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Betriebstechnik

Maßgeschneiderte Lösung

| Redakteur: Güney Dr.S.

Druckluft-Versorgung der neuen Lackieranlage bei Peguform arbeitet mit Schraubenverdichtern mit konstanter Drehzahl.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Mit der neuen Druckluft-Station zur Versorgung der neuen Lackieranlage erzeugt die Peguform GmbH & Co. KG in Neustadt/Schwaig einige Kilometer östlich von Ingolstadt die benötigte Druckluft nicht nur ganzjährig unabhängig von allen äußerem Einflüssen mit einer konstanten Druckluft-Temperatur und in sehr hochwertiger Qualität. Die absolut trockene, technisch ölfreie und silikonfreie Druckluft wird sehr zuverlässig und wirtschaftlich durch drei wassergekühlte Alup-Schraubenkompressoren produziert. Die bei Peguform verwirklichte Lösung ist allerdings auch keine Lösung „von der Stange“.

Sie ist wie jedes maßgeschneiderte Konzept für eine optimale Druckluft-Versorgung das Ergebnis einer sorgfältigen Planung. An ihr waren kompetente Fachleute sowohl des Betreibers Peguform, des Lieferanten der Lackieranlage (Eisenmann, Böblingen) als auch des Lieferanten der neuen Druckluft-Station (Alup, Köngen) maßgeblich beteiligt. Für Rudolf Lang, Leiter Anlagentechnik Lackierung im Peguform-Werk Neustadt/Schwaig, ist die neue Druckluft-Station eine mustergültige Referenz-Anlage.

Druckluft erfüllt zentrale Aufgabe beim Lackieren

Peguform produziert am Standort Neustadt/Schwaig fast rund um die Uhr an sechs Tagen in der Woche großformatige Kunststoffteile, zum Beispiel Stoßfänger für führende Automobil-Hersteller. Die Erzeugnisse gehen überwiegend an die benachbarten Werke von Audi in Ingolstadt und BMW in Regensburg, München und Dingolfing. Zur Erweiterung der Kapazitäten hat Peguform Anfang 2003 eine neue Halle mit einer automatisierten Lackier-Anlage in Betrieb genommen. Sie ist eine der größten und weltweit modernsten Anlagen ihrer Art mit 26 Lackierrobotern. Die Anlage erlaubt die elektrostatische Applikation.

In der Grundierung und in der Basis-Lackierung werden Hydrolacke verarbeitet. Nach einem Farbwechsel wird die Farbe fast vollständig zurückgewonnen. Die gesamte Abluft-Technik mit regenerativer Nachverbrennung entspricht ebenfalls dem aktuellsten Stand der Technik. „Wir mussten die Druckluft-Versorgung für unsere neue Lackier-Anlage besonders sorgfältig planen. Denn die Druckluft erfüllt für uns eine zentrale Aufgabe. Mit der bekannten Zahl der zu lackierenden Stoßfänger, den bekannten Verbrauchswerten der Lackierroboter, der druckluftbetriebenen Förderpumpen und aller anderen Druckluft-Verbraucher besaßen wir gesicherte Ausgangsdaten. Sie wurden durch unsere Erfahrungswerte aus bereits bestehenden Lackieranlagen ergänzt.

Im Hinblick auf eine absolut sichere Versorgung haben wir die Kapazität der neuen Station mit einer zusätzlichen Reserve von 50% geplant. Denn eine Unterversorgung der neuen Lackieranlage müssen wir unter allen Umständen vermeiden. Eisenmann als Lieferant der Lackieranlage hat den Auftrag für die neue Druckluft-Station dann direkt an Alup vergeben,“ so Rudolf Lang. In einer Ausschreibung von Eisenmann wurden die geforderten Druckluft-Qualitäten und -Quantitäten detailliert vorgegeben:- Erzeugung der Druckluft mit drei Schraubenkompressoren mit Öleinspritzkühlung mit einer garantierten Liefermenge von je 21,3 bis 21,5 m3/min;- Aufbereitung der erzeugten Druckluft über Adsorptionstrockner mit einem Drucktaupunkt von –70 °C.- Zusätzliche Aufbereitung zu technisch ölfreier und silikonfreier Druckluft.- Übergeordnete Grundlastwechsel-Steuerung für einen rolli-erenden Wechsel der Kompressoren.

