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Ran an die Buletten

Druckluftanalyse: Ist-Zustand darstellen, bewerten und Optimierungsmaßnahmen ableiten
Ran an die Buletten

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Um die Leistungsfähigkeit eines Pkw zu beurteilen vergleichen wir unterschiedliche Modelle beispielsweise mit Hilfe der Kennzahl ‚Treibstoffverbrauch‘, indem wir den Verbrauch auf eine bestimmte Strecke beziehen. Auch beim Strom-, Gas- oder Wasserverbrauch ist diese Denkweise üblich. Nicht so bei der Drucklufterzeugung. Ein Unternehmen setzt an, dies zu ändern.

Der Autor Dirk Seeger ist Mitarbeiter der Postberg+Co. Druckluftcontrolling GmbH, Kassel

Druckluft ist der teuerste Energieträger überhaupt: Maximal 5 % des eingesetzten Stroms werden tatsächlich als Volumenänderungsarbeit genutzt; der Rest geht als Abwärme verloren. Trotzdem wird die Drucklufterzeugung lediglich als eine Position unter vielen im Bereich der Stromverbraucher aufgeführt. Für 70 % der befragten Unternehmen ist der Druckluftverbrauch eine unbekannte Größe. Dementsprechend gering ist die Zahl der Unternehmen, die in diesem Bereich bereits Optimierungen durchgeführt haben – obwohl das erreichbare Einsparpotenzial nicht selten bei 50 % liegt. Diese Vernachlässigung liegt oft daran, dass das System ‚Drucklufterzeugung‘ eine unbekannte Größe ist, gemäß dem Motto: „Was ich nicht kenne, kann ich nicht beurteilen und auch nicht verbessern.“ Hier setzt der „Analysecheck“ von Postberg an.
Istzustand darstellen und Optimierungsmaßnahmen ableiten
Ziel der Untersuchung ist, den Ist-Zustand für den Energieträger Druckluft darzustellen, zu bewerten und Maßnahmen für eine Optimierung abzuleiten. Das kann ohne großen Aufwand für den Betreiber der Anlage durchgeführt werden. Auch ist keine Unterbrechung des Betriebes notwendig, um beispielsweise Messtechnik zu installieren – alle Messungen lassen sich während der Produktion ausführen.
Zuerst müssen Daten gesammelt werden. Diese werden ausgewertet, um den aktuellen Zustand der Drucklufterzeugung darzustellen. Das bildet die Grundlage für eine Bewertung und das Auffinden von Schwachstellen. Zum Schluss werden aus den gefundenen Schwachstellen Optimierungspotenziale und konkrete Maßnahmen für die Realisierung der Optimierungen abgeleitet.
Das Zusammenstellen des Datenmaterials ist ein sensibler Vorgang, der Sorgfalt erfordert. Die aktive Mitarbeit des Kunden ist nötig, um beispielsweise betriebswirtschaftliche Rahmendaten wie Strompreis, Wartungs-, Reparatur- und Investitionskosten zu benennen. Zudem müssen der Zugang zu den Anlagen gewährt und die Bereiche Druckluftfortleitung und -verbraucher gemeinsam besichtigt und diskutiert werden. Postberg beschränkt sich im einfachsten Fall auf die Messung der Stromaufnahme der Kompressoren sowie des Netzdrucks. Sollte eine Durchflussmessung der Druckluft vorhanden sein oder nachgerüstet werden, ist das eine willkommene Eingangsgröße. Auch eine Qualitätsmessung der Druckluft kann durchgeführt werden, sodass Aussagen über Taupunkt, Öl- und Partikelgehalt zusammen mit den energetischen Messergebnissen getroffen werden können.
Gemessen wird in einer hohen zeitlichen Auflösung über mindestens eine Woche. Je nach Produktionszeiten und der zu erwartenden Auslastung ist auch ein längerer Messzeitraum sinnvoll. Es muss sichergestellt sein, dass die gewonnenen Ergebnisse verlässlich auf den Zeitraum eines Jahres hochgerechnet werden können. Die zeitliche Auflösung während der Messung gewährleistet, dass sämtliche Schaltzustände der Kompressoren erkannt werden.
Klares Abbild der Drucklufterzeugung
Nach der Auswertung liefern die Messdaten ein klares Abbild der aktuellen Drucklufterzeugung. Die erzeugte Druckluftmenge und der dafür benötigte Aufwand an elektrischer Energie sind nun bekannt und die Effizienz der Erzeugung lässt sich in kWh/m³ angeben. Nun ist neben der Leistung und der Höchstgeschwindigkeit auch der Verbrauch bekannt. Zusammen mit den betriebswirtschaftlichen Rahmendaten kann jetzt die Drucklufterzeugungskennzahl in kWh/m³ ermittelt werden. Ist der Druckluftverbrauch für verschiedene Produkte bekannt, ist es möglich, die Druckluftkosten produktbezogen in die Rechnung einfließen zu lassen.
