Energieeffizienz bei der Drucklufterzeugung: Die ölfreie Schraubenkompressoren von Aqua Air setzen auf intelligente Regelungssysteme für das Druckluftmanagement sowie leistungsfähige Frequenzumrichter und hocheffiziente Motoren von Yaskawa.

Auf saubere Druckluft sind viele Branchen angewiesen – darunter Lebensmittel-, Getränke- oder Pharmaindustrie, aber auch in Lackierereien oder in der Elektroindustrie. Gleichzeitig spielt in all diesen Bereichen bei der Drucklufterzeugung die Energieeffizienz eine wichtige Rolle, nicht nur aus Kostengründen, sondern auch im Hinblick auf Ökologie und Nachhaltigkeit. Doch wie lässt sich eine höhere Effizienz und Nachhaltigkeit erreichen?

Immer noch ist die Meinung verbreitet, dass Öl als Schmiermittel im Kompressor die Verdichtung von Luft energieeffizienter und damit Druckluft billiger macht. Jedes Jahr werden deshalb Millionen Barrel Mineralöl für die Drucklufterzeugung verbraucht und danach als Altöl und ölhaltiges Kondensat entsorgt. Außerdem ist die Öl-Dichtheit nie garantiert. Die mit Öl kontaminierte Druckluft verteilt das Öl in der Umwelt und verschmutzt Produkte. Dies ist insbesondere in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie unbedingt zu vermeiden. Deshalb sind der Aufwand und Kosten für Beschaffung, Filtration und Entsorgung des Öls beträchtlich und machen wieder einen bedeutenden Teil des angedachten energetischen Vorteils zunichte. Warum also Öl in den Verdichtungsprozess integrieren, wenn es mit ölfreier Druckluft sogar kostengünstiger und besser funktioniert?

Dass es besser geht, beweist das deutsche Unternehmen Aqua Air mittlerweile seit einigen Jahren mit seinen durch Fresenius zertifizierten Schraubenkompressoren, die statt Öl Wasser als Schmier- und Dichtmittel nutzen. Die zertifizierten Kompressoren sind nachweislich biokompatibel und liefern 100 Prozent öl- und keimfreie Druckluft. Dabei arbeiten die Kompressoren sehr energieeffizient und ohne verschleißbedingten Effizienzverlust über die gesamte Lebensdauer. Bei der Drucklufterzeugung lassen sich mit ihrer Hilfe bis zu 35 Prozent Energiekosten gegenüber konventionellen Lösungen sparen.

Ölfreie Schraubenkompressoren von Aqua Air nutzen effiziente Antriebstechnik von Yaskawa. (Bild: Yaskawa)

Eine wesentliche Grundlage dafür sind die aktuellen Schraubenrotoren, die aus neu entwickelten Hochleistungspolymeren bestehen. 2018 wurde diese nachhaltige Technologie mit dem „Innovationspreis Bayern“ ausgezeichnet. Die ölfreien Schraubenkompressoren „Made in Germany“ sind in einem fein abgestuften Produktspektrum erhältlich: als frequenzgeregelte Anlage mit einer Antriebsleistung von 4 bis 110 kW, einem Volumenstrom von 0,3 bis 20 m³/min und einem Betriebsenddruck von 5 bis 15 bar. Hinzu kommt eine leistungsstarke Steuerung, die sich über ein Touch-Panel einfach bedienen lässt. Dementsprechend ist das Einsatzspektrum breitgefächert. Industrielle Anwendungen gehören ebenso dazu wie die Druckluftversorgung in Brauereien, der Impfstoffherstellung oder in medizintechnischen Geräten, wie sie zur Beatmung eingesetzt werden.

„Die Erzeugung von Druckluft benötigt immer Energie. Aber allein durch die Nutzung einer Drehzahlregelung mit Frequenzumrichtern anstelle von Getrieben oder Ventilen erschließen sich große Einsparpotentiale“, weiß Marco Lodni, Geschäftsführer bei Aqua Air. Bei ihrem Energiesparkonzept arbeiten die Hersteller der ölfreien Kompressoren von Anfang an eng mit Yaskawa zusammen und seit 2016 ist der Automatisierungsspezialist Hauptlieferant – nicht nur für Frequenzumrichter, sondern auch für die kompakten Steuerungen und Touch-Panels. „Bei Yaskawa spielen Energieeffizienz und Nachhaltigkeit eine ebenso wichtige Rolle wie bei uns, hinzu kommt die jahrzehntelange Erfahrung mit Frequenzumrichtern und ihrem Einsatz bei Kompressoren sowie der exzellente Support. Das macht sich für uns vor allem dann bezahlt, wenn es um die Entwicklung kundenspezifischer Lösungen und Softwareanpassungen geht“, erklärt Lodni den Grund für die Zusammenarbeit:

