Thomas Schmitt (links) und Atlas-Copco-Berater Stefan Fischer (rechts) mit einem Verpackungspolster für ein Haushaltsgerät. Mit diesen leichten Formteilen aus expandiertem Polystyrol (Styropor) werden zum Beispiel Spül- oder Waschmaschinen verpackt.

Bild: Atlas Copco

Drehzahlgeregelte Kompressoren bringen mehr Effizienz Styroporverpackungen energiesparend und nachhaltig herstellen

25.07.2018

Ein Hersteller von Kunststoff-Formteilen hat die alten Kompressoren seiner Druckluftversorgung Schritt für Schritt durch GA-Schraubenkompressoren ersetzt. Damit können nicht nur bis zu 50 Prozent Energie eingespart, sondern auch eine Wärmerückgewinnung zur Gebäudeheizung realisiert werden.

Transportverpackungen für Wasch- und Spülmaschinen, Flaschenverpackungen, Thermoboxen für die Pharmaindustrie, Nackenstützen von Autokindersitzen oder Modellbauteile: Die Palette an Produkten, die Schlaadt Plastics mittels kleiner Kunststoffkügelchen herstellt, ist breit. „Dabei sind die Verpackungen für Haushaltsgeräte durchaus anspruchsvolle Teile", meint Thomas Schmitt, der die Anlagentechnik bei Schlaadt in Lorch am Rhein sowie zwei weiteren Standorten verantwortet. „Denn sie sollen leicht sein, das Gerät gut schützen und nicht nachgeben, wenn sie mit Gabelstapler-Klammern angefasst werden.“ Die Fertigung sei also durchaus knifflig.

Neben solchen Schutzverpackungen stellt Schlaadt in Lorch auch Logistikelemente und Crashschutz-Teile für den Automotive-Sektor aus expandiertem Polystyrol (EPS) und Polypropylen (EPP) her. Um die millimeterkleinen Kunststoffgranulate zu verarbeiten, müssen sie zunächst vorgeschäumt werden. Dabei expandieren sie und bekommen ihre typische Kugelform. „Das Granulat enthält das Treibgas Pentan. Im Vorschäumer wird es mit Wasserdampf aufgeheizt“, erklärt Schmitt. Die einzelnen Perlen werden erst weich und expandieren dann um das 20- bis 50-fache, „je nachdem, zu welchem Produkt sie anschließend weiterverarbeitet werden sollen."

Verschwendung entgegenwirken

Eine Herausforderung bei der Produktion war, dass mit ungeregelten Kompressoren große Mengen Druckluft verschwendet wurden. Denn sie konnten nur unter Volllast oder im Leerlauf betrieben werden und sich nicht an Mehr- oder Minderbedarfe anpassen. In der Folge tauschte der Formteilhersteller mehrere alte, ungeregelte Kompressoren gegen effizientere GA-Schraubenkompressoren aus, 2017 etwa in der Druckluftversorgung in der großen Station für die EPP-Produktion. „Hier laufen heute sechs GA-Kompressoren mit 75 kW und einer mit 90 kW Leistung“, fasst Schmitt zusammen. Drei 75er sind drehzahlgeregelt (VSD), drei weitere – die Typen GA 75+ FF – tragen ein Plus im Namen. Diese Modelle seien noch stärker auf Effizienz getrimmt als die Vorgängergeneration, erklärt Stefan Fischer, Technischer Berater bei Atlas Copco, der Schlaadt bei der Auslegung der Druckluftversorgung unterstützte.

Die vertikale Anordnung des Antriebsstranges mit der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Rotor des Permanentmagnetmotors und dem Hauptläufer der Verdichterstufe sowie neuartige Verdichtungselemente steigerten die Effizienz zusätzlich. „Bei den Kompressoren mit FF-Kürzel am Ende sind außerdem bereits Kältetrockner sowie Druckluftfilter und Kondensatableiter ab Werk in das Plug-and-Play-Gehäuse integriert“, sagt Fischer. Auch eine Wärmerückgewinnung lasse sich bei diesen Maschinen leicht umsetzen.

Energieersparnis mit BAFA-Förderung

Wegen der höheren Energieeffizienz sei die Investition 2017 vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gefördert worden, ergänzt der Atlas-Copco-Berater, „denn es wird nur Druckluft produziert, wenn die Fertigung sie auch benötigt.“ Im Vergleich zu einer schlecht ausgelasteten Volllast-Leerlauf-Lösung ließen sich durch den Einsatz drehzahlgeregelter Kompressoren bis zu 50 Prozent Energie einsparen. Eine Station sei zudem bereits anschlussfertig zur Wärmerückgewinnung vorbereitet und werde dadurch die Gebäudeheizung unterstützen.

Neben dem Kostenfaktor kam auch der Umweltaspekt der Unternehmensphilosophie von Schlaadt sehr entgegen, die mit einem eigenen Recycling-Werk auf dem Lorcher Firmengelände daran arbeiten, Ressourcen effizient zu nutzen. Partikelschaum-Produkte sowie Produktionsabfälle werden hier wiederverwertet. Das Unternehmen arbeite daran, die Verwertungsquote von 70 Prozent weiter zu erhöhen.

