Drehzahlregelung im Doppelpack

Druckluftstation senkt Energiebedarf der Wellpappenfabrik Grünstadt

Welcher Betreiber einer Druckluftstation möchte nicht gerne bis zu 35 % an elektrischer Energie einsparen. Möglich ist das mit drehzahlgeregelten Schraubenverdichtern, denn so eine Maschine produziert nur so viel Druckluft, wie gebraucht wird. Für die neue Druckluftstation bei der Wellpappenfabrik in Grünstadt-Sausenheim setzte man noch eins drauf: Hier arbeiten zwei drehzahlgeregelte Verdichter im Verbund.

30. Dezember 2004

Die Wellpappenfabrik GmbH fertigt mit etwa 250 Mitarbeitern am Standort Grünstadt-Sausenheim in zwei Schichten ein- und zweiwellige Wellpappe in B-, C- und E-Welle und verarbeitet diese Produkte auch zu fertigen Kartonagen. „Unsere Kapazität liegt bei etwa 22.000 Quadratmetern pro Stunde. Diese Leistung erreichen wir aber nur mit einer zuverlässig arbeitenden Druckluftstation“, betont Betriebsleiter Norbert Noll. Durch die laufende Erweiterung des Grünstädter Werkes und die Inbetriebnahme immer modernerer Produktionsmaschinen stieg der Druckluftbedarf an. Parallel dazu ist auch die Druckluftversorgung durch Zukäufe weiterer Kompressoren mitgewachsen.

Zuletzt waren drei Alup-Schraubenverdichter mit fester Drehzahl und einer Gesamtliefermenge von 15,6 m³/min in Betrieb. Sie wurden nach und nach installiert und über eine Kaskadensteuerung mit versetzten Schaltgrenzen betrieben - allerdings unwirtschaftlich. Außerdem waren - und sind noch heute - drei kleine Alup-Kolbenverdichter als Reserveanlagen vorhanden. Im Frühjahr 2003 reichte jedoch auch die Gesamtleistung der drei Schraubenverdichter zur Deckung des Bedarfs nicht mehr aus, sodass unerwünschte Druckschwankungen im Netz zur Gefährdung der störungsfreien Produktion führten. Außerdem war der vorhandene Kältetrockner bis zu seiner zulässigen Maximalleistung ausgereizt.

An der Notwendigkeit, die Leistung der Station erneut zu erweitern, führte wieder einmal kein Weg vorbei. Allerdings suchte man jetzt nach einem neuen Lösungskonzept. Ein Ingenieur-Büro hatte bereits zwei Ansätze empfohlen: Das Aufspüren und Beseitigen von Leckagen sowie die bessere Anpassung der Kompressoren an den tatsächlich benötigten Betriebsdruck durch eine neue übergeordnete Steuerung. Zusätzlich wurden zwei Vorschläge für die Erweiterung der Verdichterstation gemacht. Dazu Noll: „Beide Vorschläge liefen darauf hinaus, dass wir unsere bisher schon existierende Kompressoren-Sammlung erneut durch einen weiteren kleinen Kompressor ergänzt hätten. Wir wollten aber jetzt endlich Nägel mit Köpfen machen und eine komplett neue Druckluftstation realisieren. Deshalb haben wir beide Vorschläge verworfen und auf Empfehlung von Alup eine neue Druckluftstation mit zwei drehzahlgeregelten Alup-Schraubenverdichtern mit Frequenzumrichter aus der Allegro-Baureihe realisiert.“

Für eine fundierte Entscheidungsbasis hat Hersteller Alup zunächst eine Druckluft-Verbrauchsmessung durchgeführt, deren Ergebnisse in Tabellen und Diagrammen die aktuellen Verhältnisse glasklar widerspiegelten: Der Bedarf pendelte im Tagesverlauf während der Produktionszeit zwischen 6 und 9 m³/min und reduzierte sich in den Nachtstunden und am Wochenende unter anderem durch die Versorgung der Wasseraufbereitungsanlage auf 2,5 bis 4,0 m³/min. In dieser Analyse wurden neben dem Verbrauchsprofil auch ein Druckprofil, die Schalthäufigkeit der einzelnen Verdichter und ihr Stromverbrauch ermittelt. Diese Bedarfswerte lagen im Leistungsbereich des drehzahlgeregelten Alup-Schraubenkompressors Allegro 80. Diese Anlage deckt mit 1,73 bis 10,7 m³/min Liefermenge bei 8 bar sowohl den Spitzenbedarf am Tag als auch den Nacht- und Wochenendbedarf mit höchster Wirtschaftlichkeit ab.

