Neue Technologie für die ölfreie Drucklufterzeugung

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Eine unkonventionelle Lösung für das 6-bar-Netz

Für das 10-bar-Netz schlug Compair den Einsatz von zwei Kolbenkompressoren vom Typ R180 vor: eine gängige und bewährte Lösung. Im 6-bar-Netz hingegen sollte - so der Vorschlag von Compair - eine Verdichter-Innovation zum Einsatz kommen, die zu jener Zeit noch absolut neu war und für die es in ganz Westeuropa keine Referenzanlage gab: «Quantima».

Das Quantima-Prinzip

Der Name «Quantima» steht für ein neues Kompressorprinzip zur Erzeugung von Druckluft, die nicht nur ölfrei ist, sondern auch frei ist von sonstigen Fluiden und Schmiermitteln. Ein drehzahlgeregelter High-Speed-Elektromotor treibt eine Rotorwelle an, die an beiden Seiten mit jeweils einem Impeller verbunden ist. Das einzige bewegliche Bauteil, die direkt angetriebene Rotorwelle, wird von adaptiven Magnetlagern völlig berührungslos geführt - ohne Getriebe, ohne Wälzlager, ohne Reibung, ohne Öl und somit ohne Verschleiss. Dabei werden variable Drehzahlen bis zu 60000 U/min erreicht. Die Quantima-Kompressoren stehen für Liefermengen von 26,7 m³/min bis 52,1 m³/min bei 7 bar(ü) zur Verfügung.

Die angesaugte Luft durchströmt zunächst einen hoch wirksamen Filter. Dann wird sie im ersten Impeller vorkomprimiert und über einen Zwischenkühler zum zweiten Impeller geführt, der den Betriebsdruck erzeugt. Es folgt ein zweiter Kühler, danach wird die Luft mit dem entsprechenden Betriebsdruck dem Netz bereitgestellt beziehungsweise in Kälte- oder Adsorptionstrockner aufbereitet. Die einfache getriebelose Bauweise sorgt für einen ungewöhnlich hohen Wirkungsgrad und für eine kompakte Bauweise: Auf gleicher Aufstellfläche leistet ein Verdichter dieser Bauart etwa doppelt so viel wie ein Schrauben- oder Kolbenkompressor gleicher Baugrösse.

Aufgeschlossen für neue Energiespartechnologien

Als Technologiekonzern, der sehr früh Nachhaltigkeitskonzepte entwickelt hat, setzt Daimler häufig neueste, energiesparende Technologien ein. Die Verantwortlichen benötigten jedoch zunächst umfassende Informationen über das neue Verdichtungsprinzip, das zu der Zeit noch nicht offiziell im Markt eingeführt war. Deshalb reiste ein Druckluft-Spezialist aus der Daimler-Planung zu einem Pilot-Anwender nach Finnland. Er kehrte mit sehr positiven Eindrücken zurück.

Die neue Technologie überzeugte und Daimler entschied sich für die von Compair vorgeschlagene Lösung, die vorhandenen beiden Kolbenkompressoren des 6-bar-Netzes durch einen einzigen, kompakten Quantima-Verdichter vom Typ Q 52 mit einer installierten Leistung von 300 kW und einer maximalen Liefermenge von 3100 m3/h zu ersetzen. Das war eine Entscheidung auch für hohe Energieeffizienz. Denn ein Anwender, der einen herkömmlichen Kompressor ersetzt, kann Energieeinsparungen von bis zu 25% erreichen und erzielt eine hervorragende Ökobilanz. Über einen Zeitraum von 10 Jahren produziert der 300-kW-Verdichter signifikant weniger CO2 als ein vergleichbarer Schraubenkompressor.

