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Hersteller garantiert fixe Druckluft-Kosten

Zentrum Mikroelektronik Dresden setzt auf ölfreie Kolbenverdichter
Hersteller garantiert fixe Druckluft-Kosten

Die modernisierte Druckluftstation der ZMD Zentrum Mikroelektronik Dresden AG ist in zweierlei Hinsicht bemerkenswert: Zum einen spart sie Strom durch den Einsatz von ölfrei verdichtenden Kolbenkompressoren. Zum anderen garantiert der Hersteller fixe Druckluftkosten.

Norbert Barlmeyer ist Fachjournalist in Bielefeld

„Seit Februar 2003 brauchen wir an unsere Druckluft-Erzeugung keinen Gedanken mehr zu verschwenden“, freut sich Rainhardt Sicora von der ZMD Zentrum Mikroelektronik Dresden GmbH. „Nachdem wir einen Wartungsvertrag ‚Druckluft ohne Risiko‘ abgeschlossen haben, läuft auch der Service vollautomatisch“, berichtet der Manager Facility Management. Vorausgegangen war eine fünf Jahre währende, schrittweise Modernisierung der Druckluftstation, die noch aus DDR-Zeiten stammte.
Gegründet wurde ZMD 1961 als Forschungsinstitut für Halbleiter-Physik. Arbeitsschwerpunkte waren schon zu DDR-Zeiten das Entwickeln mikroelektronischer Schaltkreise und die Produktion von Nullserien für den Ostblock. Unterstützt vom Land Sachsen, hat sich das Zentrum Mikroelektronik nach der Wende zu einem führenden Halbleiter-Unternehmen entwickelt und wurde zur Keimzelle dieser Branche in der Region um Dresden.
„Auf eine gut funktionierende Druckluft-Versorgung rund um die Uhr waren wir immer schon angewiesen“, erklärt Sicora. „Da wir die ölfreie Druckluft für Steuerungs- und Reinigungsprozesse einsetzen, ist sie unverzichtbar für unsere Produktion.“
Die vier ölfrei verdichtenden Kolbenkompressoren aus DDR-Produktion erzeugten Druckluft mit einer Gesamtleistung von 6,1 m³/min. Durch die Liquidation des Herstellers musste ein neuer Lieferant gefunden werden. Zwei Voraussetzungen sollten die Produkte erfüllen: Die neuen Verdichter sollten die Druckluft mit höchstmöglicher Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit erzeugen. Kompromisse mit ölgeschmierter Erzeugung und anschließender Aufbereitung durfte es aus Prinzip nicht geben, weil die Dresdener jedes Restrisiko für die sensiblen Produktionsprozesse ausschließen wollten. Als Lösung boten sich daher nur ölfrei verdichtende Schrauben- oder Kolbenkompressoren an.
Mehrere Hersteller lieferten Angebote ab, darunter die Compair Drucklufttechnik GmbH, Simmern. „Wir fühlten uns bei Compair neutral beraten, weil dieser Hersteller beide Verdichter-Systeme liefert“, betont Sicora. Compair habe nachweisen können, dass die absolut ölfrei verdichtenden Kolbenkompressoren bis zu 15 % weniger elektrische Energie benötigen als Schraubenverdichter vergleichbarer Leistung. Dies fällt ins Gewicht, weil die Energiekosten über einen Zeitraum von zehn Jahren nahezu 90 % der Gesamtkosten ausmachen. „Wir haben deshalb als Ersatz für unsere alten DDR-Kompressoren diese Compair-Verdichter ausgewählt“, begründet Sicora die Kauf-Entscheidung.
Unterschiede gibt es lediglich bei den Wartungskosten: Ölfrei verdichtende Schraubenkompressoren arbeiten grundsätzlich zweistufig. Bei einem Stufenaustausch, der allerdings erst nach etwa 30 000 bis 40 000 Betriebsstunden nötig wird, entstehen hohe Kosten. Bei einem ölfrei verdichtenden Kolbenkompressor hingegen fallen die Wartungskosten früher, niedriger und kontinuierlicher an. Über mehrere Jahre hinweg gerechnet kommt er jedoch günstiger, so dass sich seine höheren Investitionskosten über die Energieersparnis sehr schnell amortisieren.
