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Energiemanagement

Leckagen aufspüren, Kosten einsparen

| Redakteur: Rebecca Vogt

Karsten Decker, Europäischer Energieberater (IHK) der Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH in Essen.
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Karsten Decker, Europäischer Energieberater (IHK) der Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH in Essen. (Bild: Atlas Copco)

Mit regelmäßigen Kontrollen des Druckluftnetzes lassen sich die Energiekosten senken. Auch bei kleineren Betrieben ist das Einsparpotenzial groß. Leckagen sollten daher gezielt aufgespürt und beseitigt werden. Atlas Copcos Energieberater Karsten Decker erklärt im Interview, worauf zu achten ist.

Falsche Installationen, ineffiziente Kupplungen, defekte Schläuche oder etwa undichte Ventile treiben die Energiekosten für die Erzeugung von Druckluft unnötig in die Höhe. Der Kompressor muss mehr Luft bereitstellen, als bei optimaler Auslegung des Netzes nötig wäre.

Herr Decker, Sie und Ihr Team führen regelmäßige Leckageortungen und Druckluft-Qualitäts-Audits durch. Wo liegt der Hase im Pfeffer in deutschen Betrieben?

Wir stellen fest, dass die festverlegten Rohrnetze selbst meist ganz in Ordnung sind. Aber an den Abgängen und Verzweigungen geht oft viel Luft – oder Druck – verloren.

Woran liegt das?

Ganz allgemein führen Armaturen und Fittings, Y- und T-Stücke zum Beispiel, zu Reibung und Verwirbelungen und damit zu Druckverlust; denn die Luft strömt an diesen Stellen nicht mehr ungehindert durch, sondern muss gegen einen Widerstand anarbeiten. Dadurch ist der Druck nach so einem Formteil immer geringer als vorher. Das gilt erst recht für ineffiziente Kupplungen, die die Druckluft an defekte Schläuche weitergeben. Oder es sind Leitungskomponenten nicht ordentlich verschraubt, Fittings, Druckregler oder Wartungseinheiten sind defekt, Ventile oder Zylinder an den Maschinen undicht, ebenso Klappen oder Stellglieder. Da addieren sich oft unendlich viele kleine Verluste zu einem Problem, das in der Summe richtig Geld kostet.

Von welchen Summen sprechen wir?

Eine pauschale Aussage kann man nicht treffen. Dazu sind die Situationen zu unterschiedlich. Aber Leckageverluste von 15 und mehr Prozent sind in älteren, Stück um Stück gewachsenen Leitungsnetzen keine Seltenheit. Nehmen wir nur einmal an, alle Leckagen im Leitungssystem addieren sich zu einem Loch von 5 mm Durchmesser und der Netzdruck liegt bei 6,0 bar. Dann gehen in jeder Sekunde etwa 31 l Druckluft verloren. Um das auszugleichen, muss der Kompressor mehr arbeiten. Im Schnitt werden 8,3 kW zusätzliche Kompressorenergie benötigt. Setzen wir dann einen Strompreis von 0,16 Euro pro kWh an – wobei die Preise in der Industrie natürlich sehr differieren –, dann kostet allein dieses 5-mm-Loch jährlich über 11.600 Euro Strom, wenn der Kompressor rund um die Uhr läuft. Es lohnt sich also, Leitungen und Anschlüsse regelmäßig zu prüfen.

Wie geht ein Anwender dabei sinnvollerweise vor?

Als erstes sollte man es sich zu eigen machen, regelmäßig die Leitung abzulaufen. Die großen Löcher fallen einem dann sofort ins Ohr. Zudem ist anzuraten, turnusmäßig – etwa einmal im Jahr – die Installation mit einem Ultraschallgerät zu begehen. Dabei werden auch die kleinsten Leckagen aufgespürt.

Ist diese Begehung einfach durchführbar?

