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Der Betriebsleiter 6/2019

Der Betriebsleiter 6/2019

Makellose Druckluft

Makellose Druckluft Digitale Kompressorentechnik für die Herstellung dekorativer Kosmetik Ein Kosmetikhersteller beschloss aus energetischen und betriebswirtschaftlichen Gründen, seine fast 16 Jahre alten Schraubenverdichter zu ersetzen. Die Forderungen an die neue Kompressortechnologie waren hoch: ölfrei als absolute Voraussetzung, zweistufig verdichtend, wassergekühlt, hoher Wirkungsgrad auch im Teillastbereich, getriebeloser, frequenzgeregelter Direktantrieb der Druckstufen, minimale Abmessungen und Geräuschpegel unter 70 dBA. Im Fokus Effizienz Nachhaltigkeit Sicherheit Das Familienunternehmen Schwan Cosmetics entwickelt und produziert seit 1927 Kosmetikstifte. Die hundertprozentige Tochter des international tätigen Familienunternehmens Schwan-Stabilo ist heute für nahezu alle international renommierten Kosmetikfirmen ein verlässlicher Partner. Die Fertigung vom holzgefassten Augenbrauenstift über Kajal, flüssigen Eyeliner bis hin zu mechanischen Konturen- und Lippenstiften verlangt absolut reine und trockene Druckluft, mit der die Maschinen und Anlagen auf der 17 000 m ² großen Produktionsfläche in Heroldsberg bei Nürnberg versorgt werden. Deshalb ist es für die sensible Produktion der dekorativen Kosmetik selbstverständlich, dass nur ölfrei arbeitende Kompressoren zur Erzeugung des hier unverzichtbaren Mediums Druckluft eingesetzt werden. Als 2017 die Entscheidung für den Ersatz der bisher eingesetzten Schraubenverdichter gefallen war, kristallisierte sich für Gerhard Bottner, Leiter mechanische Anlageninstandhaltung bei Schwan Cosmetics, nach intensiven Marktrecherchen die Ultima-Kompressortechnologie als Mittel der Wahl heraus: „Wir wollten bei der Investitionsentscheidung zum Ersatz der bislang genutzten alten 160 kW-Verdichter einen Schritt weitergehen. Beim Ultima-Kompressor von CompAir werden als Besonderheit die Niederdruck- und die Hochdruckstufe ohne Kopplung durch ein Getriebe getrennt angetrieben und geregelt. Wir sehen das als Vorteil an, weil im Zwischenlastund Teillastbereich deutlich bessere Wirkungsgrade erzielt werden. Durch den getrennten Antrieb ist gewährleistet, dass beide Druckluftstufen auch bei schwankenden Lastanforderungen stets mit jeweils optimaler Drehzahl laufen. Eine weitere Herausforderung waren die geringen Platzverhältnisse im Technikraum. Der Ultima passt durch seine geringe Baugröße exakt auf die freie Aufstellfläche und lässt noch Platz für Erweiterungen.“ Verringerung des Energiebedarfs Das alles macht ein „digitales Getriebe“ möglich. Herkömmliche zweistufige Verdichter erreichen die benötigten Drehzahlen von bis zu 22 000 U/min durch ein schweres Hochleistungsgetriebe, das von einem Motor angetrieben wird. Diese Bauart ist dadurch schwerer, größer und weniger effizient im Vergleich zu Ultima, bei dem jede Stufe direkt von einem drehzahlvariablen Motor mit bis zu 16 000 U/min (1. Stufe) bzw. 22 000 U/min (2. Stufe) angetrieben wird. Die intelligente Steuerung des Ultima überwacht die Drehzahlen der beiden Antriebe und passt sie kontinuierlich an, um den hohen Wirkungsgrad und die geforderten Druckverhältnisse zu gewährleisten. Die Effizienz der beiden Highspeed- Permanentmagnet-Motoren übertrifft dabei sogar die Anforderungen des strengsten existierenden Standards IE4. In der Praxis Autor: Robert Kupka, Key Account Manager Ölfreie Kompressoren, Compair 20 Der Betriebsleiter 6/2019