ZMD ersetzte den ersten Alt-Verdichter 1997, den letzten im Jahr 2002. Die nunmehr vier ölfrei verdichtenden Compair-Kolbenkompressoren des Typs R 100 liefern je 9,42 m³/min Druckluft mit 9 bar Höchstdruck gegenüber einer Liefermenge von 6,1 m³/min je Maschine bisher. Die Gesamtleistung der Station ist also um rund 50 % gestiegen. Einen wesentlichen Beitrag zur wirtschaftlichen Arbeitsweise der R-Verdichter (früher Champion genannt) liefert die abschaltbare Volllast-Halblast-Regelung. Im Grunde hat ZMD acht „halbe“ Anlagen installiert, die in Leistungsstufen von 12,5 % zugeschaltet werden können. Diese serienmäßige Halblast-Steuerung vermeidet unnötige Leerlaufzeiten. Die Sensorsteuerung senkt das Druckband auf 0,2 bar.
„Natürlich haben wir die Verdichter nicht blind gekauft. Vor jeder neuen Investition holten wir die Angebote mehrerer Hersteller ein. Schnäppchen gab es aber nicht. Deshalb haben wir letztendlich jedesmal das Fabrikat Compair bevorzugt.“
Um den alltäglichen Bedarf zu decken, müssen maximal zwei Verdichter – in Ausnahmefällen kurzfristig auch einmal drei – laufen. Mindestens ein Kompressor bleibt immer in Reserve, damit Service-Arbeiten ohne Versorgungsengpass für die Halbleiterproduktion durchgeführt werden können. Ein geschlossener Wasser-Kühlkreislauf hält die Verdichter auf Temperatur. Die Abwärme wird nicht genutzt, weil Großkälteanlagen bereits ausreichend Abwärme zur Verfügung stellen. Drei parallel installierte Adsorptionstrockner mit einem Drucktaupunkt von -70 °C bereiten die Luft auf. Regeneriert werden sie über extern angesaugte und elektrisch erwärmte Umgebungsluft, ohne dass dadurch Druckluft verloren geht. Eine Grundlast-Wechselschaltung sorgt für einen gleichberechtigten Einsatz der vier Verdichter. Alle Komponenten der Station sind an eine speicherprogrammierbare Steuerung in der Leitwarte angeschlossen, von wo aus sich alle Betriebszustände detailliert abrufen lassen.
Bis zum Jahr 2002 forderte ZMD die nötigen Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten nach jeweils 4000 h beim Hersteller an. Im Rahmen des im Februar 2003 abgeschlossenen Wartungsvertrags „Druckluft ohne Risiko“ garantiert Compair nun eine lückenlose Druckluft-Versorgung zu einem definierten Festpreis auf Betriebsstunden-Basis. Darin sind sämtliche Wartungs-, Service- und Ersatzteilkosten der ZMD-eigenen Station enthalten. Ein Service-Mitarbeiter des Herstellers notiert einmal monatlich die Betriebsstunden der Verdichter, verschafft sich einen Überblick über die aktuelle Situation und führt bei Bedarf entsprechende Wartungsarbeiten durch.
„Die Anlagen sind so übersichtlich aufgebaut, dass wir sie auch selbst warten könnten“, meint Instandhaltungsmeister Rico Brysch. „Aber uns fehlt die Manpower. Außerdem haben wir jetzt einen präzisen Kostenrahmen und sind vor unliebsamen Überraschungen sicher.” Die direktgekuppelten, wassergekühlten Kolbenverdichter der R-Baureihe mit ölgeschmiertem Kurbelgehäuse sind in vier Größen lieferbar. Die Volumenströme reichen von 7,8 bis 17,6 m³/min (bei 8 bar Druck). Angeordnet in V-Bauweise arbeiten sie mit der anlagenschonenden Drehzahl von nur 1000 min–1. Die Druck- und Saugventile können Standzeiten von 20 000 h, die Kolbenringe von 30 000 h erreichen.
„Mit den ölfrei verdichtenden Kolbenkompressoren der R-Baureihe haben wir jetzt über sechs Jahre Erfahrung“, zieht Sicora eine Bilanz. „Die älteste Anlage hat inzwischen rund 36 000 Betriebsstunden absolviert und läuft fast ausschließlich im Dauerbetrieb. Wie die später angeschafften baugleichen Verdichter arbeitet sie zuverlässig und zu unserer vollsten Zufriedenheit“, urteilt der Manager.
ZMD machte ölfreie Verdichter zur Bedingung
Vertrag umfasst alle Wartungs- und Ersatzteilkosten
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