Wassereingespritzte Schraubenkompressoren erzeugen Druckluft für höchste Qualitätsstandards

Absolut ölfrei

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Bei der Erzeugung absolut ölfreier Druckluft macht die Schwan-Stabilo Cosmetics GmbH & Co. KG in Heroldsberg keine Kompromisse. Nachdem das Unternehmen jahrelang öleingespritzte Schraubenkompressoren mit anschließender Aufbereitung und ölfrei verdichtende Schrauben- und Kolbenkompressoren in Betrieb hatte, entschieden sich die Verantwortlichen, ihre ölfreie Druckluft mit wassereingespritzten Schraubenkompressoren zu produzieren.

Armin Salzmann

Aus der 1865 gegründeten Schwan-Bleistift-Fabrik hat sich ein weltweit erfolgreicher Konzern mit einem Jahresumsatz von 340 Mio. Euro (Geschäftsjahr 2006/2007) entwickelt. Zwar werden auch heute noch Bleistifte gefertigt. Inzwischen hat sich aber die Tochter Schwan-Stabilo Cosmetics mit einem Umsatz-Anteil von ca. 54 % zu einem eigenständigen, weltweit tätigen Kosmetikanbieter entwickelt, der als Private-Label-Partner führende Kosmetikmarken mit Kosmetikstiften beliefert. Dieser beachtliche Markterfolg konnte nur mit besonders hochwertigen Produkten erzielt werden. Entsprechend hoch sind die Qualitätsanforderungen an die Produktion und damit auch an die Druckluft.
„Wir bewegen uns mit unseren Produkten sehr nahe an der pharmazeutischen Industrie. Deshalb ist absolut ölfreie Druckluft eine unabdingbare Voraussetzung für unsere Produktionsprozesse, weil sie nicht nur als Steuer- und Antriebsluft dient, sondern auch mit den Kosmetikmassen und dem Endprodukt in Kontakt kommt, betont Instandhaltungsleiter Dipl.-Ing. Klaus Krieger. „Wir garantieren unseren Kunden, dass wir im Bereich Schwan-Stabilo Cosmetics nur absolut ölfreie Druckluft einsetzen. Damit bieten wir ein entscheidendes zusätzliches Qualitätsargument. Diese absolut ölfreie Druckluft erzeugen wir inzwischen ausschließlich mit wassereingespritzten Schraubenkompressoren aus der Lento-Baureihe von Almig.“
Die alte Lösung
Bis Januar 2007 wurde die ölfreie Druckluft durch einen 1997 installierten ölfrei verdichtenden Kolbenkompressor als Hauptlast-Anlage (Liefermenge 17,6 m³/min) und zwei öleingespritzte, luftgekühlte Schraubenkompressoren als Reserveanlagen erzeugt (Liefermengen 2,63 und 4,17 m³/min; ölfreie Aufbereitung über Aktivkohle-Adsorber). Bei Ausfall dieser Kolbenanlage war nur eine bescheidene Notversorgung möglich. Außerdem gab es nur einen einzigen Kältetrockner, sodass bei dessen Ausfall keine getrocknete Druckluft zur Verfügung stand. Diese mangelnde Redundanz bei Erzeugung und Aufbereitung führte zu einer deutlichen Reduzierung der Produktionssicherheit. Aber nicht nur das: Die Devise bei Schwan-Stabilo Cosmetics lautete auch „weg vom Öl“. Deshalb wurden im Januar 2007 zwei wassereingespritzte Almig-Schraubenkompressoren im Austausch gegen die zwei öleingespritzten Schraubenkompressoren in Betrieb genommen (alle Liefermengen bezogen auf Betriebsüberdruck 7 bar), eine drehzahlgeregelte Lento-Anlage (Lento 55, Motor-Nennleistung 55 kW, Lieferbandbreite von 2,04 bis 8,19 m³/min) und eine Lento-Anlage mit fester Drehzahl (Lento 37 D, Motor-Nennleistung 37 kW, Liefermenge 4,9 m³/min). Der alte ölfrei verdichtende Kolbenkompressor verblieb als Reserve-Anlage.
„Wir haben uns bewusst nicht mehr für einen ölfrei verdichtenden Kolbenkompressor entschieden“, kommentiert Werner Reiß, Leiter Mechanische Anlageninstandhaltung. „Diese Verdichtersysteme arbeiten mit ölgefluteten Getrieben im unmittelbar angrenzenden Verdichtungsraum. Undichtigkeiten an dieser Verbindungsstelle haben in anderen Produktionsbereichen schon zu Problemen geführt hatte. Wir wollten aber absolut auf Nummer sicher gehen. Deshalb gab es zu den wassereingespritzten Anlagen keine Alternative.“
Verdichten mit Wasser
