Wie sich Geld in Luft auflöst

In Produktionsbetrieben sind Einsparungen bis 40 % möglich

Während Produktionsanlagen häufiger auf ihre Wirtschaftlichkeit überprüft werden, kommen Druckluftversorgung und -netz oft zu kurz. Dabei lassen sich mit einfachen Mitteln schon erhebliche Wirkungsgradsteigerungen erzielen.

12. April 2001

Energie ist wertvoll in vielerlei Hinsicht. In der Wirtschaft wird sie zunehmend auch als Kostenfaktor ernstgenommen. Nichtsdestotrotz bleiben Anstrengungen zum Sparen halbherzig und oft schon im Ansatz stecken.

Wertvolle Zeit geht verloren und mit jedem Tag auch Geld, während man durch die Erhöhung der Wirkungsgrade von Energieverbrauchern den Energieverbrauch deutlich reduzieren könnte. Es fehlt an ganzheitlichen Analysen - beispielsweise erstellt durch unabhängige Spezialisten -, die wirklich alle Kostensenkungspotenziale identifizieren.

Wichtige Energieformen werden betriebsintern oft gar nicht beachtet. Wem ist auch schon bewusst, dass Luft Geld kostet. Zumindest Druckluft, die - wie die Erfahrung zeigt - in den vielen Unternehmen stiefmütterlich behandelt wird. Druckluftmengen werden nicht gemessen, selten wird der Verbrauch bilanziert. Die Wartung der Druckluftsysteme wird vernachlässigt. Reicht die Druckluft nicht mehr aus, schafft man einen neuen Kompressor an. Gerade das wäre in vielen Fällen nicht notwendig, denn fachgerechtes Optimieren des Druckluftsystems, der Produktionsplanung und -steuerung ermöglicht Einsparungen von bis zu 40 %.

Druckluft dient als Antriebsquelle und zur Unterstützung der Regelung und Steuerung. Beim Verbraucher erledigt sie größtenteils mechanische Arbeit. Mit ihr werden Bewegungsabläufe auf kleinstem Raum und mit hoher Leistung möglich. Nur in Ausnahmefällen, wo dies dann unbedingt auch gemacht werden sollte, ist sie durch eine andere, billigere Energieform zu ersetzen. Unverzichtbar bleibt sie in vielen Teilen der Fertigungs- und Produktionstechnik.

Unvergleichlich teuer ist Druckluft deshalb, weil sie mit Hilfe elektrischer Energie erzeugt, bevorratet, behandelt und verteilt wird. Der Wirkungsgrad einer Druckluftanlage liegt bei nur 10 %. Grund genug, sorgfältig mit Druckluft umzugehen. Aber schon bei der Planung werden erste Fehler gemacht.

Der Energiebedarf richtet sich oft nach der Kompressorgröße und der Art der Regelung. Der Auslastungsgrad eines Kompressors bestimmt dessen Wirtschaftlichkeit. Überdimensionierte Anlagen sowie ausgedehnte Stillstands- und Leerlaufzeiten treiben die Energiekosten in die Höhe. Eine falsche Reglereinstellung vermindert den Wirkungsgrad der Anlage. Druckluftbehälter sind - schädlich für den Kompressor - nach Schätzwerten dimensioniert. Dass das gesamte Druckluftnetz unsachgemäß installiert ist, gehört nicht eben zu den Ausnahmen.

Wegen solcher Fehler wird in vielen Betrieben, die mit Druckluft arbeiten, Geld und Energie verschwendet. Der Kaufmann sollte sich allerdings keinen Illusionen hingeben: Auch der beste Techniker kann nicht verhindern, dass Geld in die Luft geblasen wird. Druckverluste lassen sich nicht gänzlich ausschalten.

Die Häufigkeit der Leckagen erhöht sich mit der Anzahl der Verbindungsstellen und mit dem Alter des Netzes. Ganz verhindern kann man sie nicht. Vermeidbar sind dagegen durch Unterdimensionierung von Rohrleitungen Filtern, Trocknern sowie durch Zu- und Abluftkanäle verursachte Druckverluste. Zu hoher Netzdruck führt zu einer höheren Verdichtungsarbeit und damit zu mehr Energiekosten. Die in der Druckluftanlage verbleibende Energie, die in Wärme umgesetzt wird, bleibt in vielen Fällen ungenutzt. Allein dadurch gehen etwa 90 % der in das System eingespeisten Energie verloren.

Häufig ist den Mitarbeitern nicht bewusst, dass sie mit einer besonders teuren Energie umgehen. So werden Druckluftsysteme auch dann nicht abgeschaltet, wenn die angeschlossenen Maschinen gerade nicht eingesetzt werden.

Bevor allerdings Optimierungsmaßnahmen ergriffen werden, sollte das System gründlich analysiert werden. Der Fachmann verfügt über eine mobile Instrumentierung, um bei Bedarf Feldmessungen durchzuführen. Dringend erforderlich zum Analysieren eines Druckluftnetzes ist die Bestimmung der Leckagenrate, denn die Leckageabdichtung gehört zu den wirkungsvollsten Maßnahmen.

Zur Verbesserung der Leckagenrate bietet es sich an, mit einer automatischen Absperrung die Verbrauchergruppen nach Arbeitsende vom Netz zu trennen. Außerhalb der Arbeitszeit sollten Kompressoren abgeschaltet sein. So wird ein Leerlaufstrombezug aufgrund von Leckagen vermieden. Eine der wichtigsten Aufgaben ist es, die Mitarbeiter zu sensibilisieren, dass sie bei Arbeitsende die Leitungsventile der Verbraucher schließen, wo dies nicht automatisch geschieht. Das gesamte Druckluftnetz, insbesondere die flexiblen Schläuche und die Anschlüsse, müssen in regelmäßigen Abständen kontrolliert werden. An einer ordentlichen Wartung der Drucklufterzeuger und -verteiler führt kein Weg vorbei.

