Druckluftmonitoring : Spax nutzt Strömungssensoren für präzise Messungen an Maschinen

„Die Fertigung einer Schraube besteht im Wesentlichen aus drei Produktionsschritten: Zunächst wird der Schraubenkopf mit Krafteingriff auf einen zuvor zugeschnittenen Draht aufgepresst, danach wird das Gewinde auf den sogenannten Pressnagel aufgewalzt. Abschließend wird die Schraube gehärtet und veredelt. Der gesamte Ablauf erfolgt auf Einzelmaschinen und nahezu alle benötigen Druckluft“, erklärt Sascha Roloff, Leiter der Instandhaltung und Beauftragter für das Energiemanagement bei Spax.

Im Rahmen einer detaillierten Pressemeldung von IPF electronic wurde der Hersteller von Holzschrauben Spax International mit Firmensitz in Ennepetal (Deutschland) durchleuchtet. Demzufolge sollen an diesem Standort ca. 500 Mitarbeitende beschäftigt sein und bis zu 50 Millionen Schrauben täglich anfertigen.

Im Zentrum der Betrachtung stand die Energiemanagement-Strategie von Spax, bei der das Unternehmen unter anderem den Druckluftverbrauch von Maschinen unter die Lupe nimmt. Laut Aussendung erfasst das, gemäß ISO 50001 für ein Energiemanagement zertifizierte, Unternehmen seit mehr als zehn Jahren den Energieverbrauch. Dafür komme ein eigenes Energiesystem bzw. eine hierfür konzipierte Software zum Einsatz. In den Anfängen sei zunächst der Stromverbrauch gemessen worden, danach kamen Gas und Wasser hinzu, um die Verteilung des Energieverbrauchs in den einzelnen Produktionsbereichen zu analysieren.

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„Da wir uns beim Energiemanagement schon allein mit Blick auf die Auditierung weiterentwickeln wollen, müssen wir bei der Verbrauchsdatenerfassung noch weiter ins Detail gehen. Unser Ziel ist es, zukünftig von jeder Maschine den exakten Verbrauch von Strom, Wasser und Druckluft zu haben, damit wir letztendlich unsere Produkte besser kalkulieren können“, so Roloff.

In der Fertigung von Spax befinden sich, der Presseinformation zufolge, etwa 500 Maschinen. Ein Großteil davon werde über eine zentrale Druckluftstation versorgt, die sich aus zwei Standardkompressoren, einem frequenzgeregelten Kompressor und einem kleinen Kompressor für den Wochenendbetrieb zusammensetze. „In einer frühen Phase haben wir den Druckluftverbrauch noch auf Abteilungsebene erfasst, sind dann aber zunehmend auf Verbrauchsmessungen an einzelnen Maschinen übergegangen. Hierzu haben wir zunächst Messgeräte mit Schaltausgang eingesetzt", wird der Instandhaltungsleiter zitiert.

Nach Aussagen von Roloff erwies sich deren Montage und auch Handhabung allerdings als schwierig: die Anzahl der Schaltimpulse musste in Verbrauch pro Kubikmeter umgerechnet werden, außerdem hing die Einstellung der Sensoren unter anderem von der Dimensionierung der Rohrleitung für die Druckluft sowie der jeweiligen Einbausituation ab. Daher habe man sich schließlich für parametrierbare Strömungssensoren von IPF mit Analogausgang entschieden – und zwar für den SL900020 mit R1/2“-Prozessanschluss und SL920020 mit 1“-Prozessanschluss. Mit diesen Geräten lasse sich aufgrund des frei skalierbaren Analogausgangs (4…20mA) der Druckluftverbrauch einfach und exakt ermitteln. Eine Senkung der Energiekosten für die Drucklufterzeugung sei so gezielt möglich.

Wie IPF beschreibt, sind die kompakten Lösungen für Luft (auf Anfrage auch Gase) in sieben Versionen mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern der integrierten Messstrecke erhältlich und arbeiten nach dem kalorimetrischen Prinzip. Dabei werden zwei Messelemente genutzt, eines davon kommt als Heizelement, das andere als Messelement für die Mediumtemperatur zum Einsatz.

Die Temperaturdifferenz zwischen dem durch die Druckluftströmung gekühlten Heizelement und der Drucklufttemperatur wird, so IPF, konstant gehalten und die hierfür benötigte Heizleistung gemessen. Je höher die Strömung der Luft, desto mehr Heizleistung wird für eine beständige Temperaturdifferenz benötigt. Auf diese Weise lasse sich schließlich der Massenstrom ermitteln und elektronisch auswerten. Die Einstellung der Verbrauchsmesser erfolgt über zwei kapazitive Tasten am Display. Dieses zeigt Durchfluss, Verbrauch, Geschwindigkeit und Temperatur an. Die Standardeinstellung ab Werk ist m3/h.

Weitere frei wählbare Einheiten sind laut Aussendung:

• m3/min
• l/min
• l/s
• ft/min (feet per minute)
• cfm (cubic feet per minute)
• m/s
• kg/h
• kg/min
• kg/s

Der Pressemeldung zufolge investierte Spax in insgesamt 48 Sensoren. Der Großteil der SL900020 und SL920020 komme an den Anlagen in der Presserei, die einen hohen Druckluftbedarf haben, zum Einsatz.

Laut IPF gab es bereits erste positive Ergebnisse zu verzeichnen: so wurde zum Beispiel anhand der erfassten Messdaten schnell deutlich, dass trotz Standby-Betrieb einzelner Maschinen, etwa an Wochenenden oder in Nachtschichten, ein vergleichsweise hoher Druckluftverbrauch entstand.

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„Als Konsequenz hieraus haben wir ein Mutteruhr-Schichtmodell eingeführt. Die Mitarbeiter teilen mir in diesem Zusammenhang nun die Produktionszeiten in der Fertigung für eine Woche mit, sodass ich in betriebsfreien Zeiten die komplette Druckluftversorgung der betreffenden Anlagen von der Hauptleitung trennen kann.“

Darüber hinaus sei auf Basis der gesammelten Messergebnisse eine Prioritätenliste für die Leckageortung erstellt, um Undichtigkeiten im Druckluftnetz schneller zu beseitigen.

150.000 Euro Stromkosten "im Branchenvergleich ziemlich gut"

Wie der Meldung zu entnehmen ist, belaufen sich die Stromkosten für den Betrieb der Druckluftstation im Werk Ennepetal auf rund 150.000 Euro im Jahr. „Im Branchenvergleich ist das ziemlich gut“, meint Sascha Roloff.

Er erklärt: „Letztendlich können wir nur mit einem ganzen Maßnahmenbündel, zu dem auch die Strömungssensoren von IPF gehören, die Kosten auf einem verhältnismäßig niedrigen Niveau halten. Würden wir den Druckluftverbrauch beispielsweise um nur circa zehn Prozent senken, ließen sich zusätzliche Einsparungen in Höhe von rund 15.000 Euro im Jahr erzielen. Daher bleiben wir bei diesem Thema weiterhin am Ball.“