Presseinformation Drehzahlgeregelte Kompressoren sparen Energie bei EPS-Verarbeitung 1/14
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K1839
Drehzahlgeregelte Kompressoren sparen Energie bei Styroporverarbeitung
Mit Dampf und Druckluft
Der Formteile-Hersteller Schlaadt in Lorch hat seine Druckluftversorgung Schritt
für Schritt mit drehzahlgeregelten GA-Schraubenkompressoren von Atlas Copco
energieeffizienter aufgestellt. Weitere Verbesserungen wie eine
Wärmerückgewinnung zur Gebäudeheizung sind angelegt.
Essen/Lorch am Rhein, Juli 2018. Transportverpackungen für Wasch- und
Spülmaschinen, Flaschenverpackungen, Thermoboxen für die Pharmaindustrie,
Nackenstützen von Autokindersitzen oder Modellbauteile: Die Palette an Produkten,
die die Schlaadt Plastics GmbH mittels kleiner Kunststoffkügelchen herstellt, ist breit.
„Expandierbare Schäume bieten viele konstruktive Möglichkeiten“, sagt Thomas
Schmitt, der die Anlagentechnik bei Schlaadt in Lorch am Rhein sowie zwei weiteren
Standorten verantwortet. „Dabei sind die Verpackungen für Haushaltsgeräte durchaus
anspruchsvolle Teile, denn sie sollen leicht sein, das Gerät gut schützen und nicht
nachgeben, wenn sie mit Gabelstapler-Klammern angefasst werden.“ Die Fertigung
sei also durchaus „tricky“.
In Lorch stellt Schlaadt unter anderem solche Schutzverpackungen, aber auch
Logistikelemente und Crashschutz-Teile für den Automotive-Sektor aus expandiertem
Polystyrol (EPS) und Polypropylen (EPP) her. „Eine weitere Eigenschaft der leichten
Materialien ist die gute Dämpf- und Dämmfähigkeit, denn die fertigen Produkte
bestehen zu über 98 Prozent aus Luft“, sagt Schmitt. Um die millimeterkleinen
Kunststoffgranulate zu verarbeiten, müssten sie zunächst vorgeschäumt werden, wobei
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sie expandieren und ihre typische Kugelform erhalten. „Das Granulat enthält das
Treibgas Pentan. Im Vorschäumer wird es mit Wasserdampf aufgeheizt“, erklärt der
Experte, „bei diesem Prozess werden die einzelnen Perlen erst weich, dann
expandieren sie um das 20- bis 50-fache – je nachdem, zu welchem Produkt sie
anschließend weiterverarbeitet werden sollen.“ Je größer die Perlen, desto spezifisch
leichter sei das Endprodukt.
Von der Holz- zur Kunststoffverarbeitung
Zur Kunststoffverarbeitung kam Schlaadt in den späten 1950er Jahren. Bis dahin hatte
man ein Sägewerk betrieben und Parkettböden hergestellt. Holz wurde immer weniger
gefragt, ein weiterer Wirtschaftszweig sollte etabliert werden. Als eines der ersten
Unternehmen weltweit erhielt Schlaadt, das in dieser Zeit von Sankt Goarshausen nach
Lorch am Rhein umzog, die Lizenz zur Verarbeitung von EPS – besser bekannt unter
dem von BASF kreierten Namen „Styropor“. Dazu war Wasserdampf als zentrale
Prozessenergie erforderlich, der sich idealerweise mithilfe der Holzabfälle aus dem
Sägewerk billig erzeugen ließ.
Ende der 1980er Jahre wurde der Kunststoffzweig erweitert; Schlaadt begann in Lorch
mit der EPP-Fertigung. Damit wuchs auch der Bedarf an der zweiten wesentlichen
Prozessenergie, der Druckluft. Die Druckluftversorgung baute Schlaadt seither Schritt
für Schritt auf und aus. Heute wird der gesamte Standort von insgesamt elf
öleingespritzten GA-Schraubenkompressoren von Atlas Copco versorgt. Dabei
stammen die ersten GA-Maschinen des Essener Herstellers – mit jeweils 110 Kilowatt
(kW) installierter Motorleistung – aus den 1990er Jahren; die neuesten Kompressoren
mit jeweils 75 kW hat Schlaadt erst kürzlich angeschafft. Dabei handelt es sich um
drei GA 75+ FF mit fester Drehzahl sowie einen GA 75 VSD FF mit
Drehzahlregelung.
