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Der Betriebsleiter 11-12/2015

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DRUCKLUFTTECHNIK I

DRUCKLUFTTECHNIK I SPECIAL Druckluft für technische Keramik Direktgetriebener, drehzahlgeregelter Schraubenkompressor führt zu mehr Energieeffizienz 01 Bei einem Hersteller von technischer Keramik kommt in den Anlagen und Maschinen die teure Energieform Druckluft zum Einsatz. Damit diese sich an permanente Lastwechsel anpassen lässt und somit kostenintensive Leerlaufzeiten vermieden werden, setzt das Unternehmen auf einen direktgetriebenen, drehzahlgeregelten Schraubenkompressor. Dieser ermöglicht zudem die Wärmerückgewinnung. Im Fokus Effizienz Sicherheit Nachhaltigkeit Die in Plochingen bei Stuttgart beheimatete CeramTec GmbH zählt zu den führenden Herstellern von Hochleistungskeramik. Dieser Werkstoff spielt mit seinen besonderen mechanischen, elektrischen, thermischen und biologisch-chemischen Eigenschaften eine wichtige Rolle in vielen Anwendungen. „Hochleistungskeramik kommt dort zum Tragen, wo andere Werkstoffe versagen“, erläutert Stephan Kaiser, technischer Leiter und Fachkraft für Arbeitssicherheit bei CeramTec. So statteten die Experten von CeramTec beispielsweise die Skisprungschanzen für die olympischen Winterspiele im russischen Sotschi mit einem Anlaufspursystem aus Keramik aus. Ein wichtiges Feld ist die Herstellung keramischer Komponenten für die Medizintechnik. Als Marktführer für Kugelköpfe und Pfanneninserts für Hüftgelenks­ Prothesensysteme fertigt CeramTec jährlich über eine Million Komponenten. Zum Portfolio gehören zudem Dicht- und Regelscheiben in Sanitärarmaturen, Schneidplatten zur Metallbearbeitung, Träger für elektronische Schaltungen, Geräte- und Maschinenelemente, Sicherungsbauteile, Schutzelemente bis hin zu Piezokeramiken als Kernbauteile von Sensoren. Auf energieeffiziente Produktion gesetzt Bei der Herstellung der Produkte legt das Unternehmen besonderen Wert auf eine effiziente Prozesstechnologie. Deswegen hat sich CeramTec freiwillig verpflichtet, den Betrieb nach dem Umweltmanagementsystem gemäß DIN EN ISO 14001 zertifizieren zu lassen. Darin ist das Energiemanagementsystem nach ISO 50001 integriert. Eine Möglichkeit, Energiekosten zu senken, ist eine effiziente Drucklufterzeugung – da sind sich die Verantwort lichen von CeramTec einig. Deshalb setzt das Unternehmen seit Jahren auf Schraubenkompressoren von Almig. „Technische Keramik herzustellen, ist ein äußerst komplexer Prozess. Das läuft ganz ähnlich ab wie in einer Backstube“, schmunzelt Kaiser. „Statt Mehl und Eiern verwenden wir hochreine Materialien wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumnitrid sowie Siliziumnitrid.“ Im Produktionsprozess nutzt das Unternehmen spezielle Fertigungsverfahren wie Brennen unter reduzierender Atmosphäre oder heiß-isostatisches Pressen – ein Verfahren, bei dem das Material zugleich unter sehr hohem Druck gepresst und gesintert wird. Je nach gewähltem Herstellungsverfahren und Kombination der optimalen Ausgangsstoffe lassen sich so gezielt keramische Bauteile mit individuellen Eigenschaften herstellen. Druckluft den Anforderungen entsprechend Die Hartbearbeitung der Bauteile erfolgt in einem hochmodernen Maschinenpark. Dazu zählen zum Beispiel Bearbeitungszentren, die die fertig gesinterten Keramikteile von fünf Seiten in einer Aufspannung mit Diamantwerkzeugen bearbeiten können. Druckluft kommt zum Beispiel für die Steuerung der Ventile oder Zylinder an den 32 Der Betriebsleiter 11-12/2015

