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Gebläseluft senkt Stückkosten

Druckluft: Drehkolbengebläse erzeugen Niederdruck effizienter
Gebläseluft senkt Stückkosten

Moderne Druckluft-, Analyse- und Planungstechnik ermöglichen heute auch im Gebläsebereich eine energieeffiziente und betriebssichere Druckluftversorgung. Voraussetzungen sind die genaue Kenntnis des Bedarfs und eine ganzheitliche Systembetrachtung. Der Lohn: Mehr Wettbewerbsfähigkeit trotz steigender Stromkosten.

Ritterburg, Dinos, Feuerwehrfahrzeuge oder Puppenhaus – die Playmobil-Produktion der Geobra Brandstaetter GmbH & Co. KG in Dietenhofen kann nahezu alles fertigen. Tierfiguren, Fahrzeuge, Gebäude und alle weiteren Zubehörteile erhalten ihre individuelle Farbe in der Tampondruckerei. Hier bringen 25 Druckmaschinen in raschem Takt die Farbe genau dort auf, wo sie hingehört. Damit dies schnell genug erfolgen kann, liefert eine moderne Niederdruckstation mit drei Drehkolbengebläsen des Typs BB 88 C der Coburger Kaeser Kompressoren GmbH Druckluft von 0,5 bar Überdruck.

