Mit Hochdruck zu besseren Schweißverbindungen

Druckluft mit erhöhtem Druckniveau von 12 statt 6 bar kann einen Beitrag zu höherer Qualität in der Pkw-Karosseriefertigung leisten. Denn der erhöhte Netzdruck schafft die Voraussetzung für den Einsatz von kompakteren Schweißzangen, deren Anpressdruck sich exakt regeln lässt. Diese Technologie nutzt BMW im Werk Dingolfing.

Daraus ergab sich für die Verantwortlichen der Energietechnik die Aufgabe, ihren Kollegen im Karosseriebau einen zusätzlichen Bedarf von 10.000 m3/h öl- und silikonfreier Druckluft bereitzustellen. Gelöst wurde diese Aufgabe ganz elegant, indem man sich den sinkenden Bedarf an 6-bar-Luft zunutze machte. An zwei Druckluftstationen, die ins 6-bar-Netz einspeisen, wurde je ein Booster installiert, die bei jeweils 3.000 m3/h Luft das Druckniveau auf 12 bar erhöhen.

Somit konnten vorhandene Überkapazitäten aus der 6-bar-Versorgung genutzt werden, um platzsparend und energieeffizient ölfreie 12-bar-Druckluft zu erzeugen. Dies setzt aber voraus, dass entsprechende Booster zur Verfügung stehen. In Serie werden derartige Verdichter nicht gefertigt, aber man konnte eine Maschine aus der Serienproduktion modifizieren. Denn zum Programm von Compair gehören die Kolbenkompressoren der V-Major Baureihe, die Druckluft in zwei Stufen – von 0 auf 6 und von 6 auf 12 bar – verdichten.

Compair hat für BMW eine solche Maschine gebaut, die auf die erste Verdichtungsstufe verzichtet und statt dessen mit zwei zweiten Stufen ausgestattet ist, so dass sie die doppelte Menge 12-bar-Druckluft erzeugt. Diese Lösung kommt an zwei Druckluftstationen zum Einsatz und liefert jeweils 3000 m3/h. Da die V-Major-Baureihe mit niedriger Drehzahl arbeitet, laufen die Maschinen sehr ruhig und mit hoher Effizienz. Beide Booster sind jeweils in einer Schallhaube untergebracht. Die bei der Druckerhöhung entstehende Abwärme wird betrieblich genutzt was die Energieeffizienz nochmals erhöht.

„Die Druckerhöhung von 6 auf 12 bar hat den Vorteil, dass weniger Energie für die Drucklufterzeugung benötigt wird. Schließlich setzt man schon bei 6 bar ein, muss also nur noch die Hälfte des Drucks erzeugen“, erklärt Robert Kupka, Key Account Manager von Compair. „Außerdem braucht man keine zusätzliche Druckluftaufbereitung: Die Druckluft ist auch nach der Erhöhung des Druckniveaus – und das heißt, auch nach der Verdichtung der Konzentration an Verunreinigungen – noch rein genug, um die Werksnormen zu erfüllen.“

Für die restlichen Druckluftbedarf von rund 40% errichtete BMW eine neue Druckluftstation mit vier identischen, ebenfalls ölfrei verdichtenden Champion-Kompressoren, die bei einer Motorleistung von 110 kW jeweils bis zu 1000 m3/h Druckluft erzeugen. Wie die Booster arbeiten auch die Champion-Kompressoren in Halb- und Vollast, so dass die Druckluftmenge jeweils exakt dem Bedarf angepasst werden kann.

Auch für die Produktion von Karosserievarianten in einem neuen Fertigungsbereich entschied man sich für den Einsatz von Kolbenkompressoren zur Versorgung des 12-bar-Netzes, das den Einsatz von kompakteren Komponenten erlaubt und eine sehr gute Regelbarkeit der Schweißvorrichtung erlaubt. Auf diese Weise erreicht BMW eine hohe, reproduzierbare Qualität der Schweißverbindungen.

Zwei Compair-Kompressoren aus der Champion-Baureihe mit einer Motorleistung von 110 kW und einer maximalen Liefermenge von 17 m3/min werden durch eine kleinere Maschine mit 75 kW Motorleistung und 12.1 m3/min Volumenstrom ergänzt. Durch die ölfreie Erzeugung erfordert die Aufbereitung wenig Kosten- und Energieaufwand: Es genügen zwei Kältetrockner, die bei Volllast im Parallelbetrieb arbeiten, und ein nachgeschalteter Partikelfilter.

Da die Verdichter jeweils mit Halb- und Volllast laufen können, stehen insgesamt sechs verschiedene Liefermengen zur Verfügung, mit denen BMW alle Bedarfsfälle bei minimalem Leerlaufanteil abdecken kann. Eine übergeordnete Steuerung übernimmt die Überwachung des Systems.

BMW erfasst – nicht nur in der hier beschriebenen neuen Station – über ein integriertes Dreiphasen-Messgerät exakt den Energieverbrauch jedes Kompressors. Den Verbrauch kann man mit dem ebenfalls dokumentierten Druck und der aktuellen Liefermenge in Beziehung setzen und somit die Effizienz der Kompressoren genau bewerten.

Mit dem Ergebnis sind die Verantwortlichen beim bayerischen Automobilhersteller vollauf zufrieden. Sie haben die Entscheidung für die hier eingesetzten neuen Verdichter auf der Basis der bisher gemachten Erfahrungen getroffen.

Michael Endulat Fachjournalist in Bremerhaven