Fledermaus, Bild: Fotolia

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Wenn aus dem Management die Vorgabe kommt den Energieverbrauch einer Industrieanlage zu reduzieren, weil man demnächst zum Beispiel eine Zertifizierung nach DIN ISO 50001 anstrebt, begeben sich viele Projektmanager auf die Suche nach Stellen in ihrer Anlage, an denen sich noch Energie einsparen lässt.

Sonderleittner

Autorin Ragna Sonderleittner im Einsatz bei Festo: Nach einer Einführung in die Theorie darf sie selber nach Leckagen suchen. Bild: Sonderleittner

Sind die Anlagen druckluftbetrieben, gibt es mehrere Ansatzpunkte für Energieeinsparungsmaßnahmen. Wärmeauskopplung der Kompressoren ist eine Möglichkeit, Prozessoptimierung bei der Kompressorsteuerung und Taktung eine weitere. Eine Einsparungsquelle wird dabei oft übersehen: Ein Leck im Druckluftsystem kann größere Mengen Energie verschleudern als viele Firmenleitungen zunächst annehmen. Es lohnt sich, der Sache auf den Grund zu gehen, denn im Vergleich zum Investitionsvolumen ist das Energie-Einsparpotential durch Leckagemanagement enorm.

Die Autorin hat sich für fluid auf den Weg gemacht und die Firma Festo besucht, die ein komplettes Leckagemanagement im pneumatischen Bereich anbietet, um sich anzusehen, wie die Ortung von Leckagen funktioniert und herauszufinden, was dann weiter passieren muss, damit ein Leckagemanagement kontrolliert und in Zahlen nachvollziehbar stattfinden kann. Gesprächspartner dafür, und Lehrmeister beim späteren Orten von undichten Stellen in der werkseigenen Produktionshalle ist Herr Fleischhacker von Festo.

Er ist in Sachen Leckagen ein Spezialist, der seit Jahren Einsätze zur Leckageortung in der ganzen Welt leitet. Er hat das System des Leckagemanagements bei Festo maßgeblich fortentwickelt, berät die eigenen Kunden und gibt sein Fachwissen mittlerweile auch bei internen Schulungen zur Fortbildung im Leckagemanagement weiter.

Die Theorie zuerst

Zunächst bekomme ich eine Einführung in die Thematik und erfahre, dass in der Vergangenheit die Pharmaunternehmen und die Betreiber von Verpackungsanlagen die Vorreiter auf dem Gebiet der Leckagekontrolle waren. Mittlerweile gibt es den Trend in so gut wie jeder Industrie, von der Möbelfertigung über die Automobil- bis zur Elektroindustrie. Überall hat es sich mittlerweile herumgesprochen, nicht zuletzt aufgrund der Möglichkeit über eine Zertifizierung nach ISO 50001 von der EEG-Umlage befreit und von Strom- und Energiesteuern entlastet zu werden, welches Einsparpotenzial sowohl in der Drucklufterzeugung als auch in der Anwendung geben kann. Die Zahlen können sich sehen lassen: eine Reduktion der Druckluftverluste um nur 100 Liter pro Minute spart bis zu 1000 Euro im Jahr.

Dabei sprechen die Fachleute von einer großen Leckage wenn mehr als 8,7 Liter pro Minute austreten, eine mittlere beginnt bei 2,5 Litern und eine kleine Leckage wäre alles darunter. Eine wirkliche Norm gibt es dazu nicht, das sind einfach Größenordnungen, die sich in der Praxis entwickelt haben.

Grafik: Maßnahmen zur Energieeinsparung

Grafik: Energieeinsparung

Auch wenn sich die kleinen Leckagen nach nicht viel anhören kann es allerdings fatal sein, sich nur auf die großen zu beschränken, denn wenn die geschlossen sind, werden durch den dann ansteigenden Druck im System aus den kleinen und mittleren dann relativ schnell neue große Leckagen.

