Ölfrei und sparsam

Druckluft, die in der Lebensmittelindustrie eingesetzt wird, muss höchsten Reinheitsstandards entsprechen. Schon geringste Kontaminationen, die von diesem unverzichtbaren Energieträger und Prozessmedium auf Nahrungsmittel oder Verpackungsmaterialien übertragen werden, können hohe wirtschaftliche Schäden zur Folge haben. Deshalb wird sowohl für den Gesamtölgehalt als auch für den Gehalt an festen Verunreinigungen ein Wert gefordert, der besser ist als Klasse 1 nach DIN ISO 8573 – 1: 2001. Das bedeutet einen Restölgehalt von unter 0,01 mg/m³ und eine Teilchendichte von unter 0,1 mg/m³. Dies ist wirtschaftlich nur mit ölfrei arbeitenden Kompressoren erreichbar. Allein die Verunreinigungen durch Schmieröl betragen je nach Verdichterbauart bei ölgeschmierten Kompressoren bis zu 40 mg/m³; bei älteren Kompressoren können es sogar mehr als 100 mg/m³ sein. Dies macht deutlich, warum der Aufwand für die nachgeschaltete Aufbereitung bei Ölfrei-Kompressoren sowohl im Investitionsvolumen als auch bei den Betriebskosten deutlich geringer ist. Die ölfrei verdichtenden Kompressoren der Baureihen Quantima und Pureair von Compair sowie die Kolbenverdichter des Unternehmens haben sich in unzähligen Einsätzen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie bewährt. Das belegen die folgenden drei Beispiele.

Das Milchwerk Erftstadt gehört zu den wachstumsstärksten Standorten der Hochwald Nahrungsmittel-Werke GmbH. Diese Genossenschaft ist mit großem Erfolg auch international tätig. Eine Vergrößerung der Produktion hat bei Hochwald auch stets eine Erweiterung der Druckluftanlage zur Folge. Denn als sterile Prozessluft wird die Druckluft an vielen Stellen des Produktionsprozesses, beispielsweise beim Entleeren von Tanks und bei der Sterilabfüllung, verwendet. Die Forderung nach ölfrei erzeugter Druckluft ist für Hochwald daher selbstverständlich. Die Druckluftstation in Erftstadt mit vier ölfrei arbeitenden Kolbenkompressoren wurde zusätzlich mit einem Quantima-Verdichter ausgerüstet. Diese ölfreien Turboverdichter nutzen ein spezielles Antriebs- und Verdichtungsprinzip: Ein High-Speed-Elektromotor treibt eine Rotorwelle an, die an beiden Seiten mit jeweils einem Impeller verbunden ist. Die direkt angetriebene Rotorwelle wird von adaptiven Magnetlagern berührungslos geführt – ohne Getriebe, ohne Wälzlager, ohne Reibung, ohne Öl und ohne Verschleiß.

Die Rovita GmbH entwickelt und produziert Food Ingredients, die sowohl bei der Fleischwarenproduktion als auch bei der Herstellung von Suppen, Saucen, Müsliriegeln und Sportlernahrung zum Einsatz kommen. Trocknen und Mischen sind zwei Kernkompetenzen von Rovita. Deshalb investierte das Unternehmen in den Umbau des Nassprozessbereichs und des nachgeschalteten Trockenturms. Diese Anlage ist mit einer neuen Filteranlage ausgestattet, bei der die Filter mit Druckluft abgeblasen werden. Der zusätzliche Druckluftbedarf konnte mit den vorhandenen Kompressoren nicht mehr gedeckt werden, sodass man noch vor der Inbetriebnahme des Trockenturms einen zusätzlichen Verdichter installieren musste.

Dabei gab es zwei Vorgaben. Die erste: Es sollte ein ölfreier Verdichter sein. „Bei den Trocknungsfiltern handelt es sich um eine sensible Anwendung“, betont Michael Weiß, Leiter Produktion und Technik des Nassbetriebs. „Das Risiko, das ein ölgeschmierter Verdichter mit sich bringt, hätten wir nicht verantwortet.“ Die zweite Vorgabe: Da der Druckluftbedarf stark schwankt, sollte ein frequenzgeregelten Verdichter installiert werden, der alle Bedarfsprofile wirtschaftlich abdeckt. Man entschied sich für die Pureair-Technologie von Compair, weil diese in punkto Energiebedarf pro m3 und Wartungskosten am besten abschnitt.

