Druckmessung, (Bild: darezare - Fotolia)
Hersteller von Kompressoren sind sich durch die Bank einig: der alles beherrschende Trend in der Branche heißt nach wie vor Energieeffizienz. In der Abwasseraufbereitung, um ein Beispiel zu nennen, entfallen 70 Prozent der Betriebskosten einer Kläranlage auf die Energie, die die Druckluftanlage verbraucht. Und bei den Kompressoren selbst sind es 90 Prozent der gesamten Lebenszykluskosten. Kein Wunder, dass alle Hersteller ihre Anstrengungen im Bereich der Entwicklung in erster Linie auf das Thema Energieeffizienz konzentrieren, denn ein Prozent Einsparung an dieser Stelle kann für den Kunden viele 1000 Euro Unterschied bedeuten.
Industrie 4.0 als fortlaufende Entwicklung
Auf das Thema Industrie 4.0 angesprochen zeigen sich dagegen die meisten Hersteller erstaunlich gelassen. Herr Jeschabek von Almig Kompressoren bringt es folgendermaßen auf den Punkt: „Schon lange bevor der Begriff Industrie 4.0 überhaupt aufkam war für uns die Vernetzbarkeit der Produkte ein unverzichtbarer Bestandteil zur Steigerung der Effizienz bei der Drucklufterzeugung.“
Der 2008 von Aerzen entwickelte Delta Hybrid ist nach wie vor weltweit die erste Baureihe von Drehkolbenverdichtern und bislang das einzige Aggregat, das Gebläse- und Verdichtertechnologie in einem System vereint. Bild: Aerzen
Produkte des Unternehmens kommunizieren nicht nur untereinander, um die Betriebssicherheit zu erhöhen und eine gleichmäßige Auslastung zu gewährleisten, sondern auch mit einer eventuell vorhandenen Kundenleitwarte. Seit vielen Jahren bietet das Unternehmen mittels Software oder Webserver einen Fernzugriff auf die Kompressorstation an. Jeschabek stellt daher klar: „Für uns ist das Thema deshalb nicht neu, sondern bestätigt uns in der bisherigen Entwicklung unserer Steuerungstechnologien.“
Und so sehen es alle anderen befragten Unternehmer auch. Die Entwicklung vernetzter Strukturen ist eine Notwendigkeit, die sich daraus ergibt, dass man besonders wartungsfreundliche und prozessoptimierte Produkte anbieten möchte, was der Wettbewerb ganz von alleine erzwingt.
Energieeffizienz – die Mutter aller Trends
„Das wichtigste Thema in der Drucklufttechnik ist seit Jahren die Energieeffizienz“, so Michael Gaar, Sprecher von Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik in Essen.
Wobei sich das Unternehmen bei dem Thema Energieeffizienz als Vorreiter sieht. Schließlich wurde der Hersteller gerade erst in diesem Jahr vom amerikanischen Magazin Newsweek unter den 500 weltweit größten börsennotierten Unternehmen zum umweltfreundlichsten Unternehmen gewählt, das in Sachen Energie- und Wasserverbrauch, Treibhausgasemissionen und Abfallverwertung ganz vorne steht. „Trotzdem glauben wir immer daran, dass es noch besser werden kann“, betont Gaar. Bestes aktuelles Beispiel seien die öleingespritzten Schraubenkompressoren des Typs
GA VSD+. Diese Baureihe hatte der schwedische Industriekonzern vor zwei Jahren als völlig neue Konstruktion auf den Markt gebracht. Begonnen wurde mit Leistungen ab sieben Kilowatt, aktuell geht die Bandbreite bis 37 Kilowatt. Die Serie wird derzeit weiter ausgebaut und 2016 für noch höhere Leistungen erhältlich sein. „Der Markt saugt diese Modelle regelrecht auf“, stellt Michael Gaar fest.
Wir haben in diesem Jahr ein Managementsystem für Lebensmittelsicherheit eingeführt und wurden dafür nach ISO 22000 zertifiziert.