Natürlich kann man sich ein Ultraschallgerät kaufen; dann sollte man aber ein sehr gutes nehmen, das dem Anwender im Klartext anzeigt, wie groß die einzelne Leckage ist. Aus unserer Sicht ist es aber sinnvoller, die Begehung von Experten machen zu lassen, zum Beispiel von Atlas Copco oder einem unserer Handelspartner. Dafür gibt es zwei Gründe. Erstens: Wir gehen mit einem ortskundigen Mitarbeiter des Anwenders durch das Werk, kennzeichnen alle Leckagen mit beschrifteten Etiketten, fotografieren die Stellen ab und erstellen einen Abschlussbericht mit allen Leckagestellen, der auch einen eindeutigen Rückschluss darauf gibt, wie viel die Verluste den Kunden kosten. Über unsere Händlerpartner bieten wir auch an, die Leckagen fachmännisch und zu einem Festpreis zu beseitigen.

… und der zweite Grund für eine professionelle Begehung?

Zweitens sind unsere Techniker natürlich auf alle möglichen Probleme sensibilisiert. Sie schauen bei der Begehung die Druckluftinstallation insgesamt an. Selbst wenn es eigentlich keine größeren Leckagen zu beklagen gibt, fallen ihnen zum Beispiel zu geringe Leitungsquerschnitte, zu viele Verzweigungen oder andere Ineffizienzen auf. Zehn Leitungsbögen hintereinander etwa. Ein langjähriger Mitarbeiter des Kunden würde über so etwas möglicherweise hinwegsehen. Dabei könnte man die zehn überflüssigen Bögen vielleicht in drei Stunden begradigen lassen – und käme dann auf Dauer mit 0,5 bar weniger Druck aus. Das ist eine wahre Goldgrube.

Ich gehe davon aus, dass den meisten Anwendern die Thematik mit Bögen oder Leitungsquerschnitten nicht bewusst ist. Können Sie die Zusammenhänge bitte noch einmal kurz umreißen.

Ein Großteil der Kompressorleistung – das können durchaus bis zu 30 % sein – geht auf dem Weg zum Verbraucher verloren, selbst wenn keine besonders großen Leckagen vorhanden sind. Das Problem sind Luftleitungen mit zu kleinem Querschnitt, falsche Installationen, unvermeidliche Strömungswiderstände in Armaturen und Leitungszubehör – von Rauigkeiten der Wandungen einmal abgesehen. Letztere allerdings treten bei modernen Leitungen wie unserem Air-Net praktisch nicht mehr auf. Dazu kommen zu klein gewählte Kupplungen, zu lange Schläuche oder solche mit zu kleiner Nennweite. All diese Punkte führen zu Druckverlusten.

Aber selbst vermeintlich perfekte Kupplungen bringen Druckverluste mit sich. Die kann man doch gar nicht verhindern.

Schon richtig. Aber wer ein Leitungsnetz und die Anschlüsse der Arbeitsplätze plant, sollte die Fallstricke kennen. Alles, was die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, senkt gleichzeitig den Druck. So erleichtert beispielsweise ein Kurzschlauch zwar die Handhabung eines Werkzeugs, kann aber wegen der zusätzlichen Kupplung und der Querschnittsreduzierung zu Druckverlusten von bis zu 0,5 bar führen, abhängig von seiner Größe und dem Luftbedarf des Werkzeugs. Und wenn mehr Luftverbraucher – zum Beispiel Werkzeuge oder pneumatische Antriebe – gleichzeitig laufen, als bei der Auslegung des Leitungsnetzes geplant waren, kommt es ebenfalls zu Druckverlusten.

Wir fassen zusammen: Leitungsquerschnitte und Schlauchdurchmesser sollten möglichst groß sein, Kupplungen hohe Durchflussmengen erlauben, und Wartungseinheiten sollten auf geringe Druckverluste hin optimiert sein.

All das hilft jedenfalls, die Verluste in der Installation niedrig zu halten, die Produktivität zu steigern und Energiekosten zu senken.

Abgesehen von den zu hohen Stromkosten: Wie beeinflusst eine schlechte Installation die Leistung der Maschinen?