Zwei der drei Verdichter sollten den Bedarf auch in der Spitze abdecken, während die dritte Anlage als Redundanz verfügbar sein sollte (so genannte 150%-Lösung). Der extrem niedrige Drucktaupunkt von –70 °C war für eine Lackiererei-Station ungewöhnlich. Normalerweise reichen Drucktaupunkte von -20 °C – oder in Ausnahmefällen auch von –40 °C – im Hinblick auf die deutlich günstigere Energiekosten-Bilanz dieser Aufbereitung völlig aus. Dazu Rudolf Lang: „Bei dieser zugegeben ungewöhnlichen Forderung eines Drucktaupunktes von –70 °C ging es ausschließlich um ein exzellentes Lackierergebnis bei den von uns produzierten und anschließend lackierten Teilen.“

Schraubenverdichter mit fester Drehzahl reichen

In die neue Station bei Peguform wurden bewusst nur Schraubenverdichter mit fester Drehzahl installiert. Der Grund leuchtet schnell ein: Bereits in der Planungsphase wurden zwei nahezu konstante Bedarfsstufen für die Druckluft erkannt. Entweder konnten sie mit einem Verdichter oder mit zwei Anlagen mit einer Liefer-Menge von je 21,3 bis 21,5 m3/min optimal abgedeckt werden. Aus diesem Grunde erübrigte sich in diesem speziellen Fall ein drehzahlgeregelter Spitzenlast-Verdichter.

Er hätte die Energiekosten-Bilanz der Station nur negativ beeinflusst. Die drehzahlabhängige Leistungskennlinie eines Verdichters entspricht einer Parabel. Deshalb erreicht der spezifische Leistungsbedarf eines Kompressors auch nur bei einer bestimmten Drehzahl seinen optimalen - kleinsten - Wert. Aus diesem Grunde legen die Hersteller von Schraubenkompressoren mit fester Drehzahl ihre Anlagen bevorzugt so aus, dass sie mit optimaler Drehzahl und mit bestmöglicher Energieumsetzung arbeiten.Es gab aber auch noch einen weiteren Grund für den Verzicht auf eine Drehzahlregelung:

Die drei von Alup gelieferten riemengetriebenen und wassergekühlten Schraubenkompressoren (Typ SCK 221-10, Antriebsleistung 160 kW) wurden von Alup durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Motor und Verdichterstufe so untersetzt, dass sie mit ihren Leistungen den aktuell von Eisenmann geforderten Liefermengen von jeweils 21,5 m3/min entsprechen. In der Normalausführung liefern diese Verdichter jeweils etwa 25 m3/min Druckluft. Durch einen Austausch der Riemenscheiben wurde ihre Liefermenge gezielt auf die geforderten 21,5 m3/min reduziert, um sie maßgeschneidert und unter Verzicht auf eine Drehzahlregelung an die zwei aktuellen Bedarfsstufen der Lackieranlage von 21,5 (eine Anlage) und 43,0 m3/min (zwei Anlagen) anpassen zu können.

Sollte sich der Druckluft-Bedarf der neuen Lackieranlage zu einem späteren Zeitpunkt erhöhen, kann die Leistung der Verdichter durch den Austausch der Riemenscheiben sofort und ohne weitere Änderungen um zirka 15% von 21,5 auf maximal 25 m3/min gesteigert werden. „Mit dieser Maßnahme können wir die neue Station ohne umfangreiche Zusatzinvestitionen in einen weiteren Kompressor problemlos und sehr kostengünstig auf die Originalübersetzung umbauen und an veränderte Bedarfsverhältnisse anpassen“, erläutert Rudolf Lang.