Michael Gaar, Atlas Copco. Bild: Atlas Copco
„Das Produkt ist so erfolgreich wie lange kein anderes, was sicherlich an der speziellen Anordnung der Verdichtungselemente und der daraus resultierenden geringen Stellfläche, sowie der hohen Energieeffizienz liegt.“ Die GA-VSD+-Kompressoren sind allesamt mit variabler Drehzahl (VSD, Variable Speed Drive) ausgestattet und sparen rund 50 Prozent Energie ein. Zum Aufstellen benötigt der Anwender nur noch die Hälfte der Fläche, die für die bisherigen GA-Modelle erforderlich waren. Zudem liegt die Luft-Ausbeute bei gleicher Leistung um 13 Prozent höher.
Bei den neuen Maschinen hat Atlas Copco das Prinzip der Drehzahlregelung weiter verbessert. Grundsätzlich passen derartige Kompressoren die Drehzahl des Motors und damit des Verdichterelements immer exakt dem Bedarf an Druckluft im jeweiligen Netz an. Für einen Standard-VSD-Kompressor bedeutet das, dass eine Energieeinsparung von durchschnittlich 35 Prozent gegenüber herkömmlichen Volllast-Leerlauf-Schaltungen möglich ist.
Denn Leerlaufverluste gibt es systembedingt nicht. Ein Permanentmagnet-Motor mit einem Wirkungsgrad gemäß IE4 ist in das Schraubenelement integriert und senkt so den Energiebedarf im Vergleich zu Modellen mit fester Drehzahl um durchschnittlich 50 Prozent. Und mit dem um 13 Prozent höheren Volumenstrom fährt ein VSD+ selbst unter Volllast noch weit effizienter als sein Gegenstück mit fester Drehzahl. „Sprich: Mit diesen Kompressoren können unsere Kunden ihre Druckluft viel effizienter erzeugen als bislang. Damit sparen sie Geld und entlasten gleichzeitig die Umwelt“, resümiert Michael Gaar.
Prozesssicherheit – vor allem ein Thema für die Lebensmittelindustrie
Das zweite Trendthema, die Prozesssicherheit, gliedert der Atlas-Copco-Manager noch auf: „Dazu gehören die absolute Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Kompressoren, die wir bei unseren Maschinen als gegeben ansehen.“ Aber auch Punkte wie die Einbindung ins Prozessleitsystem oder das Monitoring über Fernwartungsoptionen würden immer mehr nachgefragt. Nicht zuletzt spielen auch Zertifizierungen und Audits eine große Rolle.
Ein gutes aktuelles Beispiel sei in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie zu finden: „Wir haben in diesem Jahr ein Managementsystem für Lebensmittelsicherheit eingeführt und wurden dafür nach ISO 22000 zertifiziert“, erklärt Gaar. „Das Zertifikat gilt für alle gemäß Klasse 0 ölfrei verdichtenden Kompressoren und Gebläse unserer Z-Serie und auch für die entsprechenden Trockner und Filter, die in der Lebensmittel- und Getränkeherstellung eingesetzt werden.“
Der Kompressorenhersteller kann für seine Produktionsstätte im belgischen Antwerpen eine derartige Zertifizierung vorweisen. Das Managementsystem für Lebensmittelsicherheit gilt für die Konstruktion und den Bau von Kompressoren und Geräten zur Druckluftaufbereitung.
Die ISO 22000 legt die Anforderungen an ein Managementsystem für Lebensmittelsicherheit fest. In der Lebensmittelkette tätige Unternehmen stellen darin ihre Fähigkeit unter Beweis, die Risikofaktoren für die Lebensmittelsicherheit so zu kontrollieren, dass sich das Lebensmittel zum Zeitpunkt des Verzehrs immer in einem einwandfreien Zustand befindet.
Druckluft kommt in vielen Anwendungen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie mit dem Endprodukt in Kontakt oder bildet zum Teil sogar einen aktiven Bestandteil der Nahrung. Aus diesem Grund hat sich das Unternehmen für eine Zertifizierung gemäß ISO 22000 entschieden. Denn die meisten führenden Lebensmittelhersteller stellen immer höhere Anforderungen an die Qualität auf Seiten ihrer Lieferanten. „Unsere Kunden haben nun den unabhängigen Nachweis, dass unsere Produkte und Prozesse mit ihren Qualitätsanforderungen der Lebensmittelindustrie konform gehen“, betont Gaar.
