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SteckanschlüsseBock auf Hygiene

Abfüllung der 0,33-Liter-Steinie-Flaschen:

Die Einbecker Brauhaus zählt mit einer bis in das Jahr 1378 reichenden Historie zu den bekanntesten Brauereien Deutschlands. Auf der Suche nach den optimalen Steckanschlüssen für den Anschluss von pneumatischen Steuerungsleitungen im Nassbereich der Abfüllanlagen stieß die Brauerei auf das Programm  17 der Eisele Inoxline.

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KompressorenPotenziale ausschöpfen

Es gibt kaum einen Industriezweig, der ohne Druckluft auskommt, denn es ist ein hocheffizientes und sicheres Versorgungsmedium. Aufgrund der ständig steigenden Energiepreise rücken die Kosten für die Erzeugung jedoch mehr und mehr in den Fokus der Betreiber. Welche Möglichkeiten gibt es, die Einsparpotenziale, die sich in einer Gesamtanlage verstecken, konsequent umzusetzen?

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Kompressoren: Potenziale ausschöpfen

Druckluft ist aufgrund der einfachen Handhabung und ihrer Bandbreite ein flexibles, universelles Arbeitsmedium und wird daher weltweit eingesetzt. Daher wird sie auch in der Zukunft eine wichtige Rolle in der Produktion spielen. So gibt es kaum einen Industriezweig, der ohne Druckluft auskommt, da oftmals viele Arbeitsabläufe davon abhängig sind. Sie ist aber nur dann ein hocheffizientes und sicheres Versorgungsmedium, wenn alle Einsparpotenziale, die sich in einer Gesamtanlage verstecken, konsequent ausgeschöpft werden. Genau wie die Elektrizität hat auch die Druckluft ihren Preis und aufgrund der ständig steigenden Energiepreise rücken die Kosten für die Erzeugung mehr und mehr in den Fokus der Betreiber. Denn viele Kompressorstationen arbeiten nicht so effizient wie sie eigentlich könnten. Dies ist aber nicht ein Problem der Druckluft an sich, sondern einzig und allein ein Nichtbeachten der Einsparpotenziale – deren Schätzung bei circa 30 Prozent liegt. Mit hoher Energieeffizienz arbeiten Druckluftanlagen nur dann, wenn man das Gesamtsystem betrachtet und alles entsprechend abstimmt. Eine der zentralen Größen ist der Energieverbrauch. Circa 60.000 Druckluftanlagen in Deutschland verbrauchen jährlich 14 Milliarden Kilowattstunden Strom. Das entspricht fünf Prozent des Stromverbrauchs der gesamten Industrie (Quelle: Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung ISI). Damit stellt sich die Frage, wie viel Strom der Betreiber pro erzeugtem oder verbrauchtem Kubikmeter Druckluft benötigt? Wird auch nur so viel Druckluft erzeugt, wie tatsächlich gebraucht wird?

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Energiekosten senken

Beim Kauf eines neuen Kompressors werden die Energiekosten eher selten angesprochen; meist geht es nur um Investitions- und Wartungskosten. Speziell dann, wenn es sich um Anlagen mit niedriger Leistung bis circa 20 Kilowatt handelt. Dabei ist die Energie der wichtigste Faktor bei den Druckluftkosten – und zwar unabhängig davon, wie viele Stunden pro Jahr der Kompressor in Betrieb ist. Bei steigenden Betriebsstunden erhöht sich der Anteil der Energiekosten sogar noch.

Grob überschlagen machen allein die Energiekosten (Last- und Leerlauf) für einen Kompressor mit circa 45 Kilowatt ungefähr drei viertel des Gesamtbetrages aus. Das finanzielle Einsparpotenzial besteht also nicht darin, einen billigen Kompressor – und hier passt das Wort – zu kaufen, sondern ein energieeffizientes Gerät. Leider werden die gesamten Lebenszykluskosten selten als Grundlage für Kaufentscheidungen genommen. Denn dies wäre gerade dann, wenn eine neue Druckluftstation geplant oder ein Kompressor ausgewechselt wird, eine sinnvolle Maßnahme. Aber auch für existierende Kompressorstationen gibt es Möglichkeiten, die Energiekosten zu reduzieren. Die Wichtigsten sind die Reduzierung von Leckagen, ein möglichst niedriger Betriebsdruck, die richtige Auslegung des gesamten Systems und die Wärmerrückgewinnung.