Formteilautomaten benötigen viel Druckluft
„Wir benötigen Druckluft in erster Linie für unsere insgesamt 50 Formteilautomaten,
in denen der vorgeschäumte Kunststoff in die vorgesehene Form gebracht wird“,
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erklärt Schmitt. Aus den Silos wird das vorgeschäumte Material in die Maschine
gefördert. Dort werden die Perlen in die individuell für Kunden angefertigten
Werkzeuge gepresst und ein zweites Mal mit Wasserdampf beaufschlagt, so dass sie
sich abermals ausdehnen. Da im Werkzeug nicht beliebig Platz ist, verbinden sich die
einzelnen Perlen miteinander zu einer festen Masse. So entstehen die Formteile, die
sich noch im Werkzeug stabilisieren und dann mit Druckluftunterstützung
ausgeworfen werden. Auf diese Weise stellt Schlaadt auch 4 m x 1,25 m x 1 m große
EPS-Blöcke her, die anschließend für bestimmte Endprodukte zugeschnitten werden.
„Für den Formungsprozess benötigen wir zwei Drittel der Luft, die unsere
Kompressoren hier erzeugen“, sagt Schmitt. Das verbliebene Drittel werde
vorwiegend als Steuerluft für Zylinder und Ventilantriebe verwendet. Ein bisschen
Druckluft verbrauchen außerdem die Druckluftwerkzeuge, mit denen die
Formwerkzeuge der Formteilautomaten gewechselt werden. Sage und schreibe etwa
5000 aktive Formwerkzeuge hält Schlaadt vorrätig.
Drehzahlgeregelte Kompressoren passen sich effizient den hohen
Bedarfsschwankungen an
Eine Herausforderung ist, dass die Produktion schlagartig große Mengen an Druckluft
verzehrt. Mit ungeregelten Kompressoren, wie Schlaadt sie in Lorch früher einsetzte,
wurde viel Druckluft verschwendet. Denn sie können nur unter Volllast oder im
Leerlauf betrieben werden und sich nicht an Mehr- oder Minderbedarfe anpassen.
„Zwei alte, ungeregelte GA-Schraubenkompressoren mit 110 Kilowatt Leistung
stehen noch in unserer kleineren Druckluftstation“, sagt Schmitt. „Heute werden sie
aber von zwei drehzahlgeregelten Kompressoren ergänzt.“
Den ersten Schritt in Richtung Drehzahlregelung – und damit zu mehr
Energieeffizienz – machte Schlaadt 2007: „Damals kaufte das Werk in Königsbronn
einen drehzahlgeregelten Kompressor – auch von Atlas Copco“, erzählt er weiter. Das
sei letztlich auch der Durchbruch für den Lorcher Standort in Richtung effizientere
Drucklufterzeugung gewesen. „Wir holten eine erste Leihmaschine des Typs GA VSD
nach Lorch, die nach Messungen viel Potenzial zur Energieeinsparung versprach“,
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blickt Schmitt zurück. Das Kürzel VSD bedeutet „Variable Speed Drive“ und weist
auf die Drehzahlregelung des Kompressorenantriebs hin. Dadurch wird die Erzeugung
exakt dem Druckluftbedarf im Werk angepasst. In der Folge tauschte man mehrere
alte, ungeregelte Kompressoren anderer Hersteller gegen moderne und effizientere
GA-Schraubenkompressoren aus: 2016 wurden zwei GA 90 VSD FF in die kleinere
Station integriert, die nun jeweils abwechselnd mit einer der beiden alten 110-kW-
Maschinen kooperieren und die EPS-Produktion versorgen.
Große Station mit mehr Leistung für höhere Redundanz
2017 baute Schlaadt die Druckluftversorgung in der großen Station für die EPP-
Produktion aus. „Hier laufen heute sechs GA-Kompressoren mit 75 kW und einer mit
90 kW Leistung“, fasst Schmitt zusammen. „Wir haben insgesamt etwas mehr
Leistung eingebaut, um mehr Redundanz zu erhalten.“ Drei 75er sind drehzahlgeregelt
(VSD), drei weitere – die Typen GA 75+ FF – tragen ein „Plus“ im Namen. „Die
neuen GA+-Modelle sind noch stärker auf Effizienz getrimmt als die
Vorgängergeneration“, erklärt Stefan Fischer, Technischer Berater bei Atlas Copco,
der Schlaadt bei der Auslegung der Druckluftversorgung unterstützte. „Damit haben
wir hier die derzeit besten verfügbaren Maschinen zu einer äußerst wirtschaftlichen
Lösung kombiniert.“ 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.