Intelligente Steuerungstechnik
Auch für Ralph Jeschabek von Almig Kompressoren bleibt das Thema Energieeffizienz nach wie vor der Haupttrend. Dies spiegelt sich ihm zufolge bei Kompressoren im Zusammenhang mit verschiedenen Teilbereichen wider. Für ihn stehen dabei effiziente Antriebe, intelligente Steuerungstechnik und Wärmerückgewinnung im Vordergrund.
„Bei der Entwicklung unserer zukünftigen, in Hannover bereits vorgestellten Schraubenkompressoren-Generation, waren diese Themen für uns von enormer Wichtigkeit. Aber auch bereits die bestehenden Anlagen weisen diese Vorteile auf. Wir bieten den energieeffizienten Direktantrieb in Verbindung mit Drehzahlregelung bereits ab den kleinsten Kilowattklassen.“
Als weitere Features führt er an: „Wärmerückgewinnung kann bereits ab Werk bestellt werden, oder zumindest vorbereitet zur einfacheren Nachrüstung. Und auch bei den Steuerungen haben wir von Beginn an auf die Konnektivität geachtet. Die integrierte Steuerung Sigma Control 2 sorgt für umfangreiche Überwachung und einfache Anbindung an Kommunikationsnetzwerke. Dies steigert zusätzlich Produktivität und Energieersparnis.“ Der Nutzen der neuen Schraubentechnologie zeigt sich zum Beispiel in der Abwasseraufbereitung, in pneumatischen Fördersystemen, Energieerzeugung, Lebensmittel- und Getränkeindustrie, pharmazeutischen Industrie, chemischen Industrie, Zellstoff- und Papierindustrie, Textilindustrie, Baustoffindustrie und allgemeinen Industrie.
Verdichter-Aggregate
Die öleingespritzten Schraubenkompressoren des Typs GA VSD+ hat der schwedische Industriekonzern Atlas Copco vor zwei Jahren als völlig neue Konstruktion auf den Markt gebracht. Die Nachfrage ist enorm, denn diese Anlagen sparen bis zu 50 Prozent Energie ein. Bild: Atlas Copco
Seit über 60 Jahren liefert Aerzen Gebläse und Verdichter für alle gängigen Anwendungen und ist Weltmarktführer bei Drehkolbengebläsen, Drehkolbenverdichtern und Schraubenverdichtern. Auch bei diesem Unternehmen hat man sich die Verbesserung der Energieeffizienz zur permanenten Aufgabe gemacht. „Alle unsere Produkte sind darauf hin entwickelt worden“, erklärt Sebastian Meißler.
Wegen seiner Vielseitigkeit wird der Schraubenverdichter Delta Screw am Markt besonders nachgefragt. Diese Verdichter-Aggregate sind für die ölfreie Verdichtung von Luft, Stickstoff und anderen neutralen Gasen konzipiert. Darüber hinaus sind sie nach herstellereigener Angabe aber auch eine geeignete Lösungen für eine Reihe weiterer Anwendungen. Zum Beispiel bei Sondergasen, im Vakuumbetrieb oder bei Vordruckanwendungen. Mit sieben Baugrößen im Volumenstrombereich von 120 bis 15.000 Kubikmeter pro Stunde bietet der Gebläse- und Verdichterhersteller bei weitem das größte Portfolio auf dem Markt.
Zusätzlich erweitert wird die Baureihe um die direktgekuppelten E-Kompressoren, die je nach Druckverhältnis beziehungsweise Volumenstrom bis zu sechs Prozent Energieersparnis bieten – das sind für den Kunden auf einen Zeitraum von zehn Jahren gesehen Einsparungen von rund 100.000 Euro. Ein in dieser Klasse beachtlicher Wert.