SPECIAL I DRUCKLUFTTECHNIK 01 Unter anderem im Herstellungsprozess von Komponenten für Hüftgelenks-Prothesen ist Druckluft unentbehrlich Maschinen zum Einsatz. Einen großen Stellenwert nimmt sie zudem als sogenannte Sperrluft ein. Damit können Hohlräume mit Hilfe eines Luftüberdrucks berührungsfrei abgedichtet werden. Die Druckluft verhindert somit, dass Bohrwasser oder Späne in die Lager der Bearbeitungsspindeln eindringen oder Linearmaßstäbe und Gleitflächen der Messsysteme beschmutzen, die in der Qualitätssicherung im Einsatz sind. „Bevor wir das Energiemanagementsystem bei uns eingeführt haben, übernahmen vier luftgekühlte Schraubenkompressoren zwischen fünf und 13 bar wählbar. Der Druckluftbedarf kann bei CeramTec bis zu 1,1 Mio. m³ im Monat betragen. „Mit unserer Lösung lässt sich das sicher bewältigen“, weiß Salzmann. Die Steuerung der Variable 150 „Air Control 3“ regelt alle fünf Kompressoren im Verbund. „Die Energievorteile der Drehzahl regelung können wir somit voll nutzen, weil sie nur so viel Druck erzeugen, wie tatsächlich gebraucht wird“, erläutert Salzmann. Dieser Druck wird konstant gehalten. Steigt der Verbrauch an die Maximaldrehzahl, wird Der neue öleingespritzte, drehzahlgeregelte, direktangetriebene Kompressor vermeidet Leerlauf und teure Lastwechsel 02 Der drehzahlgeregelte, direktangetriebene Kompressor der Variable 150-Baureihe vermeidet Leerlaufzeiten und passt sich dem tatsächlichen Druckluftbedarf permanent an der Baureihe Belt 55 von Almig die Versorgung mit Druckluft“, sagt Werner Portscher, Leiter Instandhaltung bei CeramTec. Diese Kompressoren mit einer Leistung von je 55 Kilowatt sorgen für lange Standzeiten und niedrige Wartungskosten. Im Dauerbetrieb sind sie zuverlässig und betriebssicher. Die kompakt gebauten Schraubenkompressoren überzeugen durch eine wirksame Kühlung und eine gute Schall- und Vibrationsdämmung. Zudem lassen sie sich fundamentlos aufstellen und sorgen durch großzügig bemessene Kühler für niedrige Anlagen- und Druckluft-Austrittstemperaturen. Diese Baureihe wird jedoch im Last-Leerlauf geregelt. Die Kompressoren laufen damit immer bei voller Leistung. Im Rahmen des Energiemanagements sollte der Verbrauch an den tatsächlichen Bedarf flexibel angepasst werden können. Leerlaufzeiten vermeiden Nach eingehender Diskussion mit den Almig-Beratern entschied sich CeramTec für eine weitere Anlage, einen Schraubenkompressor der Baureihe Variable 150. Dieser öleingespritzte, drehzahlgeregelte und direktangetriebene Kompressor vermeidet den Leerlauf und teure Lastwechsel. „Mit dieser Lösung spart CeramTec erheblich Strom“, sagt Armin Salzmann, Gebietsverkaufsleiter bei Almig, der den Keramik­ Hersteller betreut. „Denn bei mehreren tausend Lastwechseln pro Jahr summiert sich der Energieaufwand beachtlich.“ Die Variable-Baureihe läuft energetisch sehr günstig. „Im Vergleich zu den anderen Kompressoren, die im Last-Leerlauf geregelt werden, spart der Kompressor der Variable-150-Reihe schon allein damit rund 30 Prozent Energie“, erklärt Salzmann. Die Variable 150 liefert zwischen 9,40 und 27,25 m³/min. Der Betriebsdruck ist einfach ein weiterer Kompressor der Baureihe Belt zugeschaltet. In der Hauptlastphase laufen die eingesetzten Anlagen mit gleicher Drehzahl synchron. In der Schwachlastphase, wenn weniger produziert wird, kann auch nur der Variable-Kompressor eingeschaltet sein. Dieser passt sich automatisch an das Verbrauchsprofil an. Er arbeitet immer, auch bei kleinem Druckluftbedarf. Ölfreie Druckluft – nur bei Bedarf Bei bestimmten Anwendungen muss die Druckluft ölfrei sein – zum Beispiel bei der Herstellung medizinischer Bauteile wie den Keramik-Gleitpaarungen für Hüftgelenkprothesen. „Ölfreie Druckluft kommt auch in der Qualitätssicherung bei den luftgelagerten Messsystemen zum Einsatz“, erklärt Kaiser. Um dabei jegliche Verschmutzung zu vermeiden, wird die Luft mit Zyklon, Vorfilter, Kältetrockner, Feinst- und Aktivkohlefilter aufbereitet. „Für uns ist diese punktuelle Aufbereitung günstiger als eine Aufbereitung der gesamten Druckluft. Denn das wäre mit höheren Wartungskosten verbunden“, sagt Portscher. Energie wird weiterhin durch die integrierte Wärmerückgewinnung gespart. Bei Schraubenkompressoren mit Öleinspritzung führt das Öl etwa 72 Prozent der zugeführten elektrischen Energie ab. Diese Energie kann zurückgewonnen werden. „Die öleingespritzten Schraubenkompressoren sind werkseitig mit Wärmetauscher und Wasserregelventilen zur Heizwassererwärmung auf 70°C ausgestattet“, sagt Almig- Berater Salzmann. Der Wärmetauscher lässt eine sehr hohe Wärmeausnutzung zu, er ist platzsparend untergebracht und ermöglicht diese hohen Wassertemperaturen. Während die Kompressoren der Belt-Baureihe luftgekühlt sind, hat sich CeramTec 03 (v. l.) Werner Portscher und Stephan Kaiser haben die Energieeffizienz der Druckluftversorgung bei CeramTec im Blick bei dem neuen Kompressor für eine wassergekühlte Anlage entschieden. Diese kann einfach an einen Kühlwasserkreislauf angeschlossen werden. Das für die Kühlung der Anlage verwendete Wasser wird anschließend direkt in das Heizungssystem eingeleitet. Damit ergibt sich besonders in den Wintermonaten ein hohes Einsparpotenzial. Hohe Anlagenverfügbarkeit Ein wichtiger Grund für CeramTec, sich wieder für eine Anlage von Almig zu entscheiden, ist die robuste Bauweise dieser Kompressoren. „Damit haben wir eine sehr hohe Anlagenverfügbarkeit, weil nur selten Reparaturen anfallen – und das wirkt sich deutlich auf die Kosten aus“, ist Kaiser zufrieden. Das Wartungsintervall bei den Kompressoren liegt bei 4000 Betriebsstunden. Bilder: 01 CeramTec, 02-03 Almig www.almig.de Der Betriebsleiter 11-12/2015 33

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