1_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. 
(Bildquelle: Atlas Copco)

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.
(Bildquelle: Atlas Copco)

Transportverpackungen für Wasch- und Spülmaschinen, Flaschenverpackungen, Thermoboxen für die Pharmaindustrie, Nackenstützen von Autokindersitzen oder Modellbauteile. „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.“

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 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.

Formteilautomaten benötigen viel Druckluft

Thomas Schmitt (links) und der Druckluft-Experte 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. 
(Bildquelle: Atlas Copco)

Thomas Schmitt (links) und der Druckluft-Experte 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.
(Bildquelle: Atlas Copco)

„Wir benötigen Druckluft in erster Linie für unsere insgesamt 50 Formteilautomaten, in denen der vorgeschäumte Kunststoff in die vorgesehene Form gebracht wird“, 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 das Unternehmen 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. Etwas Druckluft verbrauchen außerdem die Druckluftwerkzeuge, mit denen die Formwerkzeuge der Formteilautomaten gewechselt werden. Circa 5.000 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 sie der Verarbeiter 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 kW Leistung stehen noch in unserer kleineren Druckluftstation“, sagt Schmitt. „Heute werden sie aber von zwei drehzahlgeregelten Kompressoren ergänzt.“

Nach einer ersten Investition in eine Leihmaschine im Jahr 2007 wurden weitere alte, ungeregelte Kompressoren anderer Hersteller gegen moderne und effizientere GA-Schraubenkompressoren ausgetauscht. 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. 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.

Große Station mit mehr Leistung für höhere Redundanz

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. 
(Bildquelle: Atlas Copco)

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.
(Bildquelle: Atlas Copco)

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 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 Gesellschaft recycelt Partikelschaum-Produkte sowie Produktionsabfälle“, sagt Schmitt. Das Unternehmen arbeite daran, die Verwertungsquote von 70 Prozent weiter zu erhöhen.

Zentrale Steuerungen für jede Station

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. 
(Bildquelle: 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.
(Bildquelle: Atlas Copco)

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 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, 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, „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 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. Vertrieb und Service arbeiteten bei dem Anbieter 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.“

Über den Autor

Ulrike Preuß

ist Journalistin in Hennef.