Erzielt wird diese Verbesserung durch zahlreiche Anpassungen der Schallhaubenarchitektur und Optimierung der Zustromkanäle, eine Verbesserung der Einlasskonturen, um die Verwirbelungen zu reduzieren, sowie durch die angepasste Position und Geometrie des druckseitigen, reaktiven Schalldämpfers, der ohne anfälliges Absorbtionsmaterial auskommt. Die Stufe wird außerdem genau auf den Systemdruck des Kunden abgestimmt. Neu ist auch: Bei diesem Modell wird kalte Luft nun von außen-unten und nicht mehr von der Seite angesogen.
Die neuen E-Kompressoren von Aerzen bieten je nach Druckverhältnis und Volumenstrom bis zu sechs Prozent Energieersparnis. Bild: Aerzen
Die kalte Luft bringt eine Verbesserung des Wirkungsgrades um bis zu drei Prozent. Ab- und Zuluftkulissen sind integriert, was die Bauform sehr kompakt wirken lässt. Manngroße Öffnungen auf beiden Seiten des Gehäuses erlauben einen einfachen Zugang für Wartungsarbeiten. Bei Bedarf kann der Motor seitlich, stirnseitig oder nach oben herausgezogen werden, ohne dass die Schallhaube komplett demontiert werden muss.
Interessant ist für den Kunden, dass auf Basis einer Schwingungsanalyse ein Condition Monitoring angeboten wird. Dazu wird der Verdichterblock und der Motor mit Schwingungssensoren ausgestattet. Der Maschinenführer kann auf der Bedienseite durch Farb-LEDs sofort sehen, in welchem Zustand sich der Verdichter befindet. Eine mitgelieferte Software kann dann die Fehlerquelle detektieren. Totalausfälle lassen sich so mittels frühzeitiger Diagnostik verhindern.
Die Vorzüge der Gebläse- und Verdichtertechnologie
Der 2008 von Aerzen entwickelte Delta Hybrid ist nach wie vor weltweit die erste Baureihe von Drehkolbenverdichtern und bislang das einzige Aggregat, das die Vorzüge von Gebläse- und Verdichtertechnologie in einem System vereint. „Die Entwicklung hat damals eingeschlagen wie eine Bombe“, schmunzelt Meißler und fügt hinzu: „Deshalb wird der Hybrid bis heute kontinuierlich weiterentwickelt.“
Mit insgesamt 16 Baugrößen decken die Drehkolbenverdichter mittlerweile Ansaugvolumenströme von 110 bis 9000 Kubikmeter pro Stunde und Überdrücke bis 1500 Millibar ab. Das Ergebnis bietet, dem Anbieter zufolge, völlig neue Möglichkeiten in der Unter- und Überdruck-Erzeugung und zählt für Aerzen mit sieben Patenten beziehungsweise Patentanmeldungen zu den innovativsten Lösungen der Kompressortechnologie. Besonders überzeugend ist dabei die mögliche Energieeinsparung um bis zu 15 Prozent gegenüber herkömmlichen Aggregaten. jl/hech
Schrauben- und Kolbenkompressoren
Die GA-VSD+-Kompressoren sind allesamt mit variabler Drehzahl (VSD, Variable Speed Drive) ausgestattet. Bild: Atlas Copco
Einsatzmöglichkeiten, Vor- und Nachteile
In der öffentlichen Wahrnehmung denken viele Menschen bei der Drucklufterzeugung zuerst an die älteste Bauform von Kompressoren, einen Kolbenkompressor. Nicht zuletzt auch, weil durch die im Baumarkt vertriebenen Produkte viele Menschen ein solches Gerät bei sich zu Hause stehen haben. Sie komprimieren praktisch ohne Unterschied sowohl Luft als auch Gase. Der Kolbenverdichter ist die einzige Konstruktionsart, die Luft und Gase auf hohe Drücke von über 400 bar verdichten kann, wie zum Beispiel bei Atemluft-Anwendungen, komprimiertem Erdgas (CNG) und anderen Gasen, der P.E.T.-Flaschenproduktion oder dem Verbrennungsmotorstart. Kolbenverdichter können als Einzylinder-Verdichter für niedrige Drücke und Luftströme bis hin zu mehrstufigen Anlagen konfiguriert sein, die sehr hohe Drücke erreichen können. Bei diesen Kompressoren wird die Luft in mehreren Stufen auf sehr hohe Drücke verdichtet. Von Nachteil sind bei einem Kolbenkompressor vor allem die erhöhten Geräuschemissionen und Vibrationen.
