Ölfrei, energiesparend und wartungsarm

Dipl.-Ing. Kai Doth

Der Pro-Kopf-Verbrauch an Milch und Milchprodukten wächst stetig. Und so haben in Deutschland die mehr als vier Milli-onen Milchkühe viel zu tun. Gleiches gilt auch für die Hochwald Nahrungsmittelwerke GmbH. Die Unternehmensgruppe erwirtschaftete mit 5200 Milchlieferanten und mehr als 1600 Mitarbeitern im Jahr 2007 einen Umsatz von 1,188 Mrd. Euro. Zu den bekanntesten Markennamen der Genossenschaft gehören Bärenmarke (Frischmilch) und Glücksklee (Dosenmilch), Hochwald (Molkereiprodukte), Lünebest (Joghurt), Moha (Sahne) und Der kleine Strolch (Kochkäse). Im Werksverbund gehört das Milchwerk Erftstadt zu den wachstumsstärksten Standorten der Genossenschaft, die mit großem Erfolg auch international tätig ist. Deshalb wird dort in neue Produktionsanlagen investiert. Werksleiter Ralf Fuhs: „Die Konsumgewohnheiten verändern sich. Beispielsweise werden künftig noch mehr Dauermilcherzeugnisse gefragt sein. Darauf richten wir unsere Produktion aus.“ Eine Erweiterung 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, zum Beispiel beim Entleeren von Tanks und bei der Sterilabfüllung, verwendet. Dabei gelten hohe Anforderungen an die Druckluftqualität. „Wir stellen hochwertige Produkte her und haben daher auch hohe Anforderungen an die Prozessmedien und die Prozesssicherheit“, erläutert Fuhs.

Aus diesem Grund betreibt Hochwald in Erftstadt zwei Druckluftnetze: Das eine mit ölfrei erzeugter Luft für die zentralen Prozessschritte. Das andere, kleinere Netz dient zur Versorgung der Verpackungsmaschinen (kein Kontakt mit dem Produkt und produktberührten Teilen) und wird von ölgeschmierten Kompressoren, die mit entsprechenden Aufbereitungskomponenten ausgestattet sind, bedient. Den hohen Sicherheitsstandard der Produktion dokumentiert auch die IFS-Zertifizierung der Stufe 4. Als Hochwald in Erftstadt nach diesem Standard zertifiziert wurde, war das die höchste Stufe überhaupt. „Inzwischen gibt es bereits die IFS-Stufe 5“, so Fuhs, „deren Anforderungen wir ebenfalls erreichen.“

Die Forderung nach ölfrei erzeugter Druckluft ist für Hochwald daher selbstverständlich. Deshalb stehen in der Druckluftstation vier Compair-Kolbenkompressoren, die sukzessive angeschafft wurden und insgesamt rund 68 m3/min Druckluft in das ölfreie 8-bar-Netz einspeisen können. Auf die Frage, warum man sich für Kolbenverdichter entschied, antwortet Achim Derr, Abteilungsleiter Technik: „Wir nutzen Kolbenkompressoren, weil es streng genommen keine ölfreien Schraubenverdichter gibt: Alle Schraubenverdichter benötigen ein Dichtungsmedium, daher entsprechen sie nicht unseren Anforderungen. Wir verlangen eine absolut ölfreie Erzeugung der Druckluft, denn nur so können wir sicher sein, dass keine Kontaminationen in die Druckluft eingetragen werden.“

Da die Hochwald-Betriebstechniker sehr energiebewusst arbeiten, haben sie in Eigenarbeit für die vier ölfreien Compair-Kolbenkompressoren eine praktische Art der bedarfsgerechten Steuerung entwickelt. Dazu Derr: „Die Maschinen sind halblastgeregelt und werden zentral angesteuert. Somit ergeben sich acht Leistungsstufen, die den Bedarfsprofilen optimal gerecht werden.“

Als eine Erweiterung der Druckluftstation anstand, schien die Vorgehensweise vorgezeichnet: Zwei weitere ölfreie Kolbenmaschinen hatten noch Platz in der Druckluftstation. Genau zu diesem Zeitpunkt aber stellte Compair den ersten europä-ischen Anwendern die Quantima-Technologie vor. Diese nutzt 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 völlig berührungslos geführt – ohne Getriebe, ohne Wälzlager, ohne Reibung, ohne Öl und ohne Verschleiß. Dabei werden variable Drehzahlen von bis zu 60 000 min-1 erreicht. Die angesaugte Luft durchströmt zunächst einen hochwirksamen Filter. Dann wird sie im ersten Impeller vorkomprimiert und über einen Zwischenkühler zum zweiten Impeller geführt, der den Betriebsdruck erzeugt. Über einen weiteren Kühler wird die Druckluft der weiteren Nachbehandlung mittels Trocknung und Filterung und dann dem Netz zur Verfügung gestellt.

