Kompressorsysteme Einfaches Automatisierungskonzept senkt Betriebskosten einer Druckluftanlage

Autor / Redakteur: Axel Guske / Frank Fladerer

Mit einfachen Mitteln lassen sich Energieeffizienz und Komfort bei Druckluftanlagen miteinander verbinden. Die nachfolgend beschriebene Anwendung zeigt, wie Energie und Druckluft mit kostengünstigen und handelsüblichen Komponenten eingespart werden können. Komponenten wie ein motorbetätigter Kugelhahn oder eine Wochenschaltuhr können bereits ausreichen, um die Energieeffizienz zu erhöhen.

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Bild 5: Eine Kompressor-Einschaltsteuerung aus einer Wochenschaltuhr und einem motorbetätigten Kugelhahn sorgt dafür, dass im Labor jederzeit Druckluft zur Verfügung steht, ohne den Energieverbrauch unnötig zu erhöhen. Bilder: GEK Kompressortechnik
Bild 5: Eine Kompressor-Einschaltsteuerung aus einer Wochenschaltuhr und einem motorbetätigten Kugelhahn sorgt dafür, dass im Labor jederzeit Druckluft zur Verfügung steht, ohne den Energieverbrauch unnötig zu erhöhen. Bilder: GEK Kompressortechnik
( Archiv: Vogel Business Media )

Ausgangslage: Ein kleinerer, öleinspritzgekühlter Schraubenkompressor versorgt bei einem Produzenten von mineralischen Rohstoffen das Zentrallabor mit Druckluft (Bild 1). Das Unternehmen Quarzwerke GmbH in Frechen, ein bedeutender Produzent von mineralischen Rohstoffen, gewinnt Industriemineralien, bereitet diese auf und veredelt sie. Insbesondere Quarz, Kaolin, Feldspat, Wollastonit und Glimmer.

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Qualität der Druckluft wichtig

Auf zahlreichen Anwendungsgebieten liefern die Rohstoffe einen wertvollen Beitrag. Eingesetzt werden diese insbesondere in der Papier-, Glas-, Gießerei-, Keramik-, Kunststoff- und der Gummi-Industrie sowie in Farben, Lacken und bauchemischen Produkten. Außer einer energieeffizienten Aufbereitungstechnik ist daher auch eine intensive Qualitätskontrolle notwendig.

Die Sicherstellung der vom Kunden geforderten Qualität erfordert Kontrollen und Untersuchungen, die manchmal rund um die Uhr laufen müssen. Für diese Prozesse ist die Druckluft im Zentrallabor ein unverzichtbarer Bestandteil.

Druckluft wird im Labor, insbesondere bei längeren Untersuchungen, auch über das Wochenende benötigt. Wochentags wird die Druckluft aus der Produktion, die in einem benachbarten Werksteil angesiedelt ist, bezogen. Durch eine unterirdische Rohrleitung gelangt die Werksdruckluft, entsprechend den Produktionserfordernissen aufbereitet, in das Laborgebäude.

Alle Schraubenkompressoren in einem Raum untergebracht

In der Produktion sind drei unterschiedlich große öleinspritzgekühlte Schraubenkompressoren im Einsatz. Außer einem drehzahlgeregelten Atlas-Copco-Kompressor werden auch zwei hocheffiziente direktgekuppelte Schraubenkompressoren von Kaeser verwendet. Alle Verdichter sind in einem zentralen Kompressorraum untergebracht.

Für eine weitere Energieeinsparung sorgt eine übergeordnete Steuerung. Die Kompressoren sind über ein Bussystem mit dem Airleader-Master verknüpft und werden so bedarfsgerecht eingesetzt. Der Airleader überwacht auch noch den Drucktaupunkt des Kältetrockners und misst mit einem separaten Flowsensor ständig den Druckluftverbrauch der Produktion.

Die Druckluftaufbereitung erfolgt über einen Kältetrockner sowie vor- und nachgeschaltete Mikrofilter. Damit wird die für die Produktion erforderliche Druckluftqualität erreicht.

Software überwacht energieeffiziente Drucklufterzeugung

Der Kompressorraum befindet sich unterhalb der Produktionsanlagen. Kühl- und Ansaugluft muss daher über einen Luftkanal zugeführt werden, der mit Lüfter und Filtrierung sowie einer Filterwand ausgestattet ist. Die Differenzdrucküberwachung dieser Filter übernimmt ebenfalls der Airleader. Mit Hilfe einer komfortablen Software kann die Drucklufterzeugung mit allen angeschlossenen Sensoren online überwacht werden.