Der Druckluftbedarf unterliegt in der Praxis häufigen Schwankungen. Wichtig ist eine korrekte Anpassung der Leistung an den Momentanbedarf. Die Druckanpassung der Druckluft an die Erfordernisse des Verbrauchers mit maximalem Druckbedarf unter Berücksichtigung von Druckverlusten im Netz führt zu einer deutlichen Energieeinsparung. Weil die einzelnen Kompressoren auf Schwankungen relativ träge reagieren, ist zu prüfen, ob die Energieaufnahme durch übergeordnete elektronische Steuerungssysteme wirksam gesenkt werden kann. Elektronische Steuerungen bringen in aller Regel mehr Wirtschaftlichkeit. Unwirtschaftliche Leerlaufzeiten werden minimiert. Neuere Kompressoren verhindern Leerlaufzeiten, indem sie den Volumenstrom exakt auf den aktuellen Druckluftbedarf abstimmen.

Die vom Kompressor aufgenommene elektrische Energie wird fast vollständig in Wärme umgewandelt. Nur 4 % dieser Wärmeenergie bleiben in der erzeugten Druckluft, etwa 2 % werden an die Umgebung abgestrahlt, rund 94 % über Kühlmedien abgeführt. Eigentlich ist es unverantwortlich, so viel freiwerdende Energie ungenutzt ins Freie zu geben, statt die Wärme dahin zu transportieren, wo sie gebraucht wird. Bei dem hohen Anteil der Stromkosten an den gesamten Betriebsausgaben liegt es nahe, die anfallende Wärme einzusetzen, wenn dies wirtschaftlich interessant ist.

Regelmäßige Inspektion reduziert Betriebskosten

Druckluft für die verschiedensten Zwecke wird im allgemeinen durch Verdichtung frei angesaugter Luft erzeugt, die entsprechend dem jeweiligen Luftzustand Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf enthält. Die Feuchtigkeit ist meistens unerwünscht, weil sie sich durch Kondensation unkontrolliert aus der Druckluft ausscheiden kann und das Kondensat dann zu betrieblichen Störungen an Teilen des Druckluftsystems, an Druckluftwerkzeugen oder an Mess- und Regelgeräten führt. Außer Feuchtigkeit können zudem Bestandteile wie Öl und Staub enthalten sein. Die Luft muss also entölt, gereinigt und entfeuchtet werden. Mit der Erhöhung der Temperatur vergrößert sich das spezifische Volumen der Luft. Das erfordert einen Mehraufwand an technischer Arbeit. Also ist es empfehlenswert, die Ansaugluft durch Installation eines Lüftungskanals von außen heranzuführen oder sie während der Kompression zu kühlen.

Druckluft wird immer eine teure Energieform bleiben. Es gibt in diesem Bereich aber auch genügend Ansatzpunkte zum Sparen. Damit ihre Nutzung in der Produktion nicht zum Fass ohne Boden wird, sollte die gesamte Anlage regelmäßig vom Fachmann überprüft und optimiert werden. Dann steht dem Betrieb zu jeder Zeit die erforderliche Druckluftmenge bei möglichst geringem Energieeinsatz zur Verfügung.

Bruno Fessler ist Mitarbeiter bei der BFE Institut für Energie und Umwelt GmbH, Mühlhausen

Wirtschaftlicher Trockenläufer mit Pfiff Für hohe Qualitätsansprüche Moderne Kolbenkompressoren wie der neue Kompressor KCTM 550 der Kaeser Kompressoren GmbH, Coburg, lassen sich beispielsweise in Druckereien als wirtschaftliche Druckluftlieferanten einsetzen. Das Aggregat kombiniert ölfreie Luftverdichtung, - filtration, -trocknung und -speicherung auf engstem Raum. Damit erzeugt diese Maschine nicht nur qualitativ hochwertige Druckluft, sondern spart zudem Platz und Energie.

Auf den ersten Blick hebt sich der neue KCTM 550 von gängigen Standardausführungen ab: Auf einem 90-l-Druckbehälter ist nicht nur das Kompressoraggregat montiert. Es wird flankiert von einer Filterkombination und einem zylinderförmigen, besonders energiesparenden Membrantrockner. Der KCTM 550 ist ein ölfrei verdichtender Kolbenkompressor (Trockenläufer) moderner Bauart. Hochleistungsventile, niedrige Kolbengeschwindigkeiten und eine großdimensionierte Lagerung sollen eine lange Lebensdauer und geringen Wartungsbedarf garantieren.

Der 3-kW-Antriebsmotor zeichnet sich durch niedrigen Energiebedarf und eine hohe Leistungsreserve aus. Das Kühlsystem und weitere entsprechend ausgelegte Bauteile erlauben den Dauerbetrieb bis zu 10 bar Höchstüberdruck. Durch eine Schalldämmhaube lässt sich der Schallpegel der Anlage auf nur 62 dB (A) reduzieren. Der integrierte Membrantrockner erreicht eine Absenkung des Drucktaupunktes der Luft um etwa 20 K und damit einen hohen Trocknungseffekt. So fällt im nachgeschalteten Druckbehälter und bis zur Druckluftverbrauchsstelle kein Kondensat mehr an.

Der Spülluftbedarf des Membrantrockners ist sehr gering. Die vorgeschaltete Kombination aus Vor- und Nachfilter schützt die Trocknermembrane vor Verschmutzung und führt bereits einen Teil des Kondensats ab. Damit ist auch eine hohe Betriebssicherheit und Langlebigkeit des Trockners gewährleistet.

Erschienen in Ausgabe: 05/2000