Investition mit BAFA-Förderung
Wegen der deutlich gesteigerten Energieeffizienz sei die Investition 2017 vom BAFA
gefördert worden, ergänzt der Atlas-Copco-Berater: „Die Kompressoren arbeiten viel
effizienter, und die Stromaufnahme ist durch die Drehzahlregelung wesentlich
geringer; denn es wird nur Druckluft produziert, wenn die Fertigung sie auch
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benötigt.“ Im Vergleich zu einer schlecht ausgelasteten Volllast-Leerlauf-Lösung
ließen sich durch den Einsatz drehzahlgeregelter Kompressoren bis zu 50 Prozent
Energie einsparen, betont Fischer. Eine Station sei zudem bereits anschlussfertig zur
Wärmerückgewinnung vorbereitet und werde dann 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. „Die Schlaadt
Recycling GmbH recycelt Partikelschaum-Produkte sowie Produktionsabfälle“, sagt
Schmitt. Das Unternehmen arbeite daran, die Verwertungsquote von 70 % weiter zu
erhöhen.
Zentrale Steuerungen für jede Station
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 weiter, indem sie
die Kompressoren optimal 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 %
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, sagt Schmitt: „Ein solcher Kontakt kann zwar eigentlich
nicht stattfinden, aber unsere Kunden schreiben in diesem Fall ölfreie Druckluft vor.“
Die Steuerluft müsse 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“, erklärt Schmitt,
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„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 arbeiten Regler und Zylinder sauberer, so
dass weniger Ausfälle zum Beispiel an den Magnetventilen zu verzeichnen sind.
Druckluftbehälter beruhigen das Netz weiter
Um die starken Druckluftschwankungen optimal auszugleichen, wurden für höhere
Bedarfe außerdem große Druckluftkessel angeschafft. „Wir brauchen teilweise überall
gleichzeitig Luft“, nickt 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 1600 Litern Druckluft pro
Sekunde (36 bis 96 m3/min). Hier helfen nun drei Behälter, darunter zwei große mit
jeweils 10000 Litern Fassungsvermögen. In der EPS-Produktion stehen derzeit zwei
8000-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. Vertrieb und Service arbeiteten bei
Atlas Copco gut Hand in Hand, meint Schmitt: „Vor Jahren hatten wir mal ein
defektes Verdichterelement. Noch am selben Tag gab uns Atlas Copco das Angebot
herein, so dass wir die Reparatur schnell veranlassen konnten.“ Schlaadt produziert
übrigens auch in Dillingen an der Donau, Bitzfeld bei Heilbronn, Mülheim an der
Ruhr sowie New Bern in den USA, damit die Transportwege zu den Kunden
möglichst kurz sind. Und in allen Werken versorgen Atlas-Copco-Kompressoren die
Produktion. „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 ist uns nun gelungen.“
Autorin: Ulrike Preuß ist Journalistin in Hennef
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Über die Schlaadt Plastics GmbH, 65391 Lorch am Rhein Schlaadt ist führender Hersteller von Formteilen sowie Zuschnitten aus EPS
(„Styropor“), EPP und Sonderschäumen. Das Unternehmen fertigt an fünf deutschen
Standorten sowie in einem Werk in den USA. Darüber hinaus bietet Schlaadt als
Systemlieferant vielfältigste Service-Leistungen, wie Produktentwicklungen, die
Konfektionierung von Verpackungen, Recycling, maßgeschneiderte Logistiklösungen
bis hin zu Systempartnerschaften. Als Spezialist fürs „Verpacken – Schützen –
Isolieren“ beliefert Schlaadt schwerpunktmäßig die Branchen Automotive, Bau,
Heizung, Sanitär, Elektro, Lebensmittel und Pharma.
