Das Familienunternehmen Schwan Cosmetics entwickelt und produziert seit 1927 Kosmetikstifte. Als Weltmarktführer ist die hundertprozentige Tochter des international tätigen Familienunternehmens Schwan-Stabilo heute für nahezu alle international renommierten Kosmetikfirmen ein verlässlicher Partner. Die Fertigung vom holzgefassten Augenbrauenstift über Kajal, flüssigen Eyeliner bis hin zu mechanischen Konturen- und Lippenstiften verlangt absolut reine und trockene Druckluft, mit der die Maschinen und Anlagen auf der 17 000 m² großen Produktionsfläche in Heroldsberg bei Nürnberg versorgt werden. Deshalb ist es für die sensible Produktion der dekorativen Kosmetik selbstverständlich, dass nur ölfrei arbeitende Kompressoren zur Erzeugung des hier unverzichtbaren Mediums Druckluft eingesetzt werden. Aus energetischen und betriebswirtschaftlichen Gründen wurde 2017 beschlossen, die fast 16 Jahre alten Schraubenverdichter zu ersetzen. Die Forderungen an die neue Kompressortechnologie waren hoch. Vorausetzung war die Erzeugung absolut ölfreier Druckluft. Darüber hinaus waren folgende technische Merkmale gefragt:
- Zweistufige Verdichtung
- Wasserkühlung
- Hoher Wirkungsgrad auch im Teillastbereich
- Getriebeloser, frequenzgeregelter Direktantrieb der Druckstufen
- Minimale Abmessungen
- Geräuschpegel unter 70 dBA
Die Wahl fiel auf Ultima
Nach intensiver Marktrecherche entschied sich Gerhard Bottner, Leiter mechanische Anlageninstandhaltung bei Schwan Cosmetics, für die Ultima-Kompressortechnologie von Compair. „Wir wollten bei der Investitionsentscheidung zum Ersatz der bisher eingesetzten alten 160-kW-Verdichter einen Schritt weitergehen. Ultima ist der einzige Kompressor, den ich im Markt gefunden habe, bei dem die Niederdruck- und die Hochdruckstufe ohne Kopplung durch ein Getriebe getrennt angetrieben und geregelt werden. Wir sehen das als Vorteil an, weil im Zwischenlast- und Teillastbereich deutlich bessere Wirkungsgrade erzielt werden. Durch den getrennten Antrieb ist gewährleistet, dass beide Druckluftstufen auch bei schwankenden Lastanforderungen stets mit jeweils optimaler Drehzahl laufen. Eine weitere Herausforderung waren die geringen Platzverhältnisse im Technikraum. Die Ultima passt durch ihre geringe Baugröße exakt auf die freie Aufstellfläche und lässt mir noch Platz für Erweiterungen.“
Das alles macht ein digitales Getriebe möglich. Herkömmliche zweistufige Verdichter erreichen die benötigten Drehzahlen von bis zu 22 000 U/min durch ein schweres Hochleistungsgetriebe, das von einem Motor angetrieben wird. Diese Bauart ist dadurch schwerer, größer und weniger effizient im Vergleich zum Ultima-Kompressor, bei dem jede Stufe direkt von einem drehzahlvariablen Motor mit bis zu 16 000 U/min (1. Stufe) bzw. 22 000 U/min (2. Stufe) angetrieben wird. Die intelligente Steuerung der Ultima überwacht die Drehzahlen der beiden Antriebe und passt sie kontinuierlich an, um den hohen Wirkungsgrad und die geforderten Druckverhältnisse zu gewährleisten. Die Effizienz der beiden High-Speed-Permanentmagnet-Motoren übertrifft dabei sogar die Anforderungen des strengsten existierenden Standards IE4.
