Drehzahlgeregelter Kompressor

Andreas Mühlbauer,

Drehzahlregelung senkt Blindstromkosten

Auch in kleinen Unternehmen lohnt es sich, Druckluft möglichst sparsam und CO2-neutral zu erzeugen. So ist es einem CNC-Fertiger durch den Umstieg auf einen drehzahlgeregelten Schraubenkompressor gelungen, den Energiebedarf für die Druckluftproduktion um mehr als 20 Prozent zu reduzieren. Von Stephanie Banse

Nadine Hausmann, Betriebsleiterin bei JH Maschinenbau in Georgensgmünd bei Nürnberg, erinnert sich: „Dass Druckluft teuer ist und deshalb möglichst sparsam verwendet werden sollte, war bereits auf der Meisterschule ein Thema.“ Das Familienunternehmen hat sich als CNC-Fertiger und Spezialist für Frästeile einen Namen gemacht. Kunden kommen unter anderem aus der Medizin-, Labor- und Messtechnik.

Mit dem Leitsatz ihrer Ausbildung im Hinterkopf ersetzte die Industriemeisterin zunächst Druckluft- durch Elektrowerkzeuge, um so den Bedarf des kostspieligen Mediums zu reduzieren. Weil das Unternehmen aber gleichzeitig expandierte und die Zahl seiner CNC-Bearbeitungszentren und Automationen erhöhte, drehte sich die Verbrauchsschraube dennoch in die entgegengesetzte Richtung. Hinzu kam, dass der Druckluftbedarf, abhängig von Tageszeit und Fräsaufgabe, sehr großen Schwankungen unterliegt. Diese konnte der vorhandene 15-kW-Kompressor, der mit fester Drehzahl arbeitete, nur bedienen, indem er in kurzen Abständen stoppte und dann wieder anfuhr. Diese Arbeitsweise war nicht nur ineffizient, sondern produzierte außerdem jede Menge Lärm und Abwärme. Ein Beratungsgespräch, das Atlas Copco ihr zum Thema energieeffiziente Drucklufterzeugung anbot, kam Nadine Hausmann daher wie gerufen.

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1.900 Start-Stopp-Aktionen pro Woche

„Schon auf den ersten Blick war klar, dass sich die Effizienz hier verbessern lässt“, erinnert sich Özkan Demir, technischer Berater bei Atlas Copco, an seinen ersten Besuch. „Bei einer Strommessung stellte ich später 1.900 Start-Stopp-Aktionen pro Woche fest. Eine unglaublich hohe Zahl. Man könnte das mit einem Postboten vergleichen, der seine Briefe mit dem Sportwagen austrägt – der alle zehn Meter mit Vollgas anfährt, um dann direkt wieder zu bremsen.“

Kunden von JH Maschinenbau kommen unter anderem aus der Medizin-, Labor- und Umwelttechnik, der Elektroindustrie sowie der Automatisierungstechnik. © Atlas Copco

Der Kompressor arbeitete damals mit einem Betriebsdruck von 10 bar. War dieser Druck erreicht, lief die Maschine noch 15 Sekunden im Leerlauf und stoppte dann. Wenn der Druck nach einiger Zeit auf 8 bar abgefallen war, startete der Kompressor erneut. „In diesem Moment zog die Maschine das Drei- bis Vierfache des Nennstroms“, erläutert Demir. „Die alte Anlage hatte 15 kW und benötigte bei Last regulär 30 A, zum Start jedoch bis zu 120 A. Diese Stromspitzen im Moment des Anlaufens sind fatal, weil der Energieversorger sich diese extra teuer bezahlen lässt.“ Außerdem fließt bei jedem Anfahren des Kompressors sogenannter Blindstrom, der nicht genutzt wird, sich aber ebenfalls auf der Rechnung des Energieversorgers wiederfindet. „Die ganze Situation war prädestiniert für einen drehzahlgeregelten Kompressor“, sagt Demir. Denn die Drehzahlregelung vermeidet Stromspitzen ebenso wie Druckschwankungen. Der Motor läuft immer mit der für den Druckluftbedarf zum jeweiligen Zeitpunkt benötigten Drehzahl. Das senkt Energiebedarf und Verschleiß gleichermaßen.