Der Vorteil eines Kolbenkompressors ist die Variabilität im Einsatz. Einem Schraubenkompressor dagegen, dem heute am häufigsten eingesetzte Kompressortyp, würden kurze Einsatzzeiten schaden und zwar wegen der Kondensatproblematik im Öl. Schraubenkompressoren sind am effizientesten im Dauerbetrieb, und wenn ein dauerhafter – auch schwankender – Bedarf an Druckluft besteht. Das Schraubenelement kommt ohne Ventile aus. Weiterhin treten keine Massekräfte auf, die zu Unwuchten führen könnten. Daher arbeiten diese Verdichter mit hohen Schraubendrehzahlen und erzielen schon bei kompakten Abmessungen hohe Duchflussraten. Insbesondere die Varianten mit einem Frequenzumrichter, der die Drehzahl des Motors anpasst, können so die Drucklufterzeugung dem schwankenden Bedarf angleichen. Teure Leerlaufzeiten der Anlage können vermieden werden. Schraubenverdichter erzeugen in der Regel Arbeitsdrücke von fünf bis 13 bar und werden in der Lebensmittelbranche für Nahrungsmittel- und Getränkeabfüllungen verwendet. Außerdem in Brauereien, in der Luft- und Raumfahrt, in der Kfz-Industrie, der Petrochemie, der Medizin, in Krankenhäusern und der Pharmazeutik.
Bei Rotationsverdichtern bestehen die Verdichterelemente aus Haupt- und Nebenläufern, deren Verzahnung und Bewegung zueinander dazu führen, dass sich das Volumen zwischen ihnen und dem Gehäuse verkleinert. Das Druckverhältnis eines Rotors hängt von der Länge und der Form des Auslassfensters ab. Rotationsverdichter werden mit sehr niedrigen Drehzahlen (1450 Umdrehungen pro Minute) direkt angetrieben und erzeugen Arbeitsdrücke zwischen sieben bis acht und zehn bar. Die bei der Komprimierung entstehende Wärme wird durch Öleinspritzung kompensiert. Wenn die Luft dann mit hohem Druck am Auslass austritt, enthält sie Restölanteile, die durch einen Ölabscheider aufgefangen werden müssen. Daher kommen Rotationsverdichter nicht für sensible Anwendungen in der Lebensmittel- und Pharmaziebranche in Frage, die 100 Prozent ölfrei ablaufen müssen. Sie werden eher in Druckereien, für Maschinenwerkzeuge sowie in der Verpackung und Robotik eingesetzt.
fluid hakt nach bei Matthias Eichler, Boge
Welche Trends gibt es aktuell in der Branche?
Es gibt mehrere Trends. Zum einen wird ölfreie Druckluft immer bedeutender und dieses nicht nur für sensible Anwendungen wie Medizintechnik, die Pharma-, die Lebensmittel- und auch die Chemieindustrie. Vor dem Hintergrund des sich immer weiter entwickelnden ökologischen Bewusstseins fragen auch Standardanwendungen verstärkt ölfreie Technologien nach. Ferner gibt es einen deutlichen Trend, der die Möglichkeiten der sich immer mehr beschleunigenden Digitalisierung aufgreift. Im Zeitalter von Big Data gewinnen die Anlagen und Anwendungen immer mehr an Intelligenz. Die Einbindung in komplexe industrielle Infrastruktur setzt sich im Zeitalter von Industrie 4.0 durch. Aber nicht nur die Steuerung von Anlagen profitiert davon, sondern auch die Geschäftsmodelle im Bereich Aftermarket seitens der Hersteller und deren Handelspartner. Und drittens ist das Thema der Energieeffizienz nun vollends in der Branche durchgesetzt. Entscheidungen werden über Life Cycle Cost Evaluierungen getroffen und hierbei werden die Möglichkeiten der staatlichen Förderung wie zum Beispiel durch das BAFA umfänglich genutzt.