Solange die Maschinen mit zum Beispiel 4 bar auskommen, ist das kein großes Problem. Bei einigen Werkzeugen, deren Leistung stark vom Fließdruck abhängt, macht sich das natürlich schon bemerkbar. So kann die Werkzeugleistung etwa bei Druckluft-Schleifmaschinen um bis zu 50 % sinken, wenn der Fließdruck im Leitungsnetz von 7 auf 5 bar fällt. Schon bei einem Rückgang von gut 6 auf 5 bar geht die Lastdrehzahl je nach Werkzeugart zum Teil um 25 % zurück, obwohl die Leerlaufdrehzahl nur um 5 % abnimmt. Sprich, ein Mitarbeiter muss mit einer Schleifmaschine entsprechend länger schruppen, um die gleiche Menge an Material abzutragen. Bei Schraubwerkzeugen und Blaspistolen macht sich das nicht so sehr bemerkbar; aber auch sie arbeiten effizienter, wenn der Druck stimmt.

Ab welchem jährlichen Druckluftverbrauch lohnt sich eine Leckageortung für einen Betrieb?

Eine Leckageortung lohnt sich eigentlich für alle Unternehmen; denn praktisch jedes Druckluftnetz weist Undichtigkeiten auf. Sie kostet bei uns etwa 950 Euro als Tagessatz, womit alle anfallenden Kosten abgedeckt sind. Der Betrag amortisiert sich in der Regel bereits nach wenigen Wochen.

Unter dem Namen Air-Scan bietet Atlas Copco neben der Leckageortung auch Messungen der Energieaufnahme, Volumenstromerfassungen und Druckluft-Qualitäts-Audits an. Wie hängt das zusammen?

Wir fassen das nur übergeordnet zusammen, weil es immer um die Analyse des kundenseitigen Druckluftsystems geht. Nur eben mit unterschiedlichen Schwerpunkten. Bei der Auslegung neuer oder der Sanierung alter Stationen zum Beispiel simulieren wir immer den Energiebedarf möglichst anhand vorhandener Messdaten. So erfassen wir den vorhandenen Volumenstrom oder die Energieaufnahme der bisherigen Kompressoren, Vakuumpumpen oder Gaseerzeuger, um zu berechnen, wie viel Energie die Station mit modernsten Maschinen, Drehzahlregelung und gegebenenfalls zentraler Steuerung benötigen würde. Die Leckageortung wiederum ist neben dem offensichtlichen Anlass auch dann gefragt, wenn sich die bauliche oder betriebliche Situation geändert hat. Dann sehen wir uns das Leitungssystem oder einzelne Teile genau an und geben entsprechende Empfehlungen.

Und wie grenzen Sie das Druckluft-Qualitäts-Audit dazu ab?

Das Druckluft-Qualitäts-Audit wird häufig von Lebensmittel-, Tiernahrungs- oder Getränkeherstellern nachgefragt sowie von Betrieben, deren Produkte öl- und fettfrei sein müssen – etwa weil sie im Prozess lackiert oder beschichtet werden müssen. Die Nachfrage ist in den letzten ein, zwei Jahren massiv gestiegen, weil viele Endkunden von ihren Lieferanten einen Qualitätsnachweis bezüglich der eingesetzten Druckluft fordern. Unsere Kunden stellen dann fest, sie haben zwar eine bestimmte Filtertechnik, auf der etwa „Klasse 1“ steht. Dass die jeweilige Druckluftklasse aber nur eingehalten wird, wenn bestimmte Parameter stimmen, macht die Sache unsicher. Viele lassen dann lieber nachmessen. Sie erhalten von uns ein Zertifikat, das die Qualität gemäß der ISO 8573-1 in der Fassung von 2010 einstuft, und können dies wiederum ihren Kunden vorlegen.

Welche Bausteine umfasst das Audit?

Der Kunde kann verschiedene Nachweise auswählen. Das ist die Zertifizierung der Druckluftreinheit nach ISO 8573-1 (2010), die Überprüfung von Atemluft nach DIN 12021, die Restfeuchtemessung mit Bestimmung des Drucktaupunktes, den wir bis - 80 °C erfassen, oder die Restölmengenmessung samt Partikel-Scan.

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