Drehzahlgeregelte Maschine bedient Druckluftbedarf optimal

Die Wahl fiel auf einen öleingespritzten Schraubenkompressor vom Typ GA 15 VSD+ FF von Atlas Copco, der nun in der großen Fertigungshalle steht. Das Kürzel VSD steht für Drehzahlregelung beziehungsweise Variable Speed Drive, FF kennzeichnet die „Full-Feature“-Variante, die bereits ab Werk mit einem Kältetrockner ausgerüstet ist, und das „+“ den ölgekühlten Permanentmagnetmotor des Kompressors. Die 15 kW starke Maschine ist luftgekühlt, benötigt nicht mehr Stellfläche als ein Kühlschrank und arbeitet besonders geräuscharm.

„Am Anfang habe ich öfter mal nachgesehen, ob der Kompressor überhaupt läuft, so leise ist er“, sagt Nadine Hausmann. Auch die Abwärme, die bei der alten Maschine zum Teil eine große Belastung gewesen sei, habe sich angenehm reduziert. „Der Atlas-Copco-Kompressor ist von der Bauart so konzipiert, dass die Wärmeentwicklung äußerst gering ist“, erklärt Demir. „Der niedrige Geräuschpegel liegt zum einen an der Drehzahlregelung und der Schallschutzhaube, zum anderen am Lüftungsventilator, der sich nur dann einschaltet, wenn er benötigt wird.“

Seit Anfang des Jahres liefert ein öleingespritzter Schraubenkompressor vom Typ GA 15 VSD+ FF von Atlas Copco die notwendige Druckluft für die Fräs- und Arbeitsprozesse. © Atlas Copco

Die integrierte Elektronikon-Steuerung regelt den Kompressor so, dass er immer genau die Druckluftmenge liefert, die gebraucht wird. Die maximale Liefermenge beträgt 2,5 m³/min bei 7,0 bar. Momentan werden 0,24 bis 1,0 m³/min benötigt. Eventuelle Bedarfsspitzen deckt ein 500 Liter großer Druckluftbehälter ab. Die passende Druckluftqualität wird durch den integrierten Kältetrockner sowie einen Partikel- und einen Koaleszenzfilter sichergestellt. Den alten Kompressor ließ JH Maschinenbau als Redundanz am Netz, um die Druckluftversorgung beispielsweise im Falle einer Wartung sicherzustellen.

Betriebsdruck um 2,5 bar gesenkt

Mit dem Einzug des neuen Kompressors konnte der Betriebsdruck schrittweise von 10 bar auf inzwischen 7,5 bar gesenkt werden. Die Druckschwankungen sind aufgrund der Drehzahlregelung mit ±0,1 bar minimal. „An unseren Bearbeitungszentren benötigen wir einen Betriebsdruck von 6 bar“, erklärt Nadine Hausmann. „Derzeit ist unsere Druckluftversorgung noch auf 7,5 bar eingestellt, aber wir könnten noch bis auf 7,0 bar heruntergehen, denn bislang gab es keinerlei Probleme.“

Mit der Reduzierung des Betriebsdrucks sinken auch die Stromkosten. Dabei lassen sich pro Bar etwa 7 Prozent der benötigten Energie einsparen. „So eine Druckreduzierung funktioniert aber nur mit einer drehzahlgeregelten Maschine“, betont Demir. „Früher hatten wir hier eine Kaskade zwischen 8 und 10 bar. Bei der Drehzahlregelung stellt man statt eines Be- und Entlastungsdruckes nur einen Sollwert ein. Und den kann man dann schrittweise Zehntel um Zehntel reduzieren.“

Die Effizienzverbesserung allein durch den abgesenkten Betriebsdruck beziffert der Atlas-Copco-Experte auf mehr als 14 Prozent. Hinzu komme noch die Reduzierung der Start-Stopp-Aktionen gegen null, sodass die Drucklufterzeugung insgesamt um mehr als 20 Prozent effizienter geworden sei. „JH Maschinenbau ist ein Musterbeispiel dafür, wie sinnvoll der Einsatz effizienter Kompressoren auch in kleinen Unternehmen ist“, resümiert Özkan Demir. „Unsere GA-VSD+-Maschinen stellen wir inzwischen ab einer Leistung von 5 kW zur Verfügung.“

Stephanie Banse, Journalistin in Hamburg / am

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