Der Druckluftverbrauch wird zudem als Verbrauchsprofil dargestellt. Hier ist eine Gesamtdarstellung oder ein spezifischer Zeitraum von Tagen oder Stunden möglich. Hierüber lässt sich auch der Wert der Leckagemenge ermitteln, wenn die Produktionszeiten während der Messung dies zulassen. Gibt es also produktionsfreie Zeiten während der Messung, kann man an der Profilkurve einen eindeutigen Wert ablesen, der Aufschluss über die Leckagemenge gibt. Ob es sich um die reinen Leckagen handelt, wird im Dialog mit dem Kunden ermittelt und als Kennzahl in Prozent von der Gesamterzeugung angegeben.
Der Energieverbrauch wird wiederum aufgeschlüsselt in Last- und Leerlaufenergie und letzterer als Kenngröße in Prozent vom Gesamtstromverbrauch definiert. Eine detaillierte Betrachtung der gemessenen Stromkurven im Vergleich zueinander und zusammen mit dem Netzdruck gibt Aufschluss über das Schaltverhalten der Kompressoren. Jeder einzelne Kompressor und die gesamte Station werden so überprüft und der Zustand angegeben. Neben den allgemein bekannten Größen und Schwachstellen wie Leckagen und Leerlaufanteil gibt es noch weitere, die untersucht werden. Das detaillierte Studium der Messkurven der Kompressoren zeigt nicht nur das Regelverhalten, sondern gibt auch Aufschluss über den Zustand einzelner Kompressoren und weist beispielsweise auf defekte Ansaugregelungen hin. Der Netzdruck wird nicht nur als reine Regelgröße gesehen, sondern ist auch ein Faktor für die Effizienz der Drucklufterzeugung.
Der erzeugte Druck wird grundsätzlich hinterfragt und mit Einstellwerten oder tatsächlich benötigten Werten an den Verbrauchern verglichen. So können Aussagen über die Qualität des Druckluftnetzes oder des Speichervolumens getroffen werden.
Sämtliche bis hier gewonnenen Erkenntnisse werden nun zu einer Bewertung der Drucklufterzeugung zusammengefasst und die Schwachstellen dokumentiert.
Ein Erfahrungsschatz von zehn Jahren bei der Effizienzberatung im Bereich der industriellen Drucklufterzeugung und die erfolgreiche Umsetzung zahlreicher Projekte bilden die Grundlage für die Bewertung der gefundenen Schwachstellen und die daraus folgende Ableitung von Einsparpotenzialen und den nötigen Maßnahmen hierfür. Beide ergeben sich individuell aufgrund des konkreten Projekts. Damit nur betriebswirtschaftlich sinnvolle Optimierungsmaßnahmen besprochen werden, erfolgt im Vorfeld eine Ermittlung der nötigen Investitionskosten, welche der erzielbaren Einsparung gegenüber gestellt werden.
Empfehlung: Verbrauchsab-hängige Steuerung installieren
Erfahrungsgemäß ist beispielsweise die Installation einer übergeordneten und verbrauchsabhängigen Steuerung eine wichtige Maßnahme. Auch kann der Ersatz alter Verdichter durch neue, effizientere Modelle einen guten Erfolg bringen. Aufbauend auf dem ermittelten Ist-Zustand besteht die Möglichkeit, mit Hilfe einer Simulation für die Auslegung einer Kompressorstation ein betriebswirtschaftliches Optimum zu erzielen.
Als letzte Maßnahme bietet im Idealfall die Wärmerückgewinnung ein großes Einsparpotenzial bei der Wärmeversorgung. Sinn hat dies aufgrund des meist hohen Investitionsbedarfs jedoch nur, wenn die Abwärme der Kompressoren ganzjährig und vollständig genutzt werden kann.
Mit den gewonnenen Informationen ist der Druckluft-Status quo definiert, der seinen Platz im Benchmark von Postberg findet. Hier sind sämtliche Leistungsangaben, Mengen der Drucklufterzeugung und eben wie im Modellspiegel des ADAC auch, die Verbrauchsangaben dokumentiert, um so einen Vergleich zwischen den Unternehmen zu ermöglichen und mit Hilfe dieses Vergleichs eigene Ziele zu definieren.
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