Die wassereingespritzten Lento-Anlagen überzeugen durch einen sehr einfachen und übersichtlichen Aufbau. Sie verdichten einstufig mit sehr niedrigen Drehzahlen von nur 3000 bis 4000 min-1. Die Anlagen verdichten nahezu isotherm und deshalb mit sehr geringer Wärmeentwicklung. Und Wärme, die bei der Verdichtung nicht entsteht, braucht weder bezahlt noch abgeführt zu werden. Die Verdichterstufen werden hochpräzise gefertigt und erreichen eine Lebensdauer, die mit öleingespritzten Stufen vergleichbar ist. Die Rotoren aus einem hochfesten Kunststoffcompound arbeiten in einem Gehäuse aus korrosionsfester Bronzelegierung. Sie werden für maximale Betriebssicherheit in fettgeschmierten Zylinderrollen- und Schrägkugellagern gelagert. Größtmöglichen Aufwand hat Almig bei der Konstruktion der Verdichterstufen mit einer hermetischen Abdichtung dieser Lager getrieben: So verhindern Wellenabdichtungen auf den Rotorwellen das Eindringen von Fett aus den Lagern in den Verdichtungsraum. Mechanische, wassergeschmierte Gleitringdichtungen dienen als zusätzliche Fettsperre. Zusätzlich ist der fettgeschmierte Raum der Lager mit atmosphärischen Öffnungen versehen, damit bei Bedarf überschüssiges Fett austreten und aufgrund eines natürlichen Druckgefälles nicht in den Verdichtungsraum gelangen kann. Außerdem beträgt die Fettmenge in den Lagern max. 12 g.
Die Lento-Anlagen arbeiten mit einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf. Druckluft und Wasser werden in einem Zyklon-Vorabscheider aus Edelstahl weitgehend getrennt. Die zu 100 % gesättigte Druckluft wird im integrierten Kältetrockner wirksam zurückgekühlt, ausfallendes Kondensat als Frischwasser in den internen Wasserkreislauf zurückgeführt. Überschüssiges Kondensat wird von einem elektronischen Kondensatableiter ausgetragen und kann ohne weitere Behandlung in die Kanalisation eingeleitet werden. Der stete Wasserwechsel im System durch permanente Erzeugung von Kondenswasser garantiert eine optimale Wasserqualität und macht eine Ergänzung aus einer Trinkwasserleitung überflüssig. Eine Opferanode im Wasserkreislauf verhindert Schäden im System. Ein Wasserfilter filtert Schwebstoffe aus. Der drehzahlgeregelte Direktantrieb passt die Liefermenge der geregelten Anlagen für höchste Wirtschaftlichkeit exakt an schwankenden Druckluftbedarf an, vermeidet Schaltspiele und daraus entstehende teure Leerlaufzeiten. Der energieschonende Anlauf erfolgt ohne Stromspitzen. Außerdem kann der Betriebsdruck in Abstufungen von 0,1 bar zwischen 5 und 10 bar frei gewählt werden. Die Lento-Anlagen sparen deshalb durch ihre gute Anpassung an den jeweiligen Einsatzfall wertvolle elektrische Energie und damit bares Geld.
Bei Arbeitsbeginn startet zunächst die drehzahlgeregelte Anlage Lento 55. Sobald sie ca. 90 % ihrer Leistung (ca. 7,4 m³/min) erreicht, startet automatisch die kleinere Lento-Anlage mit fester Drehzahl (Liefermenge 4,9 m³/min) als Grundlastanlage, die geregelte Anlage fährt entsprechend zurück und regelt den schwankenden Spitzenbedarf. Die Station arbeitet vollkommen autark mit einem konstanten Höchstdruck von 7,8 bar. Einspeisungen aus anderen Stationen (z. B. mit öleingespritzten Kompressoren und anschließender ölfreier Aufbereitung) finden – auch in Notfällen – nicht statt. Die ölfrei verdichtende Kolbenanlage wird z. Zt. noch als Reserveanlage vorgehalten.
Die zukünftige Station
„Seit der Inbetriebnahme unserer Anlagen vor 18 Monaten haben wir mit den wassereingespritzten Schraubenkompressoren nur gute Erfahrungen gemacht. Die Anlagen liefen sofort – von kleinen anfänglichen Nachregulierungen abgesehen – absolut problemlos. Deshalb haben wir bereits eine dritte wassergekühlte Anlage bestellt. Mit diesem Schraubenkompressor werden wir gleichzeitig noch einmal das Gesamtkonzept unserer ölfreien Druckluftstation für den Kosmetik-Bereich überarbeiten“, erläutert Instandhaltungsleiter Klaus Krieger. Diese neue Anlage wurde wieder in drehzahlgeregelter Ausführung gewählt. Sie ist bau- und leistungsgleich mit der bereits im Januar 2007 gelieferten Lento 55. Beide geregelten Schraubenkompressoren sollen nach der Installation dieses dritten Kompressors in Wechselschicht mit dem bereits vorhandenen Lento-Kompressor mit fester Drehzahl und als gegenseitige Redundanzanlagen arbeiten. Außerdem hofft man auf eine Absenkung des Druckes von 7,8 auf 7,3 bar, wodurch ca. 3 % elektrische Energie eingespart werden.