Insgesamt gesehen, kann ein Anwender, der einen herkömmlichen Kompressor durch eine Quantima-Maschine ersetzt, Energieeinsparungen von bis zu 25 % erzielen. Dies ist – abgesehen von dem reibungsfreien und getriebelosen Antriebsstrang – u. a. darauf zurückzuführen, dass die Drehzahlregelung exakt die benötigte Druckluftmenge zur Verfügung stellt und der lastfreie Betrieb auf ein Minimum reduziert wird. Zudem benötigt ein Quantima-Kompressor im Leerlauf mit 2,5 % nur ein Bruchteil der Energie, die ein Schrauben- oder herkömmlicher Turbokompressor im Leerlauf braucht.

Der Kompressorbetrieb wird durch das intelligente Steuer- und Regelungssystem Q-Master überwacht, das alle Systemparameter kontinuierlich erfasst und prüft. Das System erlaubt auch eine dezentrale Analyse und Diagnose der Kompressorleistung – eine wichtige Voraussetzung für die vorbeugende Wartung, die Compair mit dem Q-life-Paket anbietet. Die Kombination von Q-Master und der kontinuierlichen Fernüberwachung schafft die Sicherheit für eine zehnjährige Gewährleistung. So schafft das Q-life-Paket die Sicherheit und Verfügbarkeit, die für kritische Industrieanwendungen und kontinuierliche Produktionsprozesse unabdingbar ist.

Nach intensiven Diskussionen mit den Compair-Beratern und eigenen Marktanalysen war für die Hochwald-Ingenieure klar, dass die Quantima-Kompressoren wesentliche Vorteile zu bieten haben. „Unsere Analysen zeigten, dass es abgesehen von Kolbenverdichtern am Markt sonst keine Kompressorbaureihe in dieser Leistungsklasse gibt, die absolut ölfreie Druckluft erzeugt“, erläutert Derr. „Außerdem passte der kompakte Bauraum gut in unser Konzept, da kein weiterer Ausbau des Kompressorraums möglich gewesen wäre.“ Konkret bedeutet das: Im Vergleich zu einem konventionellen Kompressor gleicher Leistungsklasse kommt ein Quantima-Kompressor mit weniger als 50 % der Aufstellfläche aus. Die Tatsache, dass die Quantima-Kompressoren dauerhaft Energie und damit Betriebskosten einsparen, hat die Entscheidung ebenfalls maßgeblich beeinflusst.

Während der Platzbedarf eines Kompressors leicht zu ermitteln ist, ist das Thema Energieeinsparung komplexer. Hier wollte Hochwald mehr wissen. Nach den Worten von Derr hat man auf der Grundlage der von Compair zur Verfügung gestellten Bedarfsdaten die Amortisation der Investition berechnet. Und das Ergebnis überzeugte. Compair wurde mit der Lieferung und Installation eines der ersten Quantima Q-43 mit einem 250-kW-Antrieb und einem maximalen Volumenstrom von 43 m3/min beauftragt.

Dabei realisierte Hochwald ein Konzept, das auf den ersten Blick ungewöhnlich ist, aber den höchsten Energiespareffekt bringt. Der Quantima-Kompressor als größte Maschine der Station übernimmt die Grundlast und läuft deshalb zumeist mit Volllast. Die Kolbenmaschinen schalten sich dann kaskadenartig zu, wenn der Bedarf über 43 m3/min steigt. Ein großer Speicherbehälter mit einem Inhalt von 30 m3 sorgt dafür, dass Lastspitzen gepuffert werden. „Auf diese Weise können wir das Energieeinsparpotenzial der neuen Kompressorentechnologie bestmöglich ausnutzen“, resümiert Fuhs. Wie hoch diese Potenziale sind bzw. ob die prognostizierten Werte tatsächlich realisiert werden, das ermittelt Hochwald gerade. Kurz nach der Installation der Quantima-Maschine hat man eine Volumenstromerfassung für alle Stränge bzw. Abteilungen installiert. Da auch der druckluftbezogene Strombedarf bekannt ist, kann man die Druckluftkosten folglich exakt ermitteln. Fest steht jedoch: Auch wenn exakte Zahlen zur Energieeinsparung noch nicht vorliegen, sind die Verantwortlichen bei Hochwald mit dem Quantima-Kompressor voll und ganz zufrieden.

Halle 26, Stand B14

Online-Info www.dei.de/0409420