Auch die Wärmerückgewinnung ist für Unternehmen eine Möglichkeit, Energie einzusparen. Denn während des Verdichtungsvorgangs wird ein hoher Prozentsatz der aufgenommenen Energie in Wärme umgewandelt, die dann einer anderen Anwendung zugeführt werden kann – und damit dort Energie einspart. Bei öleingespritzten Schraubenkompressoren lassen sich beispielsweise bis zu 90 Prozenz der aufgewendeten elektrischen Energie wieder nutzen. Allein über den Öl-Wasser-Wärmetauscher können bis zu 75 Prozent der Energie zurück gewonnen werden. Der Rest verteilt sich auf den Druckluftnachkühler und die Abstrahlungswärme des Kompressors. Mit der warmen Luft lassen sich beispielsweise Räume heizen; der Betreiber muss nur ein Abluftkanal mit dem Kühlluftausgang des Kompressors verbinden. Die Ausbeute ist davon abhängig, ob die erwärmte Kühlluft den Räumen direkt oder indirekt über Wärmetauscher zugeführt wird. Hinzu kommt, dass mit der Ansaugluft feuchte Luft angesaugt und verdichtet wird. Bei der Abkühlung kondensiert der größte Teil des Wasserdampfs zu Wasser und es wird Kondensationswärme frei. Somit lassen sich Kondensations- und Verdichtungswärme zusammen an den Wärmetauschern zurückgewinnen. Eine der Voraussetzungen, um unter idealen (!) Bedingungen sogar bis zu 100 Prozent der aufgewendeten elektrischen Energie zurück zu gewinnen, ist eine relative Feuchtigkeit in der Ansaugluft von 70 Prozent und eine Lufttemperatur von 40 °C.

Hohe Wirtschaftlichkeit

Das Unternehmen Boge hat bei seinem Modell K 15, einem ölfreien Schraubenkompressor, den Abluftkanal in unmittelbarer Nähe des Kompressionsraums platziert. Das erlaubt die schnelle Ankopplung an Wärmerückgewinnungs-Systeme. Auf diese Weise kann man den Wirkungsgrad auf bis zu 94 Prozent erhöhen. In diese Serie hat das Unternehmen einiges reingepackt, um Energie zu sparen. Das beginnt schon mit dem ölfreien Verdichtungsprinzip was die Aufbereitungskosten reduziert und dass kein Leistungsverlust durch Druckluftaufbereitung entsteht. Darüber hinaus gibt es eine optionale, integrierte Steuerung, die den Mindestdruck optimiert. Auch Anlagen mit mehreren Kompressoren lassen sich relativ einfach in eine übergeordnete Steuerung einbinden (z.B. Airtelligence von Boge). Es ist eine verbrauchsabhängige Verbundsteuerung, die Leerlaufzeiten nahezu komplett eliminiert und damit die Effizienz deutlich erhöht. Airtelligence koordiniert und harmonisiert nicht nur bis zu 16 Kompressoren unterschiedlichster Bauart, sie konfiguriert auch die Anlage vorausschauend auf die größtmögliche Wirtschaftlichkeit.

Diese Steuerung gewährt zudem einen schonenden, wartungsarmen Betrieb, übernimmt die Überwachung aller Funktionen, prognostiziert anhand der tatsächlichen Entnahme den Mehr- oder Minderbedarf an Druckluft und schaltet die optimale Kompressorkombination ein. Das heißt, die Last-Leerlauf-Schaltwechsel minimieren sich und das Vermeiden teurer Leerlaufzeiten reduziert den Stromverbrauch. Diese Steuerung kann sogar nachträglich in bestehende Druckluftanlagen integriert werden.

Leckagen reduzieren

Das durchschnittliche Einsparpotenzial bei der Reduzierung von Leckagen liegt bei 16 Prozent (Studie von Radgen/Blaustein). Diese treten selten in den Hauptrohrleitungen auf, sondern in Flanschen, Verbindungen, Kupplungen, Wartungseinheiten oder dem Druckluftwerkzeug selbst. Vollständig ausschließen kann man eine Leckage in diesen Systemen nicht, sie können aber deutlich reduziert werden. Eine weitere wichtige Argumentation ist, dass ein geringes Leckagevolumen auch zu niedrigeren Betriebsstunden des Kompressors führt und damit die Wartungskosten sinken. Die einfachste Möglichkeit für den Betreiber eine Leckage aufzuspüren erfolgt mit einem Ultraschallsensor über die Schallemissionen. Eine Investition, die nur einen Bruchteil der Kosten ausmacht, die ohne diesen Test anfallen würden.
Der Arbeitsdruck beeinflusst den Energieverbrauch eines Druckluftsystems ebenfalls. Er sollte möglichst niedrig sein, denn auch hier können Energiekosten eingespart werden. So ist für einen zusätzlichen Druck von nur einem bar circa sechs bis zehn Prozent mehr Energie notwendig. In vielen Fällen muss der Druck im Behälter sogar mehr als doppelt so hoch sein, um den geforderten Wert am Verbrauchspunkt zu erreichen. Daher ist es wichtig, alle Druckverluste im Druckluftsystem zu reduzieren, angefangen beim Behälter bis hin zum Verbraucher.