Mit der Installation dieser dritten Anlage sollen alle drei Anlagen in Reihe aufgestellt werden. Außerdem soll die anfallende Abwärme der wassergekühlten Kompressoren über ein Abwärmekanalsystem aus der Station hinausgeführt werden. Eine thermostatgeregelte Bypass-Klappe sorgt auch im Winter für optimale Raumtemperaturen. Aktuell erfüllt diese Aufgabe noch ein thermostatgesteuerter Abluft-Ventilator. Durch das Abwärmekanalsystem wird die Temperatur in der Station und damit auch die Temperatur der zur Verdichtung aus dem Raum angesaugten Luft weiter sinken, was die thermischen Verhältnisse in den Verdichtern noch weiter verbessert. Die zur Verdichtung erforderliche Zuluft wird auch künftig von außen in die Station eintreten und von den Verdichteranlagen aus dem Raum angesaugt.
Druckluftaufbereitung
Die Druckluft wird bei Schwan-Stabilo Cosmetics über eine Sammelleitung zunächst in einen Druckluftbehälter (Volumen 5 m³) und anschließend in einem Kältetrockner aufbereitet. Dieser externe Trockner war schon in der alten Station vorhanden. Er arbeitet mit einem Drucktaupunkt von ca. 3 °C und soll auch künftig in der neuen Station aktiv sein, während die serienmäßig in den Lento-Anlagen integrierten Trockner die Druckluft mit einem Drucktaupunkt von ca. 3 bis 7 °C vortrocknen. Außerdem verfügt der externe Trockner über ein integriertes Taupunktmessgerät zur sofortigen Meldung von Taupunktabweichungen. „Trotz absolut ölfreier Verdichtung durchströmt die Druckluft vor Eintritt in das Netz noch einen Aktivkohle-Adsorber als Polizeifilter. Diese Anlage soll jene Ölpartikel aus der Druckluft entfernen, die über den Ansaugfilter – z. B. aus der Auspuffanlage von Kraftfahrzeugen – in das System gelangen können“, erläutert Gerhard Bottner, Stellvertreter von Werner Reiß und Koordinator für die Mechanische Anlageninstandhaltung.
Meldung an die GLT
Jeder einzelne Kompressor der Station ist aktuell über eine Sammelstörmeldung an die Gebäudeleittechnik (GLT) angeschlossen. Störungen werden für eine 24-Stunden-Überwachung über einen Störmeldedrucker an die Pforte gegeben. Über eine Sammelstörmeldung hinaus erlaubt die serienmäßige Schnittstelle der Anlagen die Weitergabe von detaillierten Daten nicht nur an die GLT, sondern optional z. B. auch an eine externe Service-Station oder an Almig. Im geplanten Endausbau sollen alle von den Kompressoren gelieferten detaillierten Betriebsdaten und Störungsmeldungen an die GLT gemeldet werden. Für die Station wurde ein Wartungsvertrag abgeschlossen. Er bietet dem Betreiber eine Garantie von zwei Jahren auf die Anlagen sowie feststehende und planbare Wartungskosten. Lediglich eingesetzte Ersatzteile werden zusätzlich zum vereinbarten Festpreis abgerechnet. Die garantierte Verwendung von Original-Ersatzteilen verlängert die Lebensdauer der Kompressoren. Zwischen dem Betreiber und Almig wurde eine Reaktionszeit für Service-Einsätze von max. 24 Stunden vereinbart.
Idealzustand erreicht
„Seit ca. 18 Monaten machen wir jetzt unsere Erfahrungen mit den wassereingespritzten Schraubenkompressoren. Sie sind ausnahmslos positiv. Dieses Konzept hat uns überzeugt. Wenn ein Unternehmen das Risiko von Restöl in der Druckluft ausschließen will, gibt es nach unserer Erfahrung nur den direkten Weg der wassereingespritzten Drucklufterzeugung. Zusätzlich verbessern diese Kompressoren die Druckluftqualität, weil die in der Ansaugluft enthaltenen Staubpartikel durch das eingespritzte Wasser in etwa auf ein drittel reduziert werden“, resümiert Reiß.
cav 402

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