Wie spiegeln sich diese Trends in aktuellen Produktentwicklungen in Ihrem Hause wider?
Diese, ich nenne sie mal Megatrends, finden in unseren Produkten und in der Entwicklung unserer Produkte natürlich ihren Niederschlag beziehungsweise unsere Neuproduktentwicklungen werden durch diese Trends, die ja letztendlich ganz konkrete Kundenbedürfnisse abbilden, initiiert. Was das Thema ölfreie Druckluft anbelangt haben wir eine Neuproduktoffensive gestartet, die mit unterschiedlichen Technologien in allen relevanten Antriebsklassen Lösungen für die Kundenbedürfnisse darstellen. So haben wir auf der diesjährigen Hannover Messe die Boge High Speed Turbo Technologie, den Boge HST, vorgestellt, die ohne einen einzigen Tropfen Öl im gesamten System auskommt und zudem bis zu 30 Prozent der Gesamtkosten im Vergleich mit herkömmlichen ölfreien Schraubenkompressoren einspart. Die Resonanz auf den Boge HST während und seit der Comvac ist überwältigend. Er deckt einen Leistungsbereich von 55 bis 220 Kilowatt ab.
In den Leistungsbereichen darunter findet die Scrolltechnologie in der ebenfalls neu entwickelten und auf der Comvac präsentierten Boge-EO-Baureihe (Eccentric Oilfree) Anwendung sowie die neue ebenfalls ölfrei verdichtende Kolbenkompressorbaureihe Boge PO (Piston Oilfree). Mit allen drei Technologien wird ölfreie Druckluft der Klasse 0 hergestellt. Boge deckt daher mit ganz neu entwickelten Produkten dieses zukunftsträchtige Marktsegment ab, bietet darüber hinaus bereits etablierte Produkte wie die Boge Bluekat - die Kombination der öleingespritzten Schraubenkompressoren mit einem Katalysator - sowie die ölfrei verdichtenden Schraubenkompressoren der Boge-SO-Baureihe (Schraubenkompressor Oilfree)an.
Ist Industrie 4.0 bereits ein Thema bei Neuentwicklungen – Wie weit geht die Vernetzbarkeit Ihrer Produkte? Beziehungsweise: Wie fassen Sie als Unternehmen das Thema Industrie 4.0 grundsätzlich auf?
Boge begreift Industrie 4.0 grundsätzlich als Thema, das die Effizienz in den produzierenden Unternehmen nicht nur hinsichtlich des Energiebedarfs deutlich verbessern wird, sondern verspricht, die gesamte Steuerung der Prozesse nachhaltig effizienter zu gestalten. Boge-Kompressoren sind dank ihrer Maschinensteuerungen und der übergeordneten Steuerungen bereits heute – und schon seit einigen Jahren - integraler Bestandteil von Industrie 4.0 Anwendungen. Die Kompressoren kommunizieren untereinander und mit dem installierten Maschinenpark in der jeweiligen Fabrik und stellen sich durch intelligente Algorithmen auf die jeweilige Situation in den produzierenden Unternehmen ein beziehungsweise können diese antizipieren und dafür das optimale Set-up auswählen. Diese Notwendigkeiten in den Industrieunternehmen haben in der Entwicklung der Steuerungsfamilien aus dem Hause Boge Berücksichtigung gefunden. Ebenfalls zur Hannover Messe haben wir mit der focus control 2.0 die neueste Generation an Maschinensteuerungen vorgestellt. In der Industrie 4.0 hat neben der Steuerung auch die Fernüberwachung von Anlagen ihren festen Platz. Moderne Tools ermöglichen dem Anwender heute an jedem Ort der Erde jederzeit die Überwachung und - aufgrund der Übertragung der relevanten Daten aus der Maschine wie zum Beispiel Temperaturen oder Schwingungen - auch die Diagnose. Diese Tools sind heute als App programmiert und können so auf Smartphone oder Tablet angewendet werden. Boge hat ein solches Tool, den BOGE airstatus, bereits 2011 auf der Hannover Messe vorgestellt.