Geringe Leerlaufverluste

Dies ist nicht nur auf den reibungsfreien und getriebelosen Antriebsstrang zurückzuführen, sondern auch darauf, dass mit dem Steuer- und Regelsystem «Q-Master» über die Drehzahlregelung exakt die benötigte Druckluftmenge zur Verfügung gestellt wird. So benötigt ein Quantima-Kompressor im lastfreien Betrieb mit 2,5% nur einen Bruchteil der Energie, die ein Schrauben- oder herkömmlicher Turbokompressor im Leerlauf verbraucht. Während andere Kompressoren mit einer Leistung von 300 kW einen typischen Geräuschpegel von 74 dB(A) oder mehr erreichen, bietet die neue Technik im modularen Schalldämmgehäuse mit nur 69 dB(A) den niedrigsten Wert in dieser Klasse.

Kombination mit Adsorptionstrockne

Parallel projektierte Compair zu jener Zeit auch schon andere Kompressorenstationen mit der neuen Technologie, unter anderen für das Regensburger Werk der Continental AG. Die Druckluftstation im Lkw-Werk -Wörth unterscheidet sich von diesen Projekten jedoch dadurch, dass jeder der drei Kompressoren mit einem «Heat of Compression»-Adsorptionstrockner verbunden ist. Diese Trockner nutzen die Verdichterwärme, die in den Luft-Luft-Wärmetauschern anfällt, als Regenerationswärme. Damit kann ein Grossteil der Energiemenge, die ein Adsorptionstrockner benötigt, aus der Abwärme der Verdichter bezogen werden. So spart Daimler zusätzlich beträchtliche Energiemengen, der Gesamtwirkungsgrad der Verdichter verbessert sich nochmals.

Allerdings erzeugt ein Quantima-Verdichter aufgrund seines sehr guten Wirkungsgrades geringere Abwärmemengen als ein konventioneller Verdichter. Deshalb wurde zwischen Kompressor und Trockner ein Nacherhitzer installiert, der sich immer dann automatisch zuschaltet, wenn ein definierter Drucktaupunkt erreicht ist.

Zugesicherte Eigenschaften werden erreicht

Nach der Installation der Kompressoranlage überprüfte ein unabhängiges Ingenieurbüro die Leistungswerte, die in der Ausschreibung gefordert wurden und die Compair auch zugesichert hatte. Das Ergebnis war besser als zugesagt: Die errechnete Energieeffizienz des Kompressors konnte um 3 bis 5% übertroffen werden. Auch der Restfeuchtegehalt der Druckluft nach dem Trocknungsvorgang war im Test deutlich niedriger als gefordert: Bei durchschnittlichen Umgebungstemperaturen wird ein Drucktaupunkt von rund -40°C erreicht. Damit übertrifft auch die Druckluftqualität die zugesicherten Anforderungen. Die Leistung der beiden Kolbenkompressoren für das 10-bar-Netz bewegt sich ebenfalls im Rahmen der zugesicherten Eigenschaften.

Zuverlässigkeit und Effizienz über die gesamte Nutzungsdauer

Die Verdichter werden durch das intelligente Steuer- und Regelungssystem überwacht, das alle Systemparameter kontinuierlich erfasst und prüft. Dieses System ist online mit einer zentralen Leitwarte von Compair verbunden - eine wichtige Voraussetzung für das vorbeugende «Q-Life»- Wartungspaket. Die Kombination von Q-Master-Steuer- und Regelungssystem und kontinuierlicher Fernüberwachung schafft die Sicherheit für eine zehnjährige Gewährleistung.

So schafft das implementierte Wartungspaket die Sicherheit und Verfügbarkeit, die für kritische Industrieanwendungen und kontinuierliche Produktionsprozesse unabdingbar ist. Die hohe Effizienz ist durch den geringen Energiebedarf der Kompressoren gewährleistet und die ölfreie Erzeugung gewährleistet hohe Druckluftqualität bei geringem Aufbereitungsaufwand.

InformationCompair Switzerland, Aeberhardt AGZürcherstrasse 2548406 WinterthurTel. 052 208 02 00Fax 052 208 02 61aeberhardt@compair.comwww.compair-kompressoren.ch