Pumpenauswahl für Lebensmittel-Vakuumverpackungslinien: zuerst diese vier Parameter berechnen

Bei der Auswahl der Vakuumpumpe für eine Lebensmittel-Vakuumverpackungslinie reicht der Blick auf das Typenschild „ausgestattet mit 20 m³/h-Pumpe“ nicht aus. Bei derselben Kammer, ob auf 40 mbar oder 5 mbar evakuiert wird, ob der Takt 12 Sekunden oder 25 Sekunden beträgt, ob Luft oder gargekochte Lebensmittel mit Brühe abgesaugt werden, kann sich die gewählte Baugröße um zwei Stufen unterscheiden. Wenn man Arbeitsvakuum, Saugleistung und Takt, abgesaugtes Medium sowie Betriebsart nacheinander berechnet, konvergiert die Modellwahl im Wesentlichen auf drei bis vier Optionen.

1. Arbeitsvakuum: Zuerst den Absolutdruck nennen, nicht umgangssprachlich mit „wie viel Druck“ weitergeben

Ein häufiger Fehler zwischen Einkauf und Technik besteht darin, Relativdruck als Absolutdruck zu behandeln. Wird die Kammer auf −960 mbar Relativdruck evakuiert, beträgt der tatsächliche Absolutdruck 53 mbar; sagt dieselbe Aussage „auf 40 mbar evakuieren“, entspricht das einem Relativdruck von −973 mbar. Die Differenz von 13 mbar stellt unterschiedliche Anforderungen an die Pumpe.

Der übliche Bereich für Lebensmittelverpackungen ist 30～50 mbar Absolutdruck. Bei wasserhaltigen Materialien wie Gargut, in Lake eingelegten Speisen und vorgefertigten Gerichten wird auf unter 50 mbar gearbeitet; der Restsauerstoffgehalt lässt sich unter 2% drücken. Für diese Größenordnung reicht eine einstufige ölgedichtete Drehschieberpumpe: V0040A bis V0100 erreichen bei geschlossener Gasballastvorrichtung ein Endvakuum von 0.1 mbar, V0155 von 0.3 mbar; der tatsächliche Arbeitspunkt liegt noch zwei Größenordnungen vom Endvakuum entfernt, die Saugleistung liegt im Wesentlichen beim Nennwert.

Zu beachten ist, dass Endvakuum und Materialtemperatur gemeinsam betrachtet werden müssen. Bei 40 ℃ beträgt der Sättigungsdampfdruck von Wasser etwa 74 mbar; sobald die Kammer unter 40 mbar evakuiert wird, beginnt Wasser an der Materialoberfläche zu sieden, und die Pumpe saugt nicht mehr Luft, sondern Wasserdampf ab. Das entscheidet darüber, wie der dritte Punkt zu wählen ist.

2. Saugleistung und Takt: aus Kammervolumen und Zeit rückrechnen

Die Evakuierungszeit wird mit t = V / S × ln(P₁/P₂) abgeschätzt, wobei V das Kammervolumen plus den umgerechneten Luftanteil in den Beuteln ist und P₁ mit 1013 mbar angesetzt wird. Das berechnete S wird mit einem Zuschlag von 1.3 multipliziert, erst dann ergibt sich die erforderliche effektive Saugleistung. Die effektive Saugleistung muss außerdem mit dem Leitwert der Rohrleitung verknüpft werden: S_eff = 1 / (1/S_Pumpe + 1/C_Leitung); C ist der äquivalente Leitwert von Rohr, Bögen und Ventilen.

Beispiel einer Doppelkammer-Vakuumverpackungsmaschine: Das effektive Volumen einer Kammer beträgt 60 L, Ziel sind 40 mbar; bei wechselnder Doppelkammer und einem Takt von 10 Zyklen/min steht für jede Kammer ein Evakuierungsfenster von etwa 12 Sekunden zur Verfügung.

Zuerst die erforderliche effektive Saugleistung berechnen: S = 0.06 / 12 × ln(1013/40) = 0.0162 m³/s ≈ 58 m³/h; mit 1.3 multipliziert ergibt 76 m³/h.

Dann die Rohrleitung betrachten. Angenommen, der äquivalente Leitwert eines kurzen DN32-Rohrs beträgt 80 m³/h:

Konfiguration	Saugleistung der Pumpe	Leitwert der Rohrleitung	Effektive Saugleistung	Zeit bis 40 mbar
V0063 + DN32	63 m³/h	80 m³/h	35.2 m³/h	19.8 s
V0100 + DN32	100 m³/h	80 m³/h	44.4 m³/h	15.7 s
V0063 + DN40	63 m³/h	150 m³/h	44.4 m³/h	15.7 s
V0100 + DN40	100 m³/h	150 m³/h	60.0 m³/h	11.6 s

Der Vergleich der letzten beiden Zeilen in der Tabelle ist für diese Linie entscheidend: Pumpenwechsel und Rohrwechsel ergeben dieselben 44.4 m³/h. Das DN32-Rohr nimmt von den 100 m³/h der V0100 56% weg; die zusätzlich aufgewendete Leistung wird im Rohr verbraucht. Zuerst den Rohrleitungsdurchmesser ausreichend berechnen, dann über die Pumpengröße sprechen.