Die Pureair-Kompressoren arbeiten nach folgendem Prinzip: Die Druckluft wird von einer Schraube aus Bronzelegierung und einem Paar Schieberrotoren aus kohlefaserverstärktem Kunststoff erzeugt. Die Schieberrotoren sind in einem Winkel von 90° zum Hauptrotor angeordnet. Die Luft komprimiert in zwei Kammern ober- und unterhalb des Hauptrotors. Die Maschinen arbeiten absolut ölfrei. Für die nötige Schmierung, Abdichtung und Kühlung des Verdichterblocks sorgt Wasser, das in das Kompressionselement eingespritzt wird. Der Direktantrieb mit elektronischem Getriebe erlaubt den Verzicht auf Getriebelagerungen, die Schmierstoff benötigen. Die Rotorlagerungen sind lebensdauergeschmiert und gekapselt. Die guten Kühleigenschaften des Wassers ermöglichen einen Kompressorbetrieb mit niedrigen Verdichtungstemperaturen bis 60 °C.

Trotz des niedrigen Temperaturniveaus kann auch diese Kompressortechnologie für die Wärmerückgewinnung genutzt werden, wie das Beispiel Rovita zeigt: Im Nassbetrieb wird Waschwasser mit einer Temperatur von etwa 43 °C benötigt, das sich über die Wärmerückgewinnungsanlage zum Nulltarif bereitstellen lässt.

Die Töpfer GmbH in Dietmannsried, einer der ältesten Hersteller von Babynahrung, erzeugt mit ihrer neuen Kompressorenstation auf sehr wirtschaftliche Weise ölfreie Qualitätsdruckluft. Die zwei ölfreien Compair-Kolbenkompressoren arbeiten mit hohem Wirkungsgrad im Halblast-/Volllastbetrieb und beheizen zusätzlich das naheliegende öffentliche Freibad. Für einige Kernprozesse, wie zum Beispiel die Sprühtrocknung und die Verpackung, sowie für zahlreiche pneumatische Maschinensteuerungen benötigt Töpfer Druckluft. Es versteht sich von selbst, dass man angesichts der sensiblen Produkte prinzipiell auf ölfreie Druckluftversorgung setzt. Das war auch einer der Grundgedanken, als das Unternehmen seine heterogene Kompressorlandschaft vereinheitlichen wollte.

Das von Compair erarbeitete Konzept, war auf den ersten Blick ungewöhnlich, weil es auf die Kolbenkompressor-Technologie zurückgriff. Die vorhandenen Schraubenkompressoren wurden durch zwei ölfreie, zweistufige Champion-Kolbenverdichter R 100 mit einem 55-kW-Antrieb und einem maximalen Volumenstrom von 10 m3/min ersetzt, die mit dem Brunnenwasser gekühlt werden. Außerdem wurden zwei Adsorptionstrockner und eine Wärmerückgewinnungsanlage installiert. Ein Verdichter kann in Volllast den kompletten Druckluftbedarf decken, der zweite dient der Versorgungssicherheit.

Insgesamt, so schätzt man bei Töpfer, konnten die Druckluftkosten nach der Inbetriebnahme der neuen Station halbiert werden. Dazu leistet auch die durchdachte Abwärmenutzung einen Beitrag. Es wurde ein geschlossener Kühlkreislauf mit zwei Wärmetauschern installiert. Ein Wärmetauscher liefert Wärme für den 20 000 l fassenden Warmwasserspeicher, dessen Inhalt man vor allem für Reinigungsaufgaben nutzt. Ein zweiter dient als Notkühler, wenn die Wärme nicht abgenommen wird, und übernimmt dann die Rückkühlung des Kühlwassers. Im Sommer tritt dieser zweite Wärmetauscher erfahrungsgemäß nicht in Aktion. Dann wird die von den Kompressoren erzeugte Abwärme zu 100 % abgenommen, weil sie zur Beheizung des Freibads in Dietmannsried beiträgt.

Halle 8.0, Stand J41

prozesstechnik-online.de/dei0612421