Im Vergleich zur insgesamt erzeugten Menge an Produktionsdruckluft ist der Druckluftanteil, der für das Labor benötigt wird, verhältnismäßig gering. Er kann daher ohne Probleme von dort (Montag bis Freitag) bezogen werden.

Druckluft für das Labor wird noch einmal aufbereitet

Diese Druckluft wird, entsprechend der Anwendung, im Zentrallabor noch weiter aufbereitet. Das geschieht über kleinere Adsorptionstrockner bis hin zur Adsorption von Öldampf durch Aktivkohlefilter (Bild 2).

Zum problemlosen Betrieb einer Druckluftanlage gehört auch ein gewisser Bedienungskomfort. Wird über das Wochenende Druckluft im Labor benötigt, müsste der Laborkompressor manuell eingeschaltet werden, denn bei Produktionsschluss am Freitag werden die drei Produktionskompressoren abgeschaltet.

Kompressor-Einschaltsteuerung versorgt Labor am Wochenende mit Druckluft

Zu diesem Zweck wurde eine Kompressor-Einschaltsteuerung entwickelt. Sie besteht aus einer digitalen zweikanaligen Wochenschaltuhr vom Typ DS 35 von EIC und einem motorbetätigten Kugelhahn vom Typ Airsaver von Jork (Bilder 3 und 4).

Die Steuerung arbeitet zeitabhängig, schaltet im wöchentlichen Rhythmus den Kompressor ein und aus. Korrespondierend dazu, wird der Kugelhahn geöffnet oder geschlossen (Bild 5). Schalttage und Schaltdauer sind frei wählbar.

Bei Erreichen des Schalttags und der Schaltzeit wird über den elektromotorisch betätigten Kugelhahn (Airsaver, eingebaut in die Zugangsleitung) die Druckluftversorgung aus der Produktion unterbrochen. Etwas früher läuft der Kompressor an und übernimmt die Druckluftversorgung. Nach Ablauf der eingestellten Laufzeit wird die Druckluftleitung aus der Produktion wieder geöffnet und der Kompressor schaltet ab.

Versorgung des Labors mit Druckluft durch separaten Kompressor

Das Absperren der Druckluftleitung aus der Produktion ist notwendig, damit der Laborkompressor nur Druckluft für das Labor erzeugt. So wird Energie eingespart. Die Wochenschaltuhr – eingebaut im Kompressor – aktiviert den Kompressor an jedem Freitag um 14.55 Uhr und schaltet ihn montags um 8 Uhr wieder aus.

Der zweite Kanal dieser Schaltuhr steuert den Kugelhahn an. Dieser motorbetätigte Kugelhahn wird zur Vermeidung von Druckschlägen am Freitag um 15 Uhr langsam geschlossen und damit die Druckluftzufuhr aus der Produktion unterbrochen. Der Laborkompressor übernimmt die Druckluftversorgung des Labors dann ganz. Montags wird der Kugelhahn um 7.55 Uhr langsam wieder geöffnet, der Kompressor um 8 Uhr abgeschaltet.

Kompressor kann auch bei Ausfall der Steuerung gestartet werden

Die Steuerung wurde so konzipiert, dass der Kompressor ohne Schwierigkeiten auch von Hand gestartet werden kann, beispielsweise bei Ausfall der Steuerspannung. Die Stellung des Kugelhahns kann leicht von außen über ein Sichtfenster kontrolliert und durch Verdrehen des Motoraufsatzes in die gewünschte Position gebracht werden.

Der Kugelhahn Airsaver kann noch mehr. Leckagen in einem Leitungsnetz sind immer vorhanden. Nach einiger Zeit ist das Leitungsnetz und der Druckluftbehälter leer. Die damit verbundenen Kosten von rund 2,5 ct/m3 können spürbar sein.

Kugelhahn kann Druckluftleitungen ohne Aufwand absperren

Eingebaut in die Druckluftleitung, ermöglicht der Airsaver, Druckluftleitungen ohne große Mühen abzusperren. Das erweist sich zum Beispiel bei Leitungen, die nicht immer benötigt werden, oder über das Wochenende sowie bei Betriebsruhe als praktisch. Wenn der Anwender es wünscht, kann das Absperren automatisch oder auf Knopfdruck geschehen.

Der elektromotorisch betätigte Kugelhahn ist für verschieden große Leitungen in 1“- oder auch 2“-Ausführung erhältlich. Zum Standard-Lieferumfang gehört eine eingebaute Zeitschaltuhr. Optional ist auch eine Fernsteuerung erhältlich, mit der das Gerät nach Belieben geschlossen oder geöffnet werden kann.

Axel Guske ist Geschäftsführer der GEK Kompressortechnik GbR in 40721 Hilden.

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