3. Abgesaugtes Medium: 1 L Wasser sind bei 40 mbar 36 m³ Gas

Bei Normaltemperatur und Atmosphärendruck ergeben 1 L verdampftes Wasser etwa 1.2 m³; unter den Bedingungen 40 mbar und 40 ℃ beträgt das Volumen von ebenfalls 1 kg Wasserdampf 36 m³. Ein Beutel in Lake eingelegter Speisen führt 5 mL Wasser mit, was für die Pumpe 0.18 m³ Wasserdampf bedeutet, während die gesamte Linie pro Stunde nur einige hundert Kubikmeter Luft bewegt. Bei Materialien mit Brühe stammt die Evakuierungslast überwiegend aus Wasser, nicht aus Luft.

Dafür gibt es zwei Maßnahmen:

Erstens Gasballast einschalten. Der Gasballast mischt trockene Luft in den Verdichtungsraum; der Wasserdampfpartialdruck erreicht den Sättigungspunkt nicht und wird ausgeschieden, das Pumpenöl emulgiert weniger leicht. Der Preis dafür ist eine um 15%～30% geringere Saugleistung und ein schlechteres Endvakuum (V0155 von 0.3 mbar auf 0.5 mbar). Rechnet man mit 20% Abfall, bleiben der V0100 an der DN40-Rohrleitung nur noch 80 m³/h effektive Saugleistung; bis 40 mbar werden 13.4 Sekunden benötigt, der 12-Sekunden-Takt ist nicht mehr zu halten, erst mit V0155 (150 m³/h) bleibt Reserve.

Zweitens Filter und Wasserabscheidung ergänzen. Auf der Ansaugseite einen Filter installieren, der Brühenrückstände und Pulver zurückhält; die Einheit mit Ober- und Untertank auslegen, wobei der obere Tank als Puffer dient und der untere Tank Wasser sammelt und abführt, damit keine Flüssigkeit direkt in den Pumpenraum gelangt. Bei Linien mit hohem Anteil feuchter Materialien ist diese Maßnahme wirksamer als eine Pumpengröße größer.

4. Betriebsart und Reinigung: Für kontinuierliche Linien eins in Betrieb, eins als Reserve

Bei zwei Schichten pro Tag ohne Stillstand dazwischen bedeutet ein Pumpenstillstand den Stillstand der gesamten Linie. Die Einheit mit zwei parallel geschalteten Pumpen auslegen, eine in Betrieb, eine als Reserve, und bei Druck unter dem Sollwert automatisch umschalten; das ist in Lebensmittelbetrieben übliche Praxis. Bei drei Schichten im Dauerbetrieb sind außerdem die Dauerlaufgrenzen der Pumpe zu beachten. Im Datenblatt der V0100 ist angegeben, dass der Arbeitsdruck im Dauerbetrieb unter −300 mbar Relativdruck liegen muss und die Umgebungstemperatur 0～35 ℃ beträgt; der Pumpenraum muss im Sommer belüftet werden.

Bei diskontinuierlicher Produktion und wenigen Schichten reicht eine Einzelpumpe mit Puffertank; das Tankvolumen nach Spitzenverbrauch und zulässigem Druckabfall berechnen.

Für die Reinigungsumgebung gibt es eine weitere Grenze: Arbeitsplätze wie Vakuumsauger, Beutelöffnen und Grobevakuierung vor der Begasung, die nur bis zur Größenordnung 100 mbar evakuieren, können mit ölfreien Pumpen betrieben werden. V16: Saugleistung 16 m³/h, Endvakuum 100 mbar, 0.38 kW, Abgas ohne Ölnebel; soll es ölfrei und mit großem Volumenstrom sein, ZS150: Saugleistung 140 m³/h, Endvakuum 60 mbar. Für echte Verpackungsarbeitsplätze, bei denen die Kammer unter 40 mbar evakuiert werden muss, bleiben ölged

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Häufig gestellte Fragen

Welcher Unterdruck ist für eine Lebensmittel-Vakuumverpackungsmaschine geeignet?

Gekochte Speisen, Marinaden und Fertiggerichte werden üblicherweise bei 30–50 mbar absolut verpackt, Restauerstoff unter etwa 2 %. DPL-V0040A bis V0100 mit 0,1 mbar Enddruck decken diesen Bereich ab.

Wie berechne ich die Evakuierungszeit?

Mit t = V / S × ln(1013/P2). Eine Kammer mit 60 L, die in 12 s auf 40 mbar evakuiert wird, benötigt rund 58 m³/h effektive Saugleistung, danach 1,3 als Reserve aufschlagen.

Warum wird das Pumpenöl bei Brühe milchig?

Wasserdampf kondensiert im Ölraum. Gasballast öffnen, Saugfilter einbauen und ein Zwei-Behälter-Aggregat zur Flüssigkeitsabscheidung nutzen; die Saugleistung dabei 20 % niedriger ansetzen.

Wie stark wirkt sich der Rohrleitungsdurchmesser aus?

Deutlich: Bei DN32 liefert die DPL-V0100 nur 44,4 m³/h effektiv, mit DN40 sind es 60,0 m³/h. Der Rohrquerschnitt wirkt oft stärker als eine Pumpengröße mehr.