Wie gut die Zusammenarbeit funktioniert, zeigte sich auch bei Kompressoren für die Atemlufterzeugung. Die Software für diese medizintechnische Anwendung haben beide Partner gemeinsam entwickelt und Yaskawa hat den gesamten Validierungsprozess mit Knowhow und Manpower unterstützt. Lodni ergänzt: „Zudem haben wir einen Automatisierungsspezialisten im Boot, der auch international sehr gut aufgestellt ist und weltweite Unterstützung vor Ort bei unseren Kunden garantieren kann.“

Bei den Frequenzumrichtern für die ölfreien Kompressoren fiel die Wahl auf die Serie GA700. Die kompakten Umrichter decken alle für die Kompressoren benötigten Leistungen von 4 bis 220 Kilowatt ab und erreichen Wirkungsgrade von bis zu 98,5 Prozent. Darüber hinaus optimieren sie vollautomatisch die Motoreffizienz, egal bei welcher Last oder Drehzahl. Durch die elektronische Drehzahlregelung gibt es an den Kompressoren zudem weniger bewegte Teile, was den Betrieb besonders macht.

Die ölfreien Kompressoren nutzen die Frequenzumrichter der Serie GA700. (Bild: Yaskawa)

Die Umrichter eignen sich für Asynchron-, Permanentmagnet- oder Reluktanzmotoren. Die energieeffiziente Antriebslösung kann für Stand-Alone-Systeme ebenso genutzt werden wie für Systeme mit vernetzten Antrieben oder Anwendungen, die ein erhöhtes Maß an Sicherheit erfordern. Mit einer Feldbusschnittstellen-Karte in nur einem Umrichter können bis zu fünf GA700-Frequenzumrichter vernetzt werden, was die Kosten deutlich senkt und den Verdrahtungsaufwand minimiert. Mit der integrierten STO-Funktion (Sicher abgeschaltetes Drehmoment) sind die Umrichter auch für Anwendungen geeignet, die Sicherheitslevel bis SIL3/Ple erfordern. Über eine 24-V-Schnittstelle lassen sich bei Bedarf zusätzliche Sensoren versorgen, beispielsweise für Druck oder Temperatur. Trotz diese vielen Features sind die Umrichter dank ihres intuitiven Bedienkonzepts innerhalb weniger Minuten in Betrieb zu nehmen.

Die Ansteuerung der Frequenzumrichter übernehmen kompakte Yaskawa Steuerungssysteme aus der Slio-Serie. Diese lassen sich in TIA, Siemens Step7 oder Speed7Studio programmieren und durch ihren modularen Aufbau an die jeweilige Anwendung anpassen. Um die Kompressoren komfortabel bedienen zu können, wurde die Steuerung von Yaskawa mit einem Smart-HMI ausgestattet. Die Panels sind vor allem für kleine bis mittlere Applikationen ausgelegt. Ihr 7-Zoll-Display ermöglicht nicht nur eine menügeführte Bedienung, sondern dient auch der Visualisierung.

Über ein Smart-HMI für die Steuerung von Yaskawa lassen sich die Kompressoren komfortabel bedienen. (Bild: Yaskawa)

Für große Kompressoranlagen gibt es mit der IPC-Serie ebenfalls eine passende Lösung, die einen leistungsstarken Industrie-PC mit einem Touch-Panel kombiniert. Die Komponenten, gepaart mit der persönlichen Unterstützung bei der Anpassung an die speziellen Bedürfnisse, machten Yaskawa für Aqua Air zum idealen Partner. „Damit haben wir für unsere ölfreien Kompressoren immer eine funktionale Komplettlösung aus einer Hand“, so Lodni.

* Sven Meth ist Key Account Manager, Roland Endrass ist Technical Sales Support Manager bei Yaskawa. Ellen-Christine Reiff ist Redakteurin im Redaktionsbüro Stutensee.

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