Die meisten Leckagen entstehen an den banalsten Stellen, nämlich an Schläuchen, Verschraubungen oder Kondensatableitern. In der Regel sind es also Low-cost-Artikel, die betroffen sind. Ganz selten ist es einmal ein undichter Zylinder oder ein defektes größeres Teil.

Dafür können sich in einer mittleren Produktionshalle leicht viele Dutzend dieser Schwachstellen verteilen und gerade die großen Leckagen bleiben leicht unentdeckt, da sie auch ein aufmerksamer Mitarbeiter nicht hört. Herr Fleischhacker vergleicht das sehr anschaulich mit einem Luftballon – zieht man die Öffnung oben auseinander, gibt es einen Fiepton, den man gut hören kann. Hat der Luftballon allerdings ein centstückgroßes Loch, entweicht die Luft sehr viel leiser.

Ohren auf und los

Zuerst gilt es, die Stelle überhaupt zu finden, an der Luft aus dem System entweicht. Mit Sicherheitsschuhen und einem Ortungsgerät im Koffer betreten wir die Produktionshalle und es wird sofort klar: mit bloßem Ohr ist da überhaupt nichts zu machen. Von allen Seiten pfeift und klopft es, das Radio läuft, damit die Mitarbeiter an den halbautomatisierten Arbeitsplätzen den Schwung behalten und es ist vollkommen ausgeschlossen, irgendwo ein leises Sausen zu hören, das da nicht hingehört oder ein Sausen, das da zwar hingehört aber neuerdings ein bisschen lauter ist, als es bisher normalerweise war.

Energieeffizienz-Modul MSE6-E2M von Festo

Das Energieeffizienz-Modul MSE6-E2M von Festo ist eine Kombination aus Wartungsgeräten, Sensorik und Feldbustechnik.

Also kommt das Ortungsgerät zum Einsatz, das akustisch funktioniert und mit Ultraschall die undichten Stellen aufspüren kann. Es arbeitet mit etwa 40 Hertz, also derselben Frequenz, mit der auch Fledermäuse sich orientieren. Am vorderen Ausgang können unterschiedliche Aufsätze angesteckt werden – wir beginnen mit einem Mikrofon, das vorne an einem beweglichen Schlauch sitzt, damit man gut alle in Frage kommenden Stellen „abtasten“ kann. Das sieht so aus, dass man sich bei Standanlagen in die Hocke oder auf die Knie begibt und mit dem Mikrofon in der Luft erst mal alle Verschraubungen, Schläuche und Kondensatablässe umrundet und dabei darauf achtet, ob es einen Lautstärkeausschlag gibt.

Geht man von einer verdächtigen Stelle ein bisschen weiter weg mit dem Mikrofon, wird es leiser, kommt man näher an die Leckage heran, wird es lauter. Wie beim Topfschlagen nähert man sich so der Stelle, an der die Luft aus dem System austritt. Um die Umgebungsgeräusche abzuschirmen, tragen wir Kopfhörer. „In der Automobilindustrie, wo sie mit den großen Robotern arbeiten, benutze ich ganz gerne den Parabolspiegel.“, erklärt Herr Fleischhacker dazu. „Damit klettere ich dann auf eine Leiter oder ein Gerüst neben dem Roboter und suche den dann während des Betriebs von oben ab. Das kann man dann nur mit ein bisschen mehr Abstand machen.“ Der Parabolspiegel hat zum genauen Finden der Leckage einen rückgespiegelten Laserpoint, wie er auch in Sportgewehren verwendet wird. Damit kann man genau auf bestimmte Stellen zielen, ohne dass tatsächlich ein Lasersucher durch den Raum geschickt wird und möglicherweise versehentlich einen Mitarbeiter in der Halle in die Augen trifft – das wäre durchaus gefährlich.

Ab jetzt hilft nur profundes Engineering-Wissen weiter

Wenn man einen Lautstärkeausschlag gefunden hat, muss man erst einmal überlegen, ob das auch wirklich eine Leckage ist, die man beheben möchte. Und hier hört es auch schon auf, sehr einfach zu sein, denn es gehört ein profundes Engineering-Wissen dazu, zu unterscheiden ob es sich bei einem gefundenen Druckluftverlust um eine Leckage oder einen statischen Verbraucher handelt.

