Produktionsoptimierung: Druckluftversorgung als Stellschraube

Bei steigendem Wettbewerb und schwankender Nachfrage ist das Stichwort "Produktionsoptimierung" ein entscheidener Faktor für den Unternehmenserfolg.

Während die Materialkosten und Rohstoffe in der Regel wenig Spielraum für Einsparungen bieten und sogar tendenziell steigen, blicken Betriebe mehr und mehr auf die Energiekosten als einem der wichtigsten Bausteine der Produktsionsoptimierung.

Druckluft wird in vielen Produktionsprozessen als Energiequelle verwendet. Angefangen bei der Steuerung von Maschinen bis hin zur pneumatischen Förderung von Materialien - Kompressoren werden in jeder Produktion benötigt. Nicht selten macht die Druckluftversorgung bis zu 90% der Energiekosten in der Produktion aus. 

In diesem Blog werden wir uns genauer ansehen, welche Maßnahmen die Produktionsoptimierung mittels einer effizienten Druckluftversorgung vorantreiben.

Grundlagen der Druckluftversorgung: Was Produktionsleiter bzgl. der Effizienzsteigerung wissen sollten:

Ein grundlegendes Verständnis über den Aufbau und die Komponenten der Druckluftversorgung hilft Ihnen, die Effizienz der Produktion zu verbessern. Es gibt unterschiedliche Arten von Druckluftsystemen, die je nach Bedarf und Anwendungsfall eingesetzt werden.

Wichtige Komponenten dieser Systeme sind

• Kompressoren,
• Leitungen & Sensoren
• Druckbehälter
• intelligente Steuerungen

die gemeinsam die Bereitstellung und Verteilung der Druckluft regeln.

Durch die Auswahl eines energieeffizienten Kompressortyps und dessen richtige Dimensionierung kann in vielen Fällen allein bereits 35 % des Energieaufwands reduziert werden – dies legt einen wichtigen Meilenstein in der Produktionsoptimierung.

Darüber hinaus trägt ein effizientes Druckluftleitungsdesign mit intelligenter Sensorik dazu bei, Druckverluste zu minimieren, den Betriebsdruck zu minimieren und die Betriebskosten zu senken.

Softwarebasierte Steuerungen regeln die Auslastung der Maschinen, vermeiden Energieverlust und können Produktionsleiter oder Instandhalter auf Systemschwachstellen hinweisen, um größeren Schaden zu vermeiden.

Als i-Tüpfelchen der Produktionsoptimierung bei der Druckluftversorgung gilt die Energierückgewinnung: Die Abwärme der Kompressoren kann sehr effizient wiederverwendet werden.

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Wie die Wahl des richtigen Kompressors zur Produktionsoptimierung beiträgt

Durch die Auswahl eines energieeffizienten Kompressors, der auf den spezifischen Druckluftbedarf abgestimmt ist, lassen sich Effizienz und Kosten erheblich optimieren.
Welcher Kompressortyp und in welcher Größe sich für Ihren Einsatzzweck eignet, hängt dabei stark von den spezifischen Anforderungen Ihrer Produktion ab. Achten Sie bei der Auswahl des Kompressors besonders auf den Energieverbrauch des in Frage kommenden Kompressors unter Berücksichtigung Ihres speziellen Druckluftbedarfs. Letzterer kann verlässlich nur in einer Echtzeitmessung ermittelt werden. Diese Druckluftbedarfsmessungen werden im laufenden Betrieb durchgeführt und ermitteln dann per Computersimulation anhand Ihrer IST-Daten die optimale Maschinenkonfiguration für Ihre Situation.

Warum ist mein Bedarfsprofil so wichtig bei der Auswahl des richtigen Kompressors und mit wieviel Einsparung kann ich rechnen?

Das Bedarfsprofil zeigt, wann und wie viel Druckluft benötigt wird. Diese Informationen sind entscheidend, um einen Kompressor auszuwählen, der den tatsächlichen Bedarf effizient deckt, ohne unnötig Energie zu verbrauchen. Was viele nicht wissen: Wichtig ist dabei die Anpassung an Last- und Leerlaufzeiten. Schraubenkompressoren verbrauchen sowohl im Lastbetrieb als auch im Leerlauf Energie. Je nach Druckluftverbrauchsprofil sind unterschiedliche Kompressortypen besser oder schlechter für Ihre Anforderungen geeignet. Energieeffiziente VSD-Kompressoren arbeiten z.B. auch bei schwankenden Bedardsprofilen sehr energieeffizient.