Bilder und Bildunterschriften:
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, davon drei hier im Bild. (Bild: Atlas Copco)
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Die in Station 1 erzeugte Druckluft wird von Kältetrocknern aufbereitet. Die 2017
angeschafften Kompressoren verfügen über eingebaute Trockner, bei den älteren, wie
hier im Bild, wurden separate FD-Trockner (links) nachgerüstet. (Bild: Atlas Copco)
Blick auf die linke Seite der großen Druckluftstation. In den GA-75+-FF-
Kompressoren sind Kältetrockner schon ab Werk integriert, außerdem sind die
Maschinen für eine Wärmerückgewinnung vorbereitet. Darauf weist das Kürzel „FF“
hin („Full Feature“). (Bild: Atlas Copco)
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„Vor etwa zehn Jahren haben wir einen ersten drehzahlgeregelten Kompressor nach
Lorch geholt. Die Energieeinsparungen waren so erheblich, dass wir in der Folge
mehrere alte, ungeregelte Kompressoren anderer Hersteller gegen moderne und
effizientere GA-Schraubenkompressoren von Atlas Copco ausgetauscht haben.“ (Bild:
Atlas Copco)
Größenvergleich: Thomas Schmitt zeigt auf seinen Händen vorgeschäumte (links) und
unverarbeitete Granulatperlen (rechts). 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)
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Thomas Schmitt (links) und Atlas-Copco-Berater Stefan Fischer mit einem
Verpackungspolster für ein Haushaltsgerät. Mit diesen leichten Formteilen aus
expandiertem Polystyrol (EPS oder „Styropor“) werden zum Beispiel Spül- oder
Waschmaschinen verpackt. (Bild: Atlas Copco)
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Im Hausbau werden heute viele Wände mit Styropor verschalt. Im Bild sind Neopor-
Schalungssteine für Außenwände zu sehen, die unter dem Namen Isorast verkauft
werden. Das Material besteht aus graphitummanteltem EPS und übertrifft die
Wärmedämmwerte von Styropor laut Hersteller noch einmal um etwa 10 %. (Bild:
Atlas Copco)
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Diese beiden drehzahlgeregelten Kompressoren des Typs GA 90 VSD FF sind Teil der
Station 2 bei Schlaadt. Sie wurden 2016 angeschafft und sind für die
Wärmerückgewinnung vorbereitet, die demnächst installiert werden soll. (Bild: Atlas
Copco)
Das Energiesparsystem ES 6 von Atlas Copco regelt das Zusammenspiel der vier
Kompressoren in der kleineren Station von Schlaadt und macht die
Drucklufterzeugung noch etwas effizienter. (Bild: Atlas Copco)
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In Station 1 hat Schlaadt begonnen, die Druckluft direkt nach der Erzeugung
aufzubereiten. Die vier neuesten Kompressoren, die 2017 installiert wurden, verfügen
über integrierte Trockner. Für die drei älteren Kompressoren wurden solche FD-
Kältetrockner nachgerüstet. (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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Ventilinsel zum Dosieren von aufgearbeitetem und neuem Granulat für den
Formungsprozess. Je nach Produkt werden die Materialien in unterschiedlichen
Zusammensetzungen gemischt. Für den Formungsprozess benötigt Schlaadt etwa zwei
Drittel der erzeugten Druckluft; ein weiteres knappes Drittel dient als Steuerluft für
Zylinder und Ventilantriebe. (Bild: Atlas Copco)
Der Industriekonzern Atlas Copco bietet weltweit führende Lösungen für nachhaltige Produktivität. Die Unternehmensgruppe unterstützt ihre Kunden mit innovativen Produkten und Dienstleistungen in den Bereichen Kompressoren-, Vakuum- und Drucklufttechnik, Generatoren, Pumpen, Industriewerkzeuge und Montagesysteme. Einen besonderen Fokus legt Atlas Copco auf die Produktivität, Energieeffizienz, Sicherheit und Ergonomie. Der 1873 gegründete Konzern hat seinen Hauptsitz in Stockholm, Schweden, und ist weltweit in über 180 Ländern präsent. Atlas Copco hat über 34000 Mitarbeiter und erwirtschaftete 2017 einen Umsatz von 9 Milliarden Euro. www.atlascopco.com
Der Konzernbereich Kompressortechnik von Atlas Copco bietet Lösungen für die Druckluftversorgung an: Industriekompressoren, Gas- und Prozesskompressoren, Turbo-Expander, Luftaufbereitungsanlagen und Luftmanagementsysteme. Der Konzernbereich greift auf ein weltweites Servicenetzwerk zurück und bringt regelmäßig innovative und energieeffiziente Lösungen auf den Markt, die die Produktivität in der Fertigungs- und Prozessindustrie weltweit nachhaltig steigern. Die Hauptbetriebsstätten befinden sich in Belgien, den USA, China, Indien, Deutschland und Italien.