Deshalb kann man auch nicht ohne weiteres einen Azubi im ersten Lehrhalbjahr mit einem Ortungsgerät losschicken und alles abdichten lassen, was er an Druckluftauslässen findet. Im Grunde muss man Maschinenbauer und Pneumatiker in einem sein, um diese Fragen beantworten zu können. Gerade in der Pharmaindustrie gibt es beispielsweise sehr häufig auch im Stand-by-Betrieb eine große Anzahl statischer Verbraucher, damit sichergestellt ist, dass in die Systeme keine Feuchtigkeit oder Staub eindringen können.

Ist schließlich die Leckage auch als Leckage identifiziert, geht es an die Datenaufnahme. An welcher Maschine, in welcher Halle und an welchem Bauteil genau besteht die Undichtigkeit? Es wird ein Foto von der Stelle gemacht, an der die Luft entweicht. Auf dem Foto wird die Stelle nochmal gesondert mit einem Kreuz gekennzeichnet, damit sie auch wirklich gut gefunden werden kann. Außerdem gilt es jetzt zu entscheiden, was die nächsten Schritte sind: soll das Bauteil ausgetauscht werden oder reicht es, etwa eine Verschraubung nur richtig festzuziehen?

Ortung von Leckagen

Die Ortung von Leckagen erfordert vollen Einsatz: um alle undichten Stellen aufspüren zu können, müssen alle Ecken einer Anlage unter die Lupe genommen werden.

Was wäre die Produktnummer des Ersatzteils und wie lange würde ein Fachmann brauchen, um diesen Schaden zu beheben? All diese Fragen werden für jede gefundene Leckage eigens beantwortet und im Ortungsprotokoll festgehalten. Das dauert seine Zeit – geübte Techniker schaffen am Tag im Durchschnitt nicht mehr als 50 solcher Fälle, Ortung und Dokumentation inbegriffen.

„Mein Rekord waren mal zu zweit 97 Leckagen an einem Tag zu finden und zu dokumentieren. An dem Abend war ich dann aber auch fertig mit der Welt.“, erzählt Herr Fleischhacker schmunzelnd. Ich glaube es sofort. Die Arbeit ist tatsächlich anstrengend. Man muss sich sehr konzentrieren um die Lautstärkeschwankungen wahrzunehmen. Dazu ist es in vielen Fertigungshallen ausgesprochen laut und warm – und so sauber wie man hineingegangen ist, kommt man eher selten wieder heraus. Die Leckagen befinden sich oft an versteckten, schwer zugänglichen Stellen, so dass man ständig in äußerst unbequemer Haltung unterwegs ist.

In manchen Fällen muss man spezielle Schutzkleidung tragen, die einem das bewegen und das herumkriechen unter den Maschinen deutlich erschwert. Das kleinste Übel sind da noch manch einfache Schutzbrillen, die beschlagen und die Sicht auf das Dokumentationshandy vernebeln. Natürlich wird nicht nur der Techniker, sondern auch die Technik geschützt: in Staub- oder explosionsgefährdeten Hallen ist das Ortungsgerät zusätzlich gekapselt.

Wie sich herausstellt, macht man diese Arbeit tatsächlich besser zu zweit, weil man sonst bei jeder Leckage das Ortungsgerät zur Seite legen muss, manchmal auf den eigenen Schoß, wenn sonst kein Platz ist, damit man die Hände frei hat zum dokumentieren und fotografieren.

Um die Dokumentation etwas komfortabler zu machen hat das Unternehmen eine eigene App entwickelt, die den Servicetechniker durch ein Menü führt und alle Daten abfragt, die für eine vollständige Erfassung nötig sind und zwar in der Reihenfolge, wie sie vor Ort normalerweise ermittelt werden. Mit dem Handy macht man auch das Foto von der betreffenden Stelle und gibt sie in die App ein.

