Alles andere als aufgeblasen

Reimund Scherff Geschäftsbereichsleiter Ölfreie Druckluft, Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik, Essen

Sie sind leicht und „unkaputtbar“: Flaschen aus Polyethylenterephthalat, besser bekannt als PET. Wer noch Getränkekisten mit Glasflaschen geschleppt hat, weiß um die Vorteile des Kunststoffs. Nicht ganz leicht ist die Herstellung dieser Flaschen: Die PET-Rohlinge werden im sogenannten Streckblasverfahren im wahrsten Sinne des Wortes aufgeblasen, was reichlich Druckluft und einen hohen Druck erfordert. Knapp 40 bar wurden früher dazu benötigt. „Heute kommen wir mit 28 bar aus“, berichtet Bernhard Griesau, Betriebsleiter im Zweigwerk Wildberg der Schwarzwald-Sprudel GmbH. „Zusammen mit dem italienischen Maschinenbauer Sipa, der nicht nur den Streckblasprozess beherrscht, sondern auch Formen baut, haben wir das Flaschendesign und damit die Materialverteilung angepasst.“ Im Ergebnis genügen nun 28 bar, um beispielsweise in der größeren der zu den zwei Abfüllanlagen gehörenden Streckblasmaschinen acht Flaschen pro Sekunde herzustellen.

Die Reduzierung des Drucks macht sich für Schwarzwald-Sprudel bei der Stromrechnung bemerkbar. „Das spart massiv Energie“, fährt Griesau fort. Seit Beginn der monatlichen Aufzeichnungen vor einigen Jahren sei der Stromverbrauch – bezogen auf die Abfüllungen – zurückgegangen. „Allerdings haben wir auch viel investiert, nicht zuletzt in eine zuverlässige und effiziente Drucklufterzeugung.“

Diese stammt von der Essener Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH und basiert insbesondere auf deren ZD-Hochdrucklösung (siehe Kasten), bestehend aus einem zweistufigen ölfrei verdichtenden ZR-Schraubenkompressor, einem Adsorptionstrockner der MD-Baureihe und einem ebenfalls zweistufigen ölfrei verdichtenden D-Kolbennachverdichter. Insgesamt arbeiten bei Schwarzwald-Sprudel drei ZR-Schraubenkompressoren, davon zwei mit Drehzahlregelung (VSD – Variable Speed Drive), sowie zwei ebenfalls drehzahlgeregelte Booster.

Sie versorgen die beiden Abfülllinien sicher und so effizient wie möglich mit Druckluft. Fast 1000 kW installierte Leistung verdeutlichen die Größenordnung – auch wenn nie alle Maschinen gleichzeitig laufen. Die Adsorptionstrockner des Typs MD sind übrigens speziell abgestimmt auf die ZR-Schraubenkompressoren. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie ohne Einsatz von Fremdenergie das Adsorptionsmittel trocknen. Während kalte, feuchte Druckluft in den Trocknungsbereich eintritt und getrocknet wird, regeneriert heiße Luft im Regenerationsbereich das Adsorptionsmaterial.

Die Druckluft für den Streckblasprozess wird zunächst von einem der Schraubenkompressoren auf rund 8,5 bar verdichtet, bevor einer der Booster weiter auf 29 bar verdichtet, so dass an den Maschinen die erforderlichen 28 bar anliegen. Entscheidend ist, dass alle Komponenten der Drucklufterzeugung absolut ölfrei verdichten – so liefert etwa der 2011 hinzugekommene Booster-Kolbenkompressor des Typs DN 160 genauso wie die ZR-Schraubenkompressoren absolut saubere und reine Luft nach ISO 8573–1, Klasse 0 (2010). „Bereits bei der Grundsteinlegung im Zweigwerk Wildberg 2002 stand für meinen Vorgänger fest, dass nur ölfrei verdichtende Kompressoren in Frage kamen – damals konnte das nur Atlas Copco“, erinnert sich Griesau. „Im Lebensmittelbereich ist die Ölfreiheit ein Muss.“

Seit 2011 regelt darüber hinaus ein Energiesparsystem ES 130 die komplette Druckluftanlage immer so, dass die verschiedenen Kompressoren möglichst nah an ihrem jeweiligen optimalen Betriebspunkt laufen, insbesondere auch die drehzahlgeregelten Verdichter. Die Vorteile gegenüber einer konventionellen Kaskadensteuerung lassen sich direkt am ES 130 ablesen. Zudem stellt das System eine gleichmäßige Auslastung der Verdichter sicher. Alle sechs Monate erhält ein anderer Kompressor den Vorrang.

„Wir haben das System so eingestellt, dass im Winterhalbjahr vorrangig der neue ZR 250 VSD-FF mit Wärmerückgewinnung läuft – damit wir möglichst viel Wärme für Heizaufgaben wiederverwenden können“, betont der Betriebsleiter. Neben dem Kürzel VSD für die Drehzahlregelung steht das FF (Full Feature) in der Kompressorenbezeichnung für eine Ausstattung, die ab Werk alle wesentlichen Komponenten der Druckluftaufbereitung bis hin zur Wärmerückgewinnung umfasst. Auf diese Weise ist der Anschluss denkbar einfach.