Auf Lebensmittelkontakt vorbereitet

Beide Druckluftstationen werden von je einer eigenen übergeordneten Steuerung optimiert: Das Energiesparsystem ES 6 regelt die kleinere, ein ES 8 die Maschinen der großen Station. Sie verbessern die Leistung der Drucklufterzeugung, indem sie die Kompressoren auslasten, ineffiziente Laufzeiten vermeiden und so Energie sparen. Die Effizienz ließe sich jetzt noch durch die Verteilung der Druckluft auf zwei Netze optimieren.

„Bisher arbeiten wir komplett mit einem Netzdruck von 7 bar, da alle Lufterzeuger in ein Druckluftnetz speisen“, erklärt Schmitt. Für die Versorgung der Formteile-Automaten genügten im Prinzip 5 bar – womit sich etwa 10 bis 15 Prozent Energie einsparen ließen. Auf der anderen Seite sei die Druckluftqualität für den Entformungsprozess nicht entscheidend, weshalb hier noch keine Trockner angeschlossen sind. Stattdessen setze man vor die entsprechende Formteilmaschine einen Filter, wenn die gefertigten Produkte zumindest theoretisch mit Lebensmitteln in Kontakt kommen könnten. Laut Schmitt könne ein solcher Kontakt zwar eigentlich nicht stattfinden, aber schreiben die Kunden in diesem Fall ölfreie Druckluft vor.

Die Steuerluft muss im Gegensatz zur Entformungsluft qualitativ hochwertiger sein: trocken, staubfrei und wenig ölhaltig. Seit 2017 sei die Druckluftqualität insgesamt sehr hoch, da die große Station komplett trockene Druckluft liefere. „Wir haben hier extra die FF-Modelle mit den integrierten Trocknern angeschafft“, schildert Schmitt, „und bei den älteren GA-Kompressoren haben wir jeweils separate FD-Kältetrockner von Atlas Copco nachgerüstet.“ Hierdurch sei die Produktion insgesamt noch sicherer geworden. Denn durch die aufbereitete Luft arbeiteten Regler und Zylinder sauberer, sodass weniger Ausfälle beispielsweise an den Magnetventilen zu verzeichnen waren.

Druckluftbehälter beruhigen das Netz

Um die starken Druckluftschwankungen optimal auszugleichen, wurden für höhere Bedarfe außerdem große Druckluftkessel angeschafft. „Wir brauchen teilweise überall gleichzeitig Luft“, verdeutlicht Schmitt, „und dann wieder nur vereinzelt. Da kamen selbst die VSD-Maschinen mit dem Regeln nicht immer hinterher.“ So schwankt der Bedarf beispielsweise der EPP-Produktion zwischen 600 und 1.600 Litern Druckluft pro Sekunde (36 bis 96 m3/min). Hier helfen nun drei Behälter, darunter zwei große mit jeweils 10.000 Litern Fassungsvermögen. In der EPS-Produktion stehen derzeit zwei 8.000-Liter-Tanks; wenn die neue Halle fertiggestellt ist, sollen weitere hinzukommen.

Für den ausfallsicheren Betrieb der Kompressoren hat Schlaadt mit Atlas Copco einen Wartungsvertrag für fünf Jahre abgeschlossen. „Vor Jahren hatten wir mal ein defektes Verdichterelement. Noch am selben Tag gab uns Atlas Copco das Angebot herein, sodass wir die Reparatur schnell veranlassen konnten“, erinnert sich Schmitt. Schlaadt hat neben Lorch am Rhein auch Werke in Dillingen an der Donau, Bitzfeld bei Heilbronn, Mülheim an der Ruhr sowie New Bern in den USA. „Bei so vielen Maschinen müssen wir auch in der Administration auf Effizienz achten“, sagt Schmitt. „Das heißt, wir wollten möglichst alles aus einer Hand und nur einen Ansprechpartner." Das sei mit Atlas Copco nun gelungen.

Bildergalerie

  • Insgesamt elf öleingespritzte GA-Kompressoren von Atlas Copco erzeugen die Druckluft für die Fertigung von Schlaadt in Lorch am Rhein. In Station 1 stehen sieben Maschinen, drei davon sind hier im Bild zu sehen.

    Bild: Atlas Copco

  • Größenvergleich: Thomas Schmitt, Schlaadt Plastics, zeigt links vorgeschäumte und rechts unverarbeitete Granulatperlen. Beim Expandieren im Vorschäumer vergrößert sich das Volumen um den Faktor 20 bis 50, wobei das Gewicht gleich bleibt; die Kugeln schließen nur mehr Luft ein.

    Bild: Atlas Copco

  • In diesen Stoffsilos wird das vorgeschäumte EPS bevorratet. Über die Schläuche gelangt es in die Maschinen, in denen die Perlen unter Einwirkung von Wasserdampf zum Formteil expandieren.

    Bild: Atlas Copco

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