Dateneingabe via Smartphone

Via Smartphone können alle Daten zu eventuellen Leckagen in eine App hochgeladen werden.

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt hat das Ortungsgerät noch keine eigene direkte Schnittstelle zu der App, so dass diese noch manuell bedient werden muss. Darin sieht Herr Fleischhacker aber nicht nur Nachteile, denn „man muss die Ortung sowieso zu zweit machen, denn die Eingaben der anderen Daten wie Handlungsempfehlung kann man nicht automatisieren. Außerdem wäre man mit so einer Schnittstelle dann an ein bestimmtes Endgerät gebunden.“

Leckagedaten in Echtzeit

Wenn alle Daten erfasst sind, wird jede einzelne Leckagenbeschreibung dann sofort direkt in ein Onlineportal hochgeladen, die nur Festo und dem Kunden über Passwort zugänglich ist. Von ihr kann der Kunde ersehen und sich herunterladen, wie der Stand an Leckagen in seinem Betrieb aktuell ist. Außerdem kann der Kunde sich diese Daten in ein vorbereitetes Excel-Sheet laden, das ihm genau in Prozent aufzeigt, welchen Anteil an Leckagen er bereits bearbeitet hat und wie viele noch offen sind. Außerdem sieht er dort auch mit welchen erwarteten, beziehungsweise bereits realen Einsparungen er zurzeit rechnen kann; je nachdem, wie viele Leckagen er bereits hat beseitigen lassen.

Die damit verbundene Planungssicherheit ist für die Unternehmen genau das, worauf es ankommt. Schon bei der Anbahnung des Auftrages kann Festo in einem ersten Durchgang die Größe der vorhandenen Leckageverluste schätzen. Dazu hat Festo eine ganze Reihe von Simulationen entwickelt, die solch eine Schätzung möglich machen. Die erste Schätzung ist dann verhältnismäßig exakt aber trotzdem vorsichtig konservativ und am unteren Limit, denn wenn die Realität anders aussieht ist es so herum besser, als wenn man mit einem größeren Einsparpotenzial gerechnet hatte und dann ärgerlicherweise darunter liegt, obwohl im Management schon mit den anderen Zahlen disponiert wurde.

Ortungsgerät

Die Ortungsgeräte eines Leckagedienstes arbeiten mit der selben Frequenz, mit der Fledermäuse sich orientieren: 40 Hertz.

Technisch wäre es recht leicht möglich, ein Energy-Monitoring-System direkt in die produktive Anlage einzubauen und von der Seite der Anlagenbauer geht auch der Trend dahin. Im Augenblick sind aber die Investitionsentscheidungen doch noch oft so sehr unter Druck, dass viele Käufer diese Möglichkeit lieber außen vor lassen und Maschinen wählen, die in der Hinsicht völlig gestrippt sind. Ausnahmen machen hier im Grunde nur Global Player, die ganze Neuanlagen gleich in der Planung strikt nach den Vorgaben der Energieeffizienz ausrichten können.

Trotzdem kann man auch nach dem Kauf der Anlage noch Monitoring-Module nachrüsten. Das geht auch bei älteren Anlagen. Das Modul E2M von Festo, das vergangenes Jahr auf den Markt kam, und gleich unter den Finalisten des deutschen Energieeffizienz-Preises 2014 war, misst nicht nur Luftdurchfluss und Druck, sondern greift bei Bedarf auch aktiv in die Versorgung ein und senkt zum Beispiel den Verbrauch in Stand-by-Zeiten. Idealerweise setzt man in jeden Maschineneingang ein solches Modul, dann ist die Überwachung am präzisesten. Das Modul funktioniert indem es die Druckluftherstellung abschaltet und dann misst, in welchem Tempo der Druck im Vergleich zu einem vorab zu ermittelnden Referenzwert absinkt. Sinkt er schneller, hat man eine Leckage.