Reduzierter Energiebedarf
In der Praxis führt die Kombination aus hocheffizienten Motoren und digitalem Getriebe – bei identischen Liefermengen – zu einer Verringerung des Energiebedarfs. Auf die Stabilität des Druckluftnetzes, das in der Spitze mit 50 m³/min versorgt wird, ist Steffen Schneider, Mitarbeiter mechanische Anlageninstandhaltung und zuständig für die Betreuung der Druckluftanlagen, besonders stolz: „Wir können auf den in der Industrie üblichen Druck von 8 bar verzichten. Stabile 7 bar reichen für die Versorgung unserer Anlagen und Steuerungen jetzt aus. Das verringert den Energiebedarf der Kompressoren erheblich. Und der neue Ultima-Kompressor mit den frequenzgeregelten Antrieben liefert uns exakt den für den unterschiedlichen Bedarf im Laufe des Dreischichtbetriebes notwendigen Volumenstrom auf diesem Druckniveau. Unsere Vorgabe nach 100 % ölfreier Druckluft Class Zero nach ISO 8573-1 bedeutet, dass eine Kontamination mit Öl im Verdichtungsprozess der Ultima ausgeschlossen ist. Das wurde uns durch Compair Gardner Denver nach unabhängiger Prüfung durch den TÜV Rheinland für diese Baureihe zertifiziert.“
Doch auch ölfrei arbeitende Kompressoren benötigen für diese sensible Produktion eine sichere Aufbereitungstechnik. Um die komprimierte feuchte Luft zu trocknen, wird ein HOC (Heat Of Compression)-Adsorptionstrockner eingesetzt, der die Abwärme des Verdichters zur Regeneration des Trockenmittels nutzt. Um den Energiebedarf des Trockners bis auf die Stromversorgung einiger Steuerventile praktisch auf Null zu reduzieren, hat man eine elegante Lösung entwickelt, die mit der Ultima-Technologie einfach realisierbar ist: Ein Teilstrom der durch die Kompression auf ca. 160 °C erhitzten Luft wird zur Regeneration des Trockenmittels genutzt und anschließend wieder mit dem Hauptstrom zusammengeführt.
Bottner: „Mit dieser Aufbereitungstechnik erreichen wir konstant und ohne externen Energieeinsatz einen Drucktaupunkt von -40 °C. Damit ist zu jeder Jahreszeit sichergestellt, dass es in dem verzweigten Druckluftnetz zu keiner Keimbildung kommt.“
Für den idealen Wärmehaushalt der Drucklufterzeugung sorgt seit jeher bei Schwan Cosmetics die Wasserkühlung der Kompressoren. Bei der Ultima kommt ein geschlossener Wasserkühlkreislauf zum Einsatz, der überall dort Wärme abführt, wo sie entsteht – an den Motoren, den Wechselrichtern und den Verdichterblöcken. Über das ausgeklügelte Wärmesystem der Ultima wird auch die Abstrahlwärme der einzelnen Komponenten in den Wasserkreislauf transferiert, was zur Folge hat, dass nur 2 % der Leistung als Wärmeeintrag in den Technikraum abgeführt wird. Somit ist ein Zu- und Abluftsystem nicht notwendig. Durch diese gute Wärmebilanz können Ultima-Maschinen zudem mit geringem Abstand zueinander aufgestellt werden.
Laut Schneider wurden die Anlagen technisch so optimiert, dass die Wärmeenergie in den Regenerations- und Trocknungsprozess des HOC-Adsorptionstrockners fließt. Der Rückkühler, ausgestattet mit einer modernen energiesparenden EC-Technologie auf dem Dach, sorgt dafür, dass die Kühlwasservorlauftemperatur sehr niedrig ist. Eine drehzahlgeregelte Pumpe passt den Wasserstrom exakt an. Und Gerhard Bottner ergänzt: „Wir sind grundsätzlich der Ansicht, dass die Wasserkühlung der Kompressoren für uns optimal ist, denn eine Luftkühlung benötigt große Frischluftmengen und ein aufwendiges Luftführungssystem. Zudem lässt sich trotz Filtration Schmutzeintrag nicht ganz vermeiden. Wasserkühlung ist die sauberste Variante.“
Suchwort: cav0619gardnerdenver
Autor: Robert Kupka
Key Account Manager ölfreie Kompressoren,
Compair Gardner Denver