„Die Entscheidung für die Nutzung der Wärmerückgewinnung war für uns logisch, denn als ein zu Edeka Südwest gehörendes Unternehmen ist das Thema Nachhaltigkeit in unserem Leitbild verankert“, erläutert Griesau. „Und zu einem nachhaltigen Energiemanagement gehört die Wärmerückgewinnung dazu.“ Hintergrund ist, dass die vom Kompressor aufgenommene Leistung beim Verdichten in Wärme umgesetzt wird. Diese Wärme lässt sich nahezu vollständig zurückgewinnen und, wie bei Schwarzwald-Sprudel, dann für die Warmwassererzeugung nutzen. „Überwiegend unterstützen wir auf diese Weise die Hallenheizung, zu einem kleineren Teil auch die Brauchwassererwärmung“, so Griesau weiter. „Läuft die Produktion auf vollen Touren, sparen wir am Tag rund 50 Liter Heizöl.“

Nachhaltigkeit war auch die Triebfeder, die eingesetzte Druckluft noch effektiver zu nutzen. Dazu muss man wissen, dass Schwarzwald-Sprudel neben dem Hochdrucknetz ein weiteres 10-bar-Mitteldrucknetz betreibt. Aus diesem werden sämtliche Steuerungsanlagen der beiden Abfüllanlagen gespeist. „Einem Vorschlag unseres Streckblasmaschinen-Herstellers Sipa folgend, haben wir nun auch eine Druckluftrückgewinnung installiert“, fährt der Betriebsleiter fort. Üblicherweise entweicht die Hochdruck-Luft nach Fertigung einer PET-Flasche. „Da es sich dabei ja aber um absolut saubere Druckluft handelt, wird diese nun über einen Ringdruckbehälter auf dem Drehkarussell der Maschine aufgefangen – und die können wir nach einer Druckreduzierung in unser 10-bar-Netz zurückspeisen.“ Das funktioniere so gut, dass bei Volllast das Mitteldrucknetz vollständig mit der „Abluft“ der Streckblasmaschinen betrieben werden könne.

Übrigens: Beim Service bezüglich der Drucklufterzeugung nutzt Schwarzwald-Sprudel die Premium-Instandhaltungsvereinbarung von Atlas Copco. Diese umfasst neben den erforderlichen Inspektionen und Wartungen auch die kostenlose Behebung aller auftretenden Schäden bis hin zur kompletten Generalüberholung. „Das ist für uns sehr beruhigend“, so Griesau, „zumal aus dem nahegelegenen Leonberg bereits seit über zehn Jahren derselbe Servicetechniker von Atlas Copco die Anlage wartet. Er kennt sich also bestens damit aus.“ •

Mit einem Class-0-Zertifikat für Ölfreiheit stellen ZD-Hochdruckkompressoren sicher und energieeffizient Druckluft für die Herstellung von PET-Flaschen bereit – bei bis zu 40 bar Druck. Das Risiko, dass Flaschenhersteller und Abfüller ihre Produkte mit Ölspuren durch unreine Druckluft kontaminieren, sinkt damit auf Null. Denn selbst kleinste Ölspuren können bei der Herstellung von Lebensmitteln nicht toleriert werden.

ZD-Hochdrucklösungen minimieren zudem den Energieverbrauch – basierend auf einer vierstufigen Konstruktion, die aus einem Standard-ZR-Schraubenkompressor und einem nachgeschalteten Booster besteht. In den beiden ersten Stufen verdichten ölfreie Schraubenelemente, während die beiden letzten Kompressionsstufen im Booster mit Kolbentechnologie arbeiten. Betrachtet man die ZD-Verdichter unter thermodynamischen Gesichtspunkten, liegt der Energieverbrauch solch eines vierstufigen Aufbaus um 7 % unter dem von dreistufigen Konstruktionen. Insbesondere bei variierenden Flaschengrößen stellt zudem die Drehzahlregelung (Variable Speed Drive – VSD) sicher, dass der Energieverbrauch weiter sinkt. Auf diese Weise lassen sich Energieeinsparungen von bis zu 35 % erreichen.

Da viele Blasformmaschinen mit einem System zur Druckluft-Rückführung ausgestattet sind, bietet Atlas Copco zudem eine speziell für diesen Fall ausgelegte Ausführung an: das Modell ZD Xtend RI. Dabei wird die auf Mitteldruck entspannte Luft in einen Behälter eingespeist, der zwischen Schraubenkompressor und Kolbennachverdichter installiert wird. Somit kann der Nachverdichter diese Druckluft direkt weiterverdichten – was beträchtliche Energieeinsparungen ermöglicht. (sk) •