BETRIEBSTECHNIK führt die Kombination aus hocheffizienten Motoren und digitalem Getriebe – bei identischen Liefermengen – zu einer Verringerung des Energiebedarfs. Auf die Stabilität des Druckluftnetzes, das in der Spitze mit 50 m ³ /min versorgt wird, ist Steffen Schneider, Mitarbeiter mechanische Anlageninstandhaltung und zuständig für die Betreuung der Druckluftanlagen, besonders stolz: „Wir können auf die in der Industrie üblichen 8 bar Druck verzichten. Stabile 7 bar reichen für die Versorgung unserer Anlagen und Steuerungen jetzt aus. Das verringert den Energiebedarf der Kompressoren erheblich. Und der neue Ultima- Kompressor mit den frequenzgeregelten Antrieben liefert uns exakt den für den unterschiedlichen Bedarf im Laufe des Dreischichtbetriebes notwendigen Volumenstrom auf diesem Druckniveau. Unsere Vorgabe nach 100 % ölfreier Druckluft „Class Zero“ nach ISO 8573-1 bedeutet, dass eine Kontamination mit Öl im Verdichtungsprozess des Ultima ausgeschlossen ist. Das wurde uns durch CompAir Gardner Denver nach unabhängiger Prüfung durch den TÜV Rheinland für diese Baureihe zertifiziert.“ Sichere Aufbereitungstechnik Doch auch ölfrei arbeitende Kompressoren benötigen für diese sensible Produktion eine sichere Aufbereitungstechnik. Um die komprimierte feuchte Luft zu trocknen, wird ein HOC(Heat Of Compression)-Adsorptionstrockner eingesetzt, der die Abwärme des Verdichters zur Regeneration des Trockenmittels nutzt. Um den Energiebedarf des Trockners bis auf die Stromversorgung einiger Steuerventile praktisch auf null zu reduzieren, hat man eine elegante Lösung entwickelt, die mit der Ultima-Technologie einfach realisierbar ist: Ein Teilstrom der durch die Kompression auf ca. 160 °C erhitzten Luft wird zur Regeneration des Trockenmittels genutzt und anschließend wieder mit dem Hauptstrom zusammengeführt Gerhard Bottner: „Mit dieser Aufbereitungstechnik erreichen wir konstant und ohne externen Energieeinsatz einen Drucktaupunkt von - 40 °C. Damit ist zu jeder Jahreszeit sichergestellt, dass es in dem verzweigten Druckluftnetzt zu keiner Keimbildung kommen kann.“ seit jeher die Wasserkühlung der Kompressoren. Bei Ultima kommt ein geschlossener Wasserkühlkreislauf zum Einsatz, der Auf den Punkt gebracht Beim Ultima wird jede Stufe direkt von einem drehzahlvariablen Motor mit bis zu 16 000 U/min (1. Stufe) bzw. 22 000 U/min (2. Stufe) angetrieben. Eine intelligente Steuerung überwacht die Drehzahlen der beiden Antriebe und passt sie kontinuierlich an, um den hohen Wirkungsgrad und die geforderten Druckverhältnisse zu gewährleisten. Die Effizienz der beiden Highspeed-Permanentmagnet- Motoren übertrifft dabei sogar die Anforderungen des strengsten existierenden Standards IE4. In der Praxis führt die Kombination aus hocheffizienten Motoren und digitalem Getriebe zu einer Verringerung des Energiebedarfs. überall dort Wärme abführt, wo sie entsteht – an den Motoren, den Wechselrichtern und den Verdichterblöcken. Über das ausgeklügelte Wärmesystem des Ultima wird auch die Abstrahlwärme der einzelnen Komponenten in den Wasserkreislauf transferiert, was zur Folge hat, dass nur 2 % der Leistung als Wärmeeintrag in den Technikraum abgeführt wird. Somit ist ein Zu- und Abluftsystem nicht notwendig. Durch diese gute Wärmebilanz können Ultima-Maschinen zudem mit geringem Abstand zueinander aufgestellt werden. Steffen Schneider: „Wir haben die Anlagen technisch so optimiert, dass die Wärmeenergie in den Regenerations- und Trocknungsprozess des HOC-Adsorptionstrockners fließt. Der Rückkühler, ausgestattet mit einer modernen energiesparenden EC-Technologie auf dem Dach, sorgt dafür, dass die Kühlwasservorlauftemperatur sehr niedrig ist. Eine drehzahlgeregelte Pumpe passt den Wasserstrom exakt an. Und Gerhard Bottner ergänzt: „Wir sind grundsätzlich der Ansicht, dass die Wasserkühlung der Kompressoren für uns optimal ist, denn eine Luftkühlung benötigt große Frischluftmengen und ein aufwendiges Luftführungssystem. Zudem lässt sich trotz Filtration Schmutzeintrag nicht ganz vermeiden. Wasserkühlung ist die sauberste Variante.“ Ausblick Wie sehen die weiteren Planungen für die Druckluftversorgung bei Schwan Cosmetics aus? Die beiden alten Schraubenverdichter werden als Redundanzmaschinen genutzt und in einigen Monaten soll eine zweite Ultima-Maschine hinzukommen. www.compair.com Gute Wärmebilanz Für den idealen Wärmehaushalt der Drucklufterzeugung sorgt bei Schwan Cosmetics Gerhard Bottner (links) und Steffen Schneider: Der geringe Geräuschpegel, der niedrige Energieverbrauch und die kompakte Bauweise des Ultima sind überzeugend Der Betriebsleiter 6/2019 21

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