Kühlwasser-Durchflussmenge wird automatisch geregelt

Die drei Alup-Verdichter sind an einen Prozesskühlwasser-Kreislauf angeschlossen, dessen Temperatur mit rund 35 °C verhältnismäßig hoch liegt. Deshalb wird die von den Verdichtern erzeugte Druckluft, nachdem sie einen Vorfilter als Oberflächenfilter passiert hat, zunächst in einem Wärmetauscher in einem speziellen Kaltwasser-Kreislauf (Temperatur 6 °C) auf zirka 12 bis 15 °C zurückgekühlt. Dahinter steckt folgende Überlegung: weil die Druckluft mit einer Temperatur-Differenz von etwa 10 °C über der Temperatur des Kühlmediums aus den Verdichtern austritt, hätte die Druckluft die Verdichter bei einer Kühlwasser-Eintrittstemperatur von rund 35 °C mit etwa 45 °C verlassen.

Durch die Rückkühlung der Druckluft auf zirka 12 bis 15 °C durch den anschließenden Wärmetauscher konnten die nachfolgenden Adsorptionstrockner des Typs Oekodry W-1950 S kleiner dimensioniert und demzufolge auch kostengünstiger installiert werden. Die Eintrittstemperatur in die Trockner wird durch eine automatische, thermostatgesteuerte Regelung der Kühlwasser-Durchflussmenge mit 12 bis 15 °C konstant gehalten. Die zwei warm regenerierten Adsorptionstrockner wurden unter Berücksichtigung der Druckluft-Eintrittstemperatur von 12 bis 15 °C von Alup so ausgelegt, dass bereits ein Trockner die maximale Liefermenge von zwei Alup-Schraubenverdichtern mit ihrer Maximalleistung von je 25 m3/min ohne Überlastung immer mit einem Drucktaupunkt von -70 °C trocknen kann.Auch bei der Aufbereitung geht man bei Peguform auf „Nummer Sicher“.

Aufgrund der parallelen Installation der Trockner laufen beide Anlagen im Normalfall mit einer durchschnittlichen Auslastung von maximal 50%. Sollte der Drucktaupunkt bedingt durch eine Störung in einer Anlage von -70 auf -65 °C ansteigen, wird die gestörte Anlage über einen elektrisch angetriebenen Kugelhahn sofort vom Netz genommen. Dann trocknet die verbliebene Anlage die Gesamtliefermenge der Verdichter mit einer Maximalleistung von 100% bis zum Beseitigen der Störung alleine. Als positive Konsequenz des Parallelbetriebs verschiebt sich das Verhältnis zwischen Trocknungszeit und Regenerationszeit zu Gunsten einer deutlich niedrigeren Trocknungszeit. Damit werden weniger Regenerationsluft und demzufolge weniger elektrische Energie zu ihrer Erwärmung benötigt. Die aus dem Raum angesaugte Regenerationsluft wird elektrisch auf eine Temperatur von ungefähr 170 bis 180 °C erwärmt.

Die getrocknete Druckluft wird zunächst über einen Tiefenfilter (Submikrofilter) geleitet: Dabei werden Aerosole zurückgehalten und Trockenmittelabrieb aus den Adsorptionstrocknern eliminiert. In der nachfolgenden Aufbereitungsstufe wird die Druckluft in einer Aktivkohlestufe technisch ölfrei und - als Besonderheit - zusätzlich auch silikonfrei aufbereitet. Deshalb sind die speziellen Filter genau wie alle anderen Komponenten in der Station absolut silikonfrei gefertigt, damit keine Silikone und auch keine Fette mit der Druckluft in Berührung kommen können. Damit die Druckluft während der Umschaltphase der Adsorptionstrockner von der Adsorption zur Regeneration nicht kurzzeitig mit 70 bis 80 °C in das Netz eintreten kann, wird sie in einem Nachkühler im Kaltwasser-Kreislauf (Temperatur 6 °C) konstant auf 20 bis 22 °C erwärmt. Dieser Wert wird als eine Voraussetzung für optimale Lackierergebnisse ganzjährig exakt eingehalten.