Natürlich kann der Druck nur auf einen Wert gesenkt werden, bei dem immer noch gewährleistet ist, dass alle Verbraucher effizient arbeiten. Wird nur ein geringer Prozentsatz an Druckluft mit einem höheren Druck benötigt, ist es sinnvoll einen Boosterkompressor zu verwenden. Denn dieser wird von einem Standard-Niederdrucknetz gespeist, bei dem niedrigere Energiekosten anfallen und der nur den wirklich benötigten kleinen Volumenstrom auf den höheren Druck nachverdichtet.

Typische Druckverluste entstehen durch den Einsatz von Spiralschläuchen oder wenn Filterelemente nicht rechtzeitig ersetzt werden. Auch der Durchmesser der Rohrleitungen geht direkt in die Energiekosten ein, denn dieser ist bei vielen Anlagen viel zu gering. Eine Kalkulation der durch den Druckverlust in der Rohrleitung verursachten Energiekosten und der Vergleich mit der Investition für zusätzliche Rohrleitungen zeigen in den meisten Fällen, dass sich die Investition bereits in weniger als einem Jahr amortisiert. Wird beispielsweise der Druckabfall mit diesen Veränderungen nur um zwei bar gesenkt, reduziert sich der Energieverbrauch je nach Anlage im Mittel um fast 15 Prozent – zum Teil sogar ohne neue Investitionen. Um Schwachstellen im Rahmen einer Langzeitbetrachtung aufzudecken bietet Boge mit seinem AIReport-Equipment dem Betreiber eine ideale Möglichkeit. So gibt eine Messung über mehrere Produktionstage Aufschluss über die ideale Kombination der Kompressoren und einen möglichst wirtschaftlichen Betrieb.

Die wichtigste Basis für eine Entscheidung, welche Kompressoranlage zu wählen ist, ist die Information über den Druckluftbedarf. Dazu gehört nicht nur der durchschnittliche Volumenstrom sondern auch Informationen über den maximalen und minimalen Strom, Schwankungen beim Volumenstrom, den notwendigen Druck, die notwendige Druckluftqualität etc. Nur wenn diese Informationen vorliegen, kann das System optimiert werden, um die Energiekosten auf einem niedrigen Stand zu halten. Gerade die Leerlaufzeiten sind ein wesentlicher Faktor.

Bei Schraubenkompressoren mit einer intelligenten Kompressorsteuerung erhält der Betreiber alle notwendigen Informationen über Lastlauf- und Leerlaufstunden. Dabei sollte der Anteil der Leerlaufstunden so gering wie möglich sein. Einfache und billige Kompressorsteuerungen, die nur die Gesamtstunden auf einem analogen mechanischen Stundenzähler anzeigen, bieten diese Information aber nicht. Und diese Kompressoren beinhalten normalerweise auch keine intelligenten Systeme, um die Leerlaufzeiten zu minimieren. Hinzu kommt, dass in den meisten Fällen die Information über den benötigten Volumenstrom nicht verfügbar ist. Gerade wenn eine bereits existierende Anlage modifiziert oder erweitert werden soll, ist die Erfassung von Volumenstrom und Druck sinnvoll und sollte sich auch über eine ganze Woche erstrecken. Nur dann werden ausreichend Fakten zur Verfügung gestellt, um die notwendigen Informationen zur Optimierung zu erhalten.

Fazit

Druckluft ist nur dann ein energieeffizientes und Kosten sparendes Medium, wenn die vorhandenen Einsparpotenziale erkannt und umgesetzt werden. Und davon gibt es einige – Leckagen reduzieren, Wärmerückgewinnung nutzen, Betriebsdruck senken und die richtige Anlagenauslegung. Ingesamt liegen die möglichen Einsparungen bei circa 30 Prozent. Gerade bei der Planung einer neuen Kompressorstation oder dem Umbau einer bereits bestehenden Anlage, sollten diese Überlegungen in Betracht gezogen werden. st

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