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Modernisierung So macht Druckluft die Forschung fit für die Zukunft

Autor / Redakteur: Daniela Koehler und Erwin Ruppelt / Sebastian Hofmann

In der Forschung spielen Qualität und Zuverlässigkeit eine große Rolle. Dies gilt auch für die Druckluft, die bei den Forschungsprojekten zum Einsatz kommt. Die Universität Erlangen-Nürnberg ist in diesem Bereich Vordenker und setzt jetzt auf Industrie 4.0.

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Zum Beschichten von Leiterplatten und für viele weitere Anwendungen benötigt das FAPS Druckluft in einer sehr reinen Qualität.
Zum Beschichten von Leiterplatten und für viele weitere Anwendungen benötigt das FAPS Druckluft in einer sehr reinen Qualität.
(Bild: Kaeser Kompressoren)

Wenn Forschungslabore wachsen, erhöht sich auch deren Druckluftbedarf. Alte Anlagen sind aber oft nicht in der Lage, die benötigte Menge und Qualität zu liefern. Eine solche Erfahrung hat auch das FAPS gemacht, der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisation und Produktionsautomatik der Uni Erlangen-Nürnberg. Druckluft benötigt das Institut zum Beispiel beim Prototypenbau von Motoren, beim Leiterplattenbeschichten, in der Metallbearbeitung mit Laser und bei der Elektronikproduktion. Nachdem die Einrichtung sich vergrößert hatte, fielen die alten Kompressoren immer wieder aus – etwa dann, wenn zwei der Laser gleichzeitig betrieben wurden. Eine Neuauslegung war bald unvermeidbar.

Erster Schritt: den Bedarf ermitteln

Zu Beginn einer Modernisierung empfiehlt es sich immer, eine Druckluftmessung durchzuführen, denn nur die wenigsten Betriebe kennen ihren tatsächlichen Bedarf. So ging es auch dem FABS. Nach einem Audit wurde die neue Druckluftstation konzipiert. Dabei spielte auch die Möglichkeit zur vorausschauenden Wartung eine Rolle. Ein bereits vorhandener Kompressor, der seit 2004 Teil der Anlage ist, konnte in die neue Anlage integriert werden. Zudem sorgen Verdichter mit integrierten Steuerungen, die alle ihre Daten an eine übergeordnete Steuerung weitergeben können, für eine wirtschaftliche Drucklufterzeugung. Bei der Planung wurden sogenannte Splittingkriterien angewandt. Das heißt, dass ein Kompressor konstant die Grundlast abdeckt, während sich bei höherem Bedarf eine frequenzgeregelte Anlage hinzuschaltet. Diese deckt die jeweiligen Spitzen ab.

Um die hohe Reinheitsqualität der Druckluft zu gewährleisten, ist die Station mit zwei Kältetrocknern, zwei Feinfiltern und zwei Aktivkohlefiltern ausgestattet. Sie sind mit einem Haltesystem versehen. Dieses verhindert Überlastungen, wenn die Kompressoren wieder angeschaltet werden, nachdem sie (zum Beispiel über das Wochenende) außer Betrieb waren. Das zahlt sich vor allem dann aus, wenn ein Druckluftnetz viele Leckagen hat. Nach längerer Ausschaltzeit ist dieses meist druckentleert. Springen die Verdichter wieder an, werden Aufbereitungskomponenten wie Trockner und Filter übermäßig beansprucht. Sie sind dem bis zu Zehnfachen der üblichen Belastung ausgesetzt. Die Folge: Trotz guter Trockner und Filter geraten Verunreinigungen ins System. Zusätzlich wurde ein Sicherheitskonzept in Form einer Back-up-Anlage mit eingeplant, damit das FABS auch im Fall eines Ausfalls oder bei Wartungsarbeiten zuverlässig versorgt ist.

Steuerung sorgt für gesteigerte Wirtschaftlichkeit

Die Station ist zudem ausgerüstet mit dem Sigma Air Manager 4.0 (SAM 4.0). In die Steuerung wurden die beim anfänglichen Audit gewonnenen Daten eingegeben. Sie agiert ähnlich wie ein Dirigent bei einem Orchester und überwacht gleichzeitig alle Komponenten der Station, die Umgebungs- und die Produktionsbedingungen und passt die erzeugte Druckluftmenge exakt an den Bedarf an. Sie optimiert unter anderem die Druckgüte und stellt die Förderleistung der Kompressorstation ein, auch bei schwankendem Druckverbrauch. Außerdem optimiert SAM 4.0 die Energieeffizienz auf Basis von Regelverlusten, Schaltverlusten, Druckflexibilität und macht die Druckluftstation fit für Serviceleistungen wie vorausschauende Wartung. Zusätzlich bietet die Steuerung die Möglichkeit der Ferndiagnose. Im FABS ist sie mit dem Leitsystem vernetzt und kann von überall her eingesehen werden. Bei Bedarf lassen sich alle Daten auf jedem Bildschirm im Labor darstellen.

Abwärme nutzen und Energieeffizienz erhöhen

Wird Druckluft erzeugt, so entsteht auch Wärme. Häufig wird diese als Abluft in die Umgebung abgeblasen. Ein sinnvoller Weg, sie zu nutzen und so auch gleichzeitig Kosten an anderer Stelle zu sparen, ist die Wärmerückgewinnung. Die durch die Kompressoren erzeugte Wärme lässt sich fast vollständig ausschöpfen und kann mithilfe eines Wärmetauschers zum Beispiel zum Heizen oder für Prozesswärme eingesetzt werden. Auch die Anlage im FAPS ist für diesen Zweck ausgerüstet.

Michael Masuch, Diplom-Ingenieur im Forschungsbereich Elektromaschinenbau des Instituts, sagt über die neue Druckluftversorgung: „Wir haben heute eine komfortable Lösung, die viele Pluspunkte bietet. Neben dem Vorteil, dass die Versorgung zuverlässig ist und die Qualität der Druckluft stimmt, haben wir einen guten Überblick über unseren Verbrauch.“ Nach Installation der neuen Station hat das FAPS zum Beispiel festgestellt, dass viele Leckagen im Leitungssystem vorhanden waren, und konnte diese beseitigen. Masuch: „Mit der Druckluftanlage sind wir jetzt auf dem neuesten Stand der Technik und für die Zukunft gerüstet.“

* Daniela Koehler ist Pressesprecherin und Erwin Ruppelt leitender Projektingenieur bei Kaeser Kompressoren SE in 96410 Coburg, Tel. (0 95 61) 64 00, produktinfo@kaeser.com, www.kaeser.com

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