Alle Komponenten aus einer Hand

Die gesamte Station einschließlich aller Aufbereitungskomponenten wurde komplett vom Hersteller der Lackieranlage bei Alup bestellt. Die Lösung überzeugt durch ihren sehr übersichtlichen, logischen Aufbau und durch ihre mustergültige Installation. Die Installation wurde im Auftrag von Alup durch die Firma W + K Druckluft-Anlagenbau in Mössingen, ein Spezialunternehmen für die Installation von Druckluft-Stationen, nach gemeinsamer Planung von W + U und Alup umgesetzt. Das gesamte Rohrleitungssystem wurde innerhalb der Druckluft-Station in Edelstahl DN 80 verrohrt.

Die nach einem neuen System verpressten Rohre sind einschließlich der Abdichtungen ebenfalls absolut fett- und silikonfrei. Als weiterer Beweis für das hohe Sicherheitsdenken bei Peguform wurde auch ein Noteinspeisungspunkt realisiert, damit in Extremsituationen sofort ein fahrbarer Kompressor angeschlossen werden kann. Dessen Druckluft durchläuft dann ebenfalls die normale Aufbereitungsstrecke. Die Abstrahlwärme der drei Verdichter und der Aufbereitungsanlagen wird durch einen thermostat-geregelten Ventilator aus dem Raum gezogen. Die Anlage hat auch unter den extremen Temperaturen des Sommers 2003 einwandfrei gearbeitet. Der Lieferumfang von Alup endet hinter dem Behälter (Volumen 6 m3).Zum Lieferumfang von Alup zählt auch der Schaltschrank mit sämtlichen Melde- und Störleuchten. In ihm ist auch die Grundlastwechsel-Steuerung für die Verdichter integriert.

Störungen werden als Sammelstörmeldung im durchgängig besetzten Leitstand angezeigt. Über die Signallampen am Schaltschrank erkennt das werkseigene Wartungspersonal sofort die gestörte Komponente. Deren weiterführende Anzeigen erleichtern dann das Auffinden und Beseitigen der Störung. Außerdem wurde mit Alup ein Wartungsvertrag abgeschlossen.Alle drei Alup-Verdichter werden über die Alup-Steuerung Air Control 3 gefahren. Diese sehr einfach zu bedienende Sensorsteuerung arbeitet als „Gehirn des Kompressors“ mit einem sehr umfangreichen Ausstattungspaket und einer ergonomischen Menüführung über ein besonders bedienerfreundliches, beleuchtetes 15-zeiliges Grafikdisplay. Sie bietet klare Informationen unter anderem über die aktuelle Betriebsart, über Verdichtungsenddruck und -temperatur und Störungshinweise. Die Steuerung kann eine editierbare Service-Hotline anzeigen.

Über den eingebauten Monitor können außer den Betriebsparametern zahlreiche Betriebsdaten in Diagrammform abgerufen werden (beispielsweise Gesamt-Betriebsstunden, Vollast-, Leerlauf- und Stillstandszeiten). Als Kurvenverläufe über die Zeit können Druck, Verdichtungsendtemperatur und produzierte Druckluftmenge dargestellt werden. Weil Restlaufzeiten bis zum nächsten Service durch Balkendiagramme angezeigt und fällige Wartungspositionen aufgelistet werden, können Serviceeinsätze zum Minimieren von Service- und Stillstandszeiten genau geplant werden.

Durch je sieben Timer-Kanäle für die Ein-/Ausschaltzeit des Kompressors und für die Druckabsenkung kann die Betriebszeit des Kompressors zum Reduzieren wertvoller elektrischer Energie optimal auf die Betriebsbelange eingestellt werden. Außerdem kann die Steuerung optional vier Zubehörausgänge für potential freie Meldungen mit je sieben Schaltuhrkanälen und acht Zubehöreingänge verwalten. Air Control 3 kann bis zu acht Kompressoren in einem Grundlastwechselverbund steuern und sogar drehzahlgeregelte Anlagen integrieren. Die mehrsprachig verfügbare Steuerung kann in übergeordnete Leitsysteme eingebunden werden. Die Lackieranlage und damit auch die Druckluft-Station wurde offiziell am 16. 12. 2002 in Betrieb genommen. Die anschließende Hochlaufphase war nach rund sechs Monaten abgeschlossen, so dass die Station seit Mitte 2003 im Normalzustand gefahren wird.