Darüber hinaus bieten unterschiedliche Kompressortypen unterschiedliche Grade an Flexibilität. Sollten Sie sich unsicher sein, ob ihr Druckluftverbrauch sich künftig ändert, kann diesem Problem auch mit der richtigen Kompressorwahl begegnet werden.

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Welchen Einfluss hat der benötigte Betriebsdruck:
Der Kompressor sollte auf den minimal nötigen Betriebsdruck ausgelegt sein und nicht mehr Druck erzeugen als nötig. Eine Reduktion um 1 bar spart etwa 7 % Energie.
Welche Möglichkeiten Sie darüber hinaus haben, den Betriebsdruck zu senken und so eine weitere Produktionsoptimierung zu erreichen, erörtern wir im weiteren Verlauf des Artikels.

Produktionsoptimierung: Welche Rolle die Druckluftleitung spielt:

Die Druckluftleitung sollte so ausgelegt sein, dass es den kürzesten und direktesten Weg zur Druckluftanwendung bietet. Übermäßig lange oder verwinkelte Leitungen führen zu Druckverlusten, die, wie oben bereits erwähnt,  den Energiebedarf drastisch erhöhen. Moderne Materialien wie Aluminiumrohre sind leicht, korrosionsbeständig und bieten eine glatte Innenfläche, die den Luftwiderstand minimiert und somit Druckverluste verringert.

Achtung auch vor undichten Leitungen: Druckluft, die durch Lecks verloren geht, kann erhelbliche Kosten verursachen. Eine einmalige Leckageortung schafft Ihnen einen Überblick zum Beginn der Produktionsoptimierung und deckt Schwachstellen zuverlässig auf. 
Zusätzlich ist die Integration intelligenter Sensoren in die Druckluftleitungen interessant für die Optimierung Ihrer Produktion. Sensoren überwachen kontinuierlich den Druck und die Durchflussrate, was eine präzise Steuerung und Optimierung des Systems ermöglicht. Sie helfen auch bei der frühzeitigen Erkennung von Leckagen, die eine häufige Ursache für Druckverluste und somit für erhöhten Energieverbrauch sind.

Produktionsoptimierung mit künstlicher Intelligenz

Kompressoren lassen sich mittlerweile durch KI-basierte Systeme steuern.
Denn moderne Kompressoren sind heute mit Technologien ausgestattet, die eine permanente Datenanalyse ermöglichen. Dieser innovative Ansatz zur Produktionsoptimierung gewährleistet ein fortwährendes Monitoring und stellt sicher, dass Ihre Druckluftversorung auch zukünftig am optimalen Punkt läuft.

So lassen sich zum Beispiel Abweichungen vom Regelbetrieb frühzeitig erkennen, sodass rechtzeitig Maßnahmen ergriffen werden können, um einem Anlagenausfall vorzubeugen.

Diese Art der proaktive Instandhaltung, auch bekannt als "Smart Maintenance", minimiert ungeplante Ausfallzeiten und optimiert die Produktionskosten ein weiteres Mal. (Lesen Sie dazu auch unseren Artikel: Smart Maintenance für Ihre Druckluftstation.)

Produktionsoptimierung durch Abwärmenutzung

Wärmerückgewinnung bei Kompressoren

Bei der Erzeugung von Druckluft durch Kompressoren entsteht oft Abwärme, die ungenutzt bleibt. Diese Abwärme kann jedoch effektiv zurückgewonnen und für andere Prozesse genutzt werden, wie beispielsweise zur Beheizung von Gebäuden oder zur Erwärmung von Wasser. Mit Wärmerückgewinnungssystemen kann bis zu 90 % der von Kompressoren erzeugten Abwärme wiederverwendet werden, was zu erheblichen Energieeinsparungen und einer Verbesserung der Produktionskosten führt.

Einsatz von Wärmepumpen

Wärmepumpen sind eine weitere effiziente Möglichkeit, Abwärme von Kompressoren zu nutzen. Sie können niedrigere Abwärmetemperaturen auf ein höheres Niveau bringen, um sie für industrielle Prozesse wiederverwendbar zu machen. Dies ist besonders nützlich, wenn die Abwärme unter 80°C liegt, da sie dann direkt für Heizungs- oder Warmwasseranwendungen oder zur Erzeugung von Prozesswärme verwendet werden kann. Wärmepumpen tragen somit zur Reduzierung des Energieverbrauchs und zur Optimierung der Gesamteffizienz der Produktionsprozesse bei.