenn der Wiegetrichter sein Sollgewicht erreicht hat, wird die Ton-Charge in einen Big-Bag entladen und zum Mischer gebracht.
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Bild 5: China-Ton sieht im Ruhezustand ziemlich harmlos aus, kann aber bei offener Handhabung eine Menge Flugstaub verursachen.
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Bild 6: Eine Warenprobe der Derwent-Bleistifte von Cumberland.
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