Schraubengebläse sparen Kosten

Drehkolbengebläse sind weit verbreitet. Seit einigen Jahren etablieren sich jedoch zunehmend Schraubengebläse in den klassischen Niederdruckanwendungen, denn gerade in der Industrie ist die Bandbreite möglicher Einsatzgebiete groß. Diese reicht von der Belüftung von Flüssigkeiten bei der Abwasseraufbereitung, in Bioreaktoren oder der Flotation über die Luftzufuhr zu Feuerungsanlagen, bis zur pneumatischen Förderung von Schüttgütern und der Fluidisierung. Die Kaeser Kompressoren SE, Coburg, lieferte die neuen Verdichter für die Sanierung der Wasseraufbereitung eines Käseproduzenten.


Bei der Herstellung von Käse im Industriemaßstab ist immer auch viel Wasser im Spiel – sei es als Bestandteil des Produktionsprozesses oder für Reinigungszwecke. Das ist auch bei der Goldsteig Käsereien Bayerwald GmbH, Cham, der Fall. Dort wird das Abwasser in großen Tanks gesammelt und soweit aufbereitet, dass es in die Kanalisation geleitet werden kann. Die Reinigung selbst erfolgt – wie in der biologischen Wasseraufbereitung üblich – mit Hilfe von geeigneten Bakterienstämmen, die auf ausreichende Sauerstoffzufuhr angewiesen sind. Diese erhalten sie von Gebläsen, die Druckluft in die Wasserbecken oder -tanks einleiten. Da die Gebläse nahezu ständig im Einsatz sind, beanspruchen diese in der Regel rund die Hälfte des Energiebedarfs der Wasseraufbereitung. Deshalb lohnt sich ein näherer Blick auf die Drucklufterzeugung zur Belüftung der biologischen Reinigung. Üblicherweise liegt dort ein hohes Einsparpotenzial vor – besonders dann, wenn durch technischen Fortschritt Maschinen mit neuer Technologie auf den Markt kommen, die energieeffizienter arbeiten.

Bei der Käserei Goldsteig sorgt ein Schraubengebläse für eine energiesparendere Abwasseraufbereitung.

Bei der Käserei Goldsteig sorgt ein Schraubengebläse für eine energiesparendere Abwasseraufbereitung.


Bei Goldsteig standen Modernisierungen der Belüftung an. Dies war eine gute Gelegenheit, die Anlage insgesamt auf den Prüfstand zu stellen, und auch im Hinblick auf mögliche Energiekosteneinsparungen im Bereich der Luftversorgung etwas zu unternehmen. Bisher war bei der Käserei ein klassisches Drehkolbengebläse im Einsatz. Nach genauer Prüfung fiel die Wahl im Jahr 2015 aus mehreren Gründen auf ein neues Schraubengebläse. Die Aufbereitung bei dem Unternehmen weist eine relativ hohe Einblastiefe auf, bei der Drehkolbengebläse an ihre thermischen Belastungsgrenzen kommen. In einem solchen Fall sind Schraubengebläse von Vorteil, da sie durch den Einsatz einer wesentlich effizienteren Verdichtungstechnologie deutlich niedrigere Betriebstemperaturen als Drehkolbengebläse aufweisen, so dass auch bei einem Betriebsdruck von rund 1 000 mbar Überdruck ein zuverlässiger Betrieb auf Dauer sichergestellt ist, und weniger Wärme in die Bioreaktoren eingetragen wird.

Deutlich geringere Kosten

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In der industriellen Käseproduktion wird Wasser eingesetzt, das vor dem Einleiten in das Kanalnetz gereinigt werden muss.