Aus Sicherheitsgründen wurde ein baugleicher Verdichter als Reserve gekauft. Beide Anlagen werden im Verbund parallel gefahren. Alup bietet die Allegro-Baureihe für eine Leistungsbandbreite von 0,49 bis 42,1 m³/min und Motornennleistungen 16 bis 260 kW. Sie arbeiten mit einer verlustfreien Kraftübertragung, zeichnen sich durch einen sehr guten Anlagenwirkungsgrad aus und arbeiten ohne Anfahr-Umschaltstromspitzen. Zudem bietet die Allegro die Möglichkeit, den Betriebsdruck frei zwischen 5 und 13 bar zu wählen.

In der neuen Station der Wellpappenfabrik Grünstadt startet zunächst eine Anlage. Sobald der aktuelle Bedarf deren maximale Liefermenge von 10,7 m³/min übersteigt, wird automatisch die zweite Anlage gestartet. In diesem Augenblick geht die Liefermenge der zuerst gestarteten Anlage durch Drehzahlreduzierung so weit zurück, dass beide Anlagen mit gleicher Auslastung parallel. Nach jeweils einer Stunde wird die Priorität zwischen den beiden Anlagen über die in einer Anlage integrierte Grundlast-Wechselschaltung automatisch gewechselt. Während dessen wird eine Anlage kurzzeitig in den Leerlauf geschaltet. Wenn der Druck durch die verbliebenen Anlage mit erhöhter Drehzahl und durch eine damit verbundene erhöhte Liefermenge innerhalb ihrer Leistungsgrenzen konstant gehalten werden kann, wird die andere Anlage abgeschaltet und erst wieder zugeschaltet, wenn die Leistung der verbliebenen Anlage den Bedarf nicht mehr decken kann. Sollte der Bedarf in dieser Phase jedoch größer sein als die maximale Liefermenge des verbliebenen aktiven Verdichters, werden beide Anlagen auch für die nächste Stunde parallel gefahren.

Dieses Konzept wiederholt sich stündlich und ermöglicht den synchronen Betrieb der zwei drehzahlgeregelten Schraubenverdichter ohne zusätzliche übergeordnete Steuerung sowie die Anlagen schonende Stillsetzung eines Verdichters bei reduziertem Bedarf.

Vorhandene Kompressoren dienen als Notreserve

In diese Grundlast-Wechselschaltung, realisiert durch die Steuerung Air Control 3 der Allegro-Kompressoren, sind auch die drei noch vorhandenen Alup-Kolbenkompressoren eingebunden. Sie ersetzen in ihrer Summe die Liefermenge eines neuen Schraubenverdichters und werden als Notreserve vorgehalten.

Die Wellpappenfabrik in Grünstadt-Sausenheim arbeitet in zwei Schichten von Montag bis Freitag. Am Samstag wird noch Druckluft für Reinigungsarbeiten benötigt. Danach wird die Verdichterstation über ein Kugelventil mit pneumatischem Antrieb mit Ausnahme der Wasseraufbereitung vom Betriebsnetz getrennt. Dadurch wird verhindert, dass Station und Behälter durch Leckageverluste geleert werden. Bei Sonderschichten oder Reparaturarbeiten während der Betriebsruhe kann das Netz jederzeit durch Öffnen des Kugelventils wieder mit Druckluft beaufschlagt werden.

„Als wir die jetzt realisierte Konzeption planten, haben wir uns auch von drei weiteren Anbietern Vorschläge und Angebote ausarbeiten lassen. Die Entscheidung, unsere neue Station wieder bei Alup zu kaufen, fiel letztlich nach dem Besuch eines Seminars, in dem wir die Vorteile drehzahlgeregelter Alup-Schraubenkompressoren kennen lernten. Mit unserer erneuten Entscheidung für Alup haben wir die Kontinuität beim Fabrikat gewahrt. Soweit ich zurückdenken kann, gab es in unserem Hause immer nur Kompressoren dieses Herstellers. Anfänglich waren es Kolben-, dann Schraubenkompressoren mit fester Drehzahl und jetzt die zwei neuen drehzahlgeregelten Allegro-Anlagen. Unsere neue Station arbeitet jetzt seit Anfang Juni 2003 zu unserer vollsten Zufriedenheit. Das neue Konzept garantiert uns einen konstanten Druck und eine wirtschaftliche Drucklufterzeugung“, resümiert Betriebsleiter Norbert Noll. „Nach einer Berechnung im Vorfeld sparen wir mit dem neuen Konzept jährlich etwa 5.000 Euro an Energiekosten bei unserer Drucklufterzeugung“.

Erschienen in Ausgabe: 11/2003