Das Tampon-Druckverfahren nutzt flexible „Stempel“, die sich die Druckfarbe exakt im erforderlichen Umriss aus einem Reservoir holen, um sie anschließend auf das entsprechend platzierte und fixierte Werkstück aufzubringen. Dabei ist die Konsistenz der Farbe entscheidend: Beim eigentlichen Druckvorgang muss nämlich exakt so viel Lösemittel verdunstet sein, dass sich die Farbe beim Kontakt mit dem Werkstück genau dessen Konturen anpasst und zugleich rückstandsfrei vom Stempel löst. „Diesen Moment ohne Hilfsmittel zu erreichen, hieße die Bearbeitungszeit über Gebühr in die Länge zu ziehen“, erläutert Jörg Bergmann, Leiter der Tampondruckerei. „Wir reden hier schon von zwei, drei Minuten – denn durch das Anblasen mit Druckluft konnten wir die Ablüftzeit so verkürzen, dass sie praktisch nicht mehr zu Buche schlägt.“
Vor dem Einsatz der Drehkolbengebläse wurde die benötigte Druckluft übrigens aus einer ‚normalen’ Druckluftstation abgezweigt. Doch die Gebläse arbeiten viel wirtschaftlicher, da das Expandieren von 8-bar-Druckluft auf 0,5 bar entfällt und zudem die trocken verdichtenden Gebläse sofort einsetzbare Druckluft liefern. „So tragen wir auch in der arbeitsintensiven Druckerei zu konkurrenzfähigen Stückkosten bei, ohne Kompromisse bei der Qualität eingehen zu müssen“, fährt Bergmann fort. Und das, obwohl der Bedarf zwischen rund 10 m3/min in der Grundlast und 16 m3/min in der Spitze schwankt. Möglich machen dies eine übergeordnete Steuerung sowie die stufenlose Drehzahlregelung bei zwei der drei Aggregate, die im Regelbetrieb eingesetzt werden.
Auch im Niederdruckbereich können die Anwender also mit effizienten Drehkolbengebläsen, Drehzahlregelung und übergeordneter Steuerung ihren Energiebedarf senken – und damit steigenden Stromkosten entgegentreten. Die Wettbewerbsfähigkeit kann so erhalten oder sogar verbessert werden, denn zusammen mit einer ganzheitlichen Planung und Systemoptimierung (was allerdings eine vorausgehende Analyse erforderlich macht) lässt sich ein großes Einsparpotenzial erschließen.
Orientieren sollte man sich dabei an den Gesamtsystemkosten (Life Cycle Costs, LCC). Das gilt für den Druckbereich bis 1000 mbar Überdruck, in dem vorwiegend Drehkolbengebläse eingesetzt werden, ebenso wie für den von normalen Kompressoren abgedeckten Bereich. Auch bei Gebläsen beanspruchen die Aufwendungen für Energie den Löwenanteil der LCC. Das bedeutet: Schon nach wenigen Jahren übertreffen die Energiekosten die Investitionskosten bei Weitem. Hinzu kommen die Aufwendungen für Wartung und Instandhaltung; dabei geht es um das unverzichtbare Absichern der Druckluft-Verfügbarkeit. Oft wird auch der Aufwand für Installation und Inbetriebnahme unterschätzt – hier kann es je nach Anbieter gravierende Unterschiede geben.
Eine notwendige, wenn auch noch keineswegs hinreichende Voraussetzung für eine energieeffiziente Versorgung mit Gebläseluft sind optimierte Systembausteine. Dazu zählen vor allem
  • leistungsfähige und effiziente Gebläse
  • sowie die entsprechenden Steuerungskonzepte.
Mittlerweile sind Drehkolbengebläse aller gängigen Leistungsgrößen im Druckbereich bis 1000 mbar Überdruck und im Vakuumbereich bis 500 mbar Absolutdruck als Kompaktversionen erhältlich. Alle Bauteile sind so platzsparend und dennoch gut zugänglich angeordnet, dass die Gebläse mit einem Minimum an Stellfläche auskommen. Darüber hinaus können alle Bedienungs- und Wartungsarbeiten von der Vorderseite aus durchgeführt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Gebläse direkt nebeneinander aufzustellen und zusätzlich Fläche einzusparen. Bei den neuesten Gebläsebaureihen ist auch die Leistungselektrik und Überwachung bereits ab Werk integriert, was besonders bei Stationen von Vorteil ist, da so Planungs- und Installationskosten gespart und die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit weiter gesteigert werden können.
Für die Effizienz sorgt insbesondere das Innenleben der Gebläse: Dreiflügelige Drehkolben mit energieeffizientem Profil in einem genau darauf abgestimmten Blockgehäuse gewährleisten hohe Förderleistungen bei niedrigem Energieverbrauch. Und geradverzahnte Block-Synchronräder mit minimiertem Zahnflankenspiel bewirken aufgrund verringerter Spaltmaße eine hohe spezifische Liefermenge. Überdies lassen sich bei der Geradverzahnung langlebige Zylinder-Rollenlager einsetzen, was vielfach längere Lagerstandzeiten bewirkt und somit eine höhere Verfügbarkeit bei verringerten Instandhaltungskosten. Ein weiterer Energie-Einspareffekt von bis zu 5 % ergibt sich durch den Einsatz energieeffizienter Antriebe. Zur Zeit werden hier selbst Motoren der Effizienzklasse eff1 durch solche mit einem nochmals gesteigerten Wirkungsgrad abgelöst (IE3).
Wichtig sind auch energiesparende Steuerungen. Interne Steuerungen wie Volllast-, Leerlauf-, Aussetzsteuerung (Dualregelung) und Frequenzumrichtung erlauben es heute, Gebläse auch im Teillastbereich energiesparend zu betreiben.
Sogar Anwendungen, die früher mit hohem Energieverbrauch über herkömmliche, von Kompressoren gespeiste Druckluftnetze versorgt werden mussten, lassen sich inzwischen wesentlich energieeffizienter gestalten, wie es das oben geschilderte Beispiel der ‚Playmobil’-Produktion zeigt. Dies geschieht durch den Verbundbetrieb von mehreren Gebläsen unter Leitung eines übergeordneten Managementsystems. Dessen Kernelement bildet eine hocheffiziente Druckbandsteuerung. Sie erfasst über äußerst sensible Sensoren die jeweiligen Druckwerte sehr genau und ermöglicht es so, eine Station mit mehreren Gebläsen in den engen Grenzen eines schmalen Druckbandes energiesparend zu steuern. Das übergeordnete Managementsystem basiert auf einem updatefähigen Industrie-PC mit hoher Rechnerleistung und großem Arbeitsspeicher; es lässt sich leicht in vorhandene betriebliche Computernetzwerke einbinden. Integrierte Webserver-Technologie macht sämtliche Betriebsdaten über die Netzwerkanbindung auf jedem internetfähigen PC mit entsprechender Berechtigung sofort sichtbar.
Auf ein solch modernes Konzept setzt bei der Vakuumförderung auch die TRW Automotive GmbH Engine Components, ein Tochterunternehmen der TRW Automotive Inc. Im Werk Barsinghausen werden Ein- und Auslassventile für Verbrennungsmotoren produziert und zwischen den einzelnen Bearbeitungszentren per Vakuumstrom befördert. Den hierzu erforderlichen Unterdruck erzeugen inzwischen neun Kaeser-Drehkolben-Vakuumgebläse vom Typ EB 290 C vac. Jedes der ‚Compact’-Gebläse ist mit stufenloser Drehzahlregelung (Frequenzumrichter) ausgestattet, so dass die Anpassung von Grund- zu Spitzenlast samt Zwischenwerten (Bereich von 6,4 bis 26,2 m3/min) schnell und energieeffizient erfolgen kann.
Jeder Fertigungsstraße ist ein eigenständiges Vakuumfördersystem zugeordnet. Die Möglichkeit, die einzelnen Anlagen über Rohrleitungen zu verbinden, schafft Versorgungssicherheit – beispielsweise bei Wartungsarbeiten an einem Gebläse. Die modernen Gebläse ersetzten dabei die früher eingesetzten Seitenkanalverdichter an den Fertigungsstraßen. Eine lohnende Anschaffung, wie Technikleiter Ralf Schroiff bestätigt: „Die neuen Gebläse haben unsere Produktivität um zehn bis zwölf Prozent verbessert.“ Sie seien zudem zuverlässiger als die vorher genutzten Anlagen und bräuchten weniger Wartung. „Und die Drehzahlregelung per Frequenzumrichter hat den Energiebedarf um rund 40 Prozent gesenkt!“
Michael Bahr Pressereferent bei der Kaeser Kompressoren GmbH, Coburg
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