Ein weiterer Grund für den Wechsel der Technologie war, dass durch den Einsatz von Schraubengebläsen der Leistungsbedarf für die Drucklufterzeugung um 28 % gesenkt werden konnten. Die Geräte sind zwar in der Investition etwas teurer, aufgrund ihrer Energieeinsparungen kann sich deren Anschaffung aber bereits in einem Zeitraum von eineinhalb bis zwei Jahren amortisieren.
Die Empfehlungen für den Einsatzfall ergeben sich aus den konstruktiven und thermodynamischen Verschiedenheiten zwischen Schrauben- und Drehkolbengebläse. Mit dem Blick auf die Geometrie der Rotoren wird der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Verdichtertechnologien erkennbar. Haupt- und Nebenrotor bei den Drehkolbengebläsen sind vom Querschnitt her gleich, zum Beispiel sind beide dreiflügelig und verlaufen in Längsrichtung geradlinig. Die Größe des zwischen dem Zylinder und den Rotorflügeln eingeschlossenen Volumens bleibt während der Rotordrehung beziehungsweise des Verdichtungsvorgangs konstant. In der Thermodynamik wird das als isochore Verdichtung bezeichnet. Der Druck baut sich nach dem Verdichter in der Prozessleitung durch stetiges Nachschieben von Luftmolekülen gegen die dort herrschenden Widerstände auf.

Druckerhöhung im Verdichter

Schraubenverdichter oder -gebläse haben schraubenförmige Rotoren, die ineinandergreifen. In deren Nuten wird die Ansaugluft eingeschlossen, das Volumen im Laufe der Rotordrehung stetig reduziert und zuletzt durch das Auslassfenster ausgeschoben. Es findet somit bereits im Inneren des Verdichters eine Volumenverringerung und damit Druckerhöhung statt. Das Verhältnis Ein- und Austrittsvolumen wird durch die Geometrie der Rotoren und des Auslassfensters bestimmt, der Vorgang entspricht vom Prinzip her der isentropen Verdichtung. Der Vorteil dabei ist, dass das Ausschieben eines bereits verkleinerten Luftvolumens gegen den in der Prozessleitung vorherrschenden Druck weniger Verdrängungsarbeit erfordert und somit Energie, gerade bei höheren Drücken, spart.
Schraubengebläse wie im Fall Goldsteig, verfügen über zeitgemäße technische Besonderheiten, die ihre Effizienz im Vergleich zu Schraubengebläsen der ersten Generation steigert. Möglich wird dies durch die Geometrie der Verdichter-Rotoren, wie zum Beispiel das Sigma-Profil, das über einen hohen Liefer- und volumetrischen Wirkungsgrad verfügt. Darüber hinaus weisen aktuelle Schraubengebläse ein intelligentes Schmier- und Kühlkonzept auf, das sowohl einen externen Ölkühler als auch eine Öldruckschmierung samt Ölpumpe, Öldruckleitungen und Ölfilter überflüssig macht. Zusätzlich ist der Verdichterblock mit einem Dichtungskonzept versehen, das auch ohne Evakuierung der Ölräume durch eine zusätzliche Vakuumpumpe zuverlässig abdichtet und nicht die Gefahr von Öleintrag in sich birgt, wie das bei älteren Schraubengebläsen mitunter der Fall sein kann. Der Verzicht auf nicht benötigte Hilfsaggregate senkt nicht nur den Energieverbrauch der Maschine, sondern erhöht zusätzlich deren Langlebigkeit.

Durch die besondere Geometrie der Rotoren von Schraubengebläsen wird bereits im Verdichterblock der Druck erhöht.

Durch die besondere Geometrie der Rotoren von Schraubengebläsen wird bereits im Verdichterblock der Druck erhöht.

Einfache Installation

Eine weitere Besonderheit der hauptsächlich für den Druckbereich von 400 bis 1 100 mbar Überdruck vorgesehenen Schraubengebläse ist ihre Konzeption als Komplettanlage, die nach dem Prinzip „Plug and Play“ anschlussfertig geliefert werden. Das vereinfacht den konstruktiven und planerischen Aufwand, Einzelkomponenten zu verbinden, und erspart unliebsame Überraschungen bei der Inbetriebnahme.
Doch auch die Anwendung von Drehkolbengebläsen kann weiterhin sinnvoll sein. Welche Technologie für den jeweiligen Anwendungsfall prädestiniert ist, hängt von verschiedenen Kriterien ab, die im Einzelfall geprüft werden müssen. So spielt die Einblastiefe und somit der Druck genauso eine Rolle wie die Nutzungsdauer des Gebläses.
Goldsteig ist zwei Jahre nach der Modernisierung zufrieden, da sich die prognostizierten Energieeinsparungen eingestellt haben.