… und mit KAESER Gebläsen!
Was hat Sahne mit Druckluft zu tun? Diesen Zusammenhang klären wir mit der Erfolgsstory der BMI (Bayerische Milchindustrie eG) in Zapfendorf auf. Es geht dabei um sauberes Wasser, vielmehr um die industrielle Abwasseraufbereitung in einem Milchwerk.
Sauberes Wasser: Eine Anforderung, die es mit einer Maschinentechnik, die gleichzeitig leichter zu handhaben, zuverlässig und zukunftsfähig ist, zu meistern war. Hinzu zählt das Kriterium möglichst geringer Kosten. Eine moderne Station mit Schraubengebläsen macht es möglich.
Bayrische Milchindustrie in Zapfendorf
Die BMI ist eine Molkereigenossenschaft mit langer Tradition und internationaler Erfahrung. In Zapfendorf im Norden Bayerns, liegt aktuell das größte Werk der BMI. Neben den Standardprodukten Magermilch- und Süßmolkenpulver werden zunehmend Spezialerzeugnisse produziert. Mit modernsten Verfahren der Ultrafiltration werden hochwertige Eiweißkonzentrate gewonnen. Diese Produkte werden in der Ernährungsindustrie, der Diätetik, Kinderernährung und Reformkost immer bedeutender. Die Milchzuckerherstellung und die Produktion von aufgefetteten Milch- und Molkenprodukten sowie die Trocknung teilentzuckerter Molke und Polyaminkonzentration runden das Produktionsprogramm ab. Ebenfalls am Standort Zapfendorf befindet sich das moderne Frischproduktwerk, in dem Butter, Sahne, Quark und Sauermilcherzeugnisse hergestellt werden.
Höhere Energieeffizienz dank Schraubengebläse
Aufgrund der steigenden Nachfrage und somit Produktion begann im Jahre 2014 die Planung einer neuen, größeren Reinigungsanlage für das bei der Herstellung von Milchprodukten anfallende Wasser. In vier Sequential Batch Reaktoren sollte künftig chargenweise die Nährstofffracht der unterschiedlich anfallenden Wassermengen biologisch abgebaut werden. Vier Gebläse würden die Luftversorgung der an diesem Prozess beteiligten Mikroorganismen sicherstellen.
Um die Betriebskosten der Wasseraufbereitungsanlage geringstmöglich zu halten, sollten bei der energieintensiven Erzeugung der Belebungsluft anstelle der bis dato allgemein üblichen Drehkolbengebläse nun die damals neu auf den Markt kommenden Schraubengebläse eingesetzt werden. Schraubengebläse sind im Grunde für den Niederdruck optimierte, trocken bzw. ölfrei verdichtende Schraubenkompressoren, die bereits ab 400 mbar Druckdifferenz wesentlich effizienter arbeiten. Aufgrund ihrer schraubenförmigen Rotoren wie z. B. dem SIGMA-Profil, erzielen diese Maschinen einen höheren Wirkungsgrad. Wenn wie im Fall bei BMI Differenzdrücke zwischen 600 und 800 mbar benötigt werden bei obendrein vielen Betriebsstunden der Gebläse, was in der Wassertechnik der Fall ist, dann ergibt sich eine deutliche Energie- und somit Kosteneinsparung.
Die ersten Planungsentwürfe bei BMI sahen zuerst noch Schraubengebläse der ersten Generation in Form bisher herkömmlicher, unvollständiger Maschinen vor - also größtenteils mechanische Bauteile, die mittels externer, von Subunternehmern zu erstellender Schaltschränke erst startbereit elektrifiziert werden müssten. Da damals jedoch bereits Schraubengebläse der nächsten Generation - also einschaltbereite, vollständige Maschinen mit elektrischem Steuer- und Leistungsteil – begannen, den Stand der Technik im Markt neu zu definieren, richtet sich das Augenmerk schnell auf diese.
Startklar für Industrie 4.0
Eben jenes „Komplettsystem“ dieser neuen Schraubengebläse war am Ende auch der Entscheidungsgrund. Im Fall von BMI-Zapfendorf handelt es sich um Typ FBS-M-SFC-Schraubengebläse mit integriertem Frequenzumrichter, die zusätzlich noch eine smarte Maschinensteuerung SIGMA CONTROL 2 beinhalten. Über diese Steuerung sind die Gebläse per Profibus an die Leitwarte direkt angebunden, deren Betriebs- und Zustandsdaten werden dort visualisiert. Die Leitwarte gibt die Drehzahlen und damit den zu generierenden Volumenstrom an die Gebläse weiter. Die Gebläse werden über das Bussystem somit auch ferngesteuert.
Durch die Steuerungen und die Komplettbauweise sind diese Maschinen auch einsetzbar für Anwendungen, die sich hinter dem Begriff Industrie 4.0 bzw. Wasser 4.0 verbergen. Diese auch als 4. industrielle Revolution bezeichnete Umwälzung in der Industrieproduktion und nun auch Wassertechnik, erfordert als Grundlage die Möglichkeit einer umfassenden Kommunikation von Maschine zu Maschine beziehungsweise mit einem übergeordneten Prozessleitsystem im Rahmen der fortschreitenden Vernetzung und Digitalisierung. Ziel ist eine flexiblere Ansteuerung der Maschine sowie die Diagnostik deren Betriebs-und Zustandsdaten in Echtzeit (sogenanntes Condition Monitoring), um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten und vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) zu betreiben. Das heißt, dass eine Vielzahl von Informationen über den Betriebs- und Wartungszustand des Gebläses in eine Richtung ausgelesen werden kann und umgekehrt das Gebläse in die andere Richtung ferngesteuert wird – idealerweise mit nur einem Kabel, dem Daten-Buskabel.
Wir sind vom KAESER-Angebot überzeugt:
Sehr gute Effizienz mit eingehaltenen Garantiewerten, eine komplette Anlage mit Leistungselektrik, integriertem FU, IE4-Motoren, Sensorik und Anbindung über Profibus auf Leitsystem.
Komplettpaket sorgt für Sicherheit im Betrieb
Als Analogwerte können beispielsweise in Echtzeit ausgelesen werden: Der Ansaug-, End- und Differenzdruck, die Ansaug-, End-, Öl- und Schallhauben-Innentemperatur, der Druckabfall am Ansaugfilter, im Falle Frequenzumrichter Gebläsedrehzahl, Stromaufnahme Umrichter und Zwischenkreisspannung. Überwacht werden Temperatur und Stromaufnahme der Motoren, Ölniveau, Temperaturen auf Platinen der Leistungselektrik und vieles mehr.
Jedem dieser Werte sind Schwellwerte für die Meldung einer Warnung und Störung hinterlegt, die auch in das Prozessleitsystem mittels Busprotokoll implementiert werden können und so die Möglichkeit für eine bequeme und einfache Überwachung bieten. Hinzu kommen noch Zähler für die Betriebsstunden der Maschine und deren Einzelkomponenten wie zum Beispiel Verdichterblock, Motor, Steuerung, Leistungsteil, Wartungsteile usw. Den Wartungsteilen wie zum Beispiel Ansaugfilter, Öl, Keilriemen etc. sind auch Zeitintervalle hinterlegt, die nach Ablauf eine Wartungsmeldung generieren. Zustandsgrößen wie Maschine aus, startbereit, Betrieb, Warnung und Störung liegen ebenfalls auf dem Prozessabbild.
Aus Sicht des Betreibers war die Entscheidung für solche vielseitigen Plug & Play Maschinen eindeutig, nach vorherigem detailliertem Vergleich des Aufwands für eine vergleichbare Funktionalität der Elektroautomatisation aus Einzelkomponenten. Klar war, dass es nicht nur bei der Beschaffung von Komponenten wie zum Beispiel der Gebläse, den Frequenzumrichtern und Blechschaltschränken bleiben würde. Durch einen detaillierten Vergleich der Maschinen- und Steuerungsfunktionalitäten im Vorfeld, wurden auch Kosten für Schaltrelais und Überstromauslöser zum Anschluss von elektrischen Hilfsantrieben wie Ventilatoren, Öl- und Vakuumpumpen sowie Trafos und Auswertegeräte für Sensoren die Temperaturen, Drücke, Ölniveau oder sogar Öldruck berücksichtigt. Erfasste Sensorsignale müssen ausgewertet, mit Schwellwerten hinterlegt und daraus logische elektrische geschaltete Aktionen implementiert werden. Unklarheiten bei andernfalls mehrfach entstehenden Schnittstellen kamen erst gar nicht auf und die Inbetriebnahme konnte schnell und reibungslos erfolgen. Obendrein ist alles eindeutig dokumentiert, CE- und EMV-zertifiziert, was auch der Betriebssicherheitsverordnung zuträglich ist. Diese Komplettheit des Lieferumfangs erleichterte nicht nur die Planung der Investitionskosten, sondern auch die Vergleichsrechnung der Energiekosten, da die Leistungsdaten für die vollständig betriebsbereite Maschine im Vorfeld transparent vorlagen.
Neben der Planungs- und Rechtssicherheit ist auch die Prozesssicherheit gegeben. Falls die Fernsteuerung einmal ausfallen sollte, können die Gebläse unabhängig vom Prozessleitsystem jederzeit spielend einfach via Menüauswahl in der SIGMA CONTROL 2 ohne Umverdrahtung oder Umparametrierung (wie früher bei Anbindung an externe-Frequenzumrichter usw.) in den Handbetrieb versetzt werden. Somit können diese Maschinen notfalls als letzte verbleibende funktionsfähige Insel die Mikroorganismen in der Belebung mit Luft versorgen und so am Leben halten.
Fazit
Rückblickend auf die bisherige zweijährige Betriebsdauer der vier modernen Schraubengebläse berichtet der Projektleiter nicht nur von einem sehr guten Service rund um die Schraubengebläse mitsamt Frequenzumrichter, Steuerung und Leitwartenanbindung, sondern auch davon, dass die angebotenen Leistungswerte der Schraubengebläse tatsächlich im Rahmen der Garantiewerte nach ISO 1217 Annex E erbracht werden und somit die prognostizierte sehr gute Energieeffizienz auch real erbracht wird. Laut dem Projektleiter sparte obendrein die "Komplettheit" dieser Maschinen bei der Investitionssumme deutliche Kosten ein.
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