Innovative Verpackungsproduktion benötigt ölfreie Druckluft – effizient und sicher

Die Model AG betreibt am Standort Weinfelden/ Schweiz eine integrierte Papier- und Verpackungsproduktion – und erhält immer wieder Auszeichnungen für ihre innovativen Display- und Verpackungslösungen.

Das Unternehmen stellt schrittweise seine Drucklufterzeugung auf ölfreie, drehzahlgeregelte Schraubenkompressoren um und legt dabei größten Wert auf Effizienz und Versorgungssicherheit.

Vom Recycling-Papier über hochwertige Wellpappe bis zur fertig bedruckten und konfektionierten Verpackung in innovativem, verkaufsförderndem Design: Die Model Gruppe deckt an ihrem Hauptsitz in Weinfelden/ Schweiz die gesamte Prozesskette der Verpackungsproduktion ab. Das setzt einen umfangreichen Maschinen-und Anlagenpark voraus.

Gute Ideen für innovative Verpackungen und Displays

Zwei Papiermaschinen mit je 250 cm Arbeitsbreite erzeugen pro Jahr rund  177‘000 Tonnen Papier in Grammaturen von 100 bis 230 g/m2. Auf einer der produktivsten Wellkartonanlagen der Welt mit einer Kapazität von 180 Mio. m2/a wird das Papier zu Wellkarton verarbeitet.

In der dritten Prozessstufe, der Verpackungsproduktion, kommen unterschiedlichste Verfahren wie Schneiden, Bedrucken in diversen Druckverfahren, Falzen, Stanzen, Kleben, Palettieren etc. zur Anwendung. Mit hoher Flexibilität bewegt sich Model hier in einem sehr dynamischen (Verpackungs-)Markt, der durch Online-Einkauf und wachsende Designvielfalt gekennzeichnet ist.

(Fast) überall gefragt: Druckluft als Energieträger und Prozessmedium

Die Frage, wo bei diesen Prozessen Druckluft zum Einsatz kommt, ist für Ernst Herzog, Leiter Technik Model AG, ganz einfach zu beantworten: „Eigentlich überall und rund um die Uhr. Ohne Druckluft können wir nicht produzieren.“ In den Papieranlagen und der Wellkartonanlage sind zahlreiche Regelventile installiert, die nahezu alle pneumatisch gesteuert werden. Darüber hinaus gibt es aber auch Prozessschritte wie das Abblasen oder das Aufführen des Papiers durch die Trockenpartie, bei denen die Druckluft als Prozessmedium unmittelbar mit dem Papier bzw. der Wellpappe in Berührung kommt. Und die Kameras und Bildverarbeitungssysteme der produktionsintegrierten Qualitätssicherung werden über Vortex-Düsen, d.h. mit Druckluft, gekühlt.   

In der Verpackungsproduktion wird auch eine Vielzahl an pneumatischen Komponenten und Aktoren eingesetzt. Hier dominieren Greifer, Zylinder und druckluftbetriebene Handhabungseinheiten.

Schrittweise Erneuerung der Kompressoren

Die nötige Druckluft wurde ursprünglich von vier ölgeschmierten Kolbenkompressoren aus der „Champion“-Baureihe von CompAir erzeugt Diese Maschinen – je zwei in einer Station – erzeugen in Halb- bzw. Volllast jeweils 8,8 oder 17,6 m3 Druckluft und arbeiten dabei dank geringer Spaltverluste, minimalen Leerlaufzeiten und ausgereifter Technik außerordentlich energieeffizient.

Dass sich die Verantwortlichen der Model AG dennoch Gedanken über eine Erneuerung der Druckluftstationen machten, hatte zwei Gründe. Ernst Herzog: „Die Kolbenmaschinen näherten sich dem Ende ihrer Lebensdauer. Weil wir extrem großen Wert auf die Versorgungssicherheit legen, sollten sie frühzeitig ersetzt werden. Außerdem arbeiten wir in hohem Maße für die Lebensmittelindustrie, die zunehmend sensibler und anspruchsvoller wird, was den möglichen Eintrag von Fremdstoffen in Verpackungen angeht. Deshalb war es unser klares Ziel, Schritt für Schritt auf ölfreie Drucklufterzeugung umzustellen.“

Im Laufe von anderthalb Jahren wurden drei der vier ölgeschmierten Kolbenkompressoren durch jeweils einen ölfreien Schraubenkompressor ersetzt. Um alle Verbrauchsprofile – die von CompAir durch Messungen zuvor ermittelt wurden – so effizient wie möglich erzeugen zu können, wurde eine Abstufung vorgenommen: Es kommt eine große Maschine mit 300 kW-Antrieb zum Einsatz, die maximal 42 m3/min Druckluft ins 6,8 bar-Netz liefert. Die anderen beiden Verdichter sind mit 150 kW Motorleistung und einer maximalen Liefermenge von 23 m3/min deutlich kleiner.

Drei drehzahlgeregelte Kompressoren – eine übergeordnete Steuerung

Die Kompressoren der D-Baureihe bewähren sich überall dort, wo Anwender eine effiziente und zuverlässige Versorgung mit ölfreier Qualitäts-Druckluft wünschen. Die Profile der beschichteten Rotoren gewährleisten geringe Spaltverluste, eine berührungslose und somit verschleißfreie Labyrinthdichtung verhindert das Eindringen von Fremdstoffen in den Verdichtungsraum. Alle beweglichen Teile wie z.B. Wälzlager und auch das Kühlsystem sind sehr großzügig dimensioniert, damit die Kompressoren lange Standzeiten erreichen. An der Mensch-Maschine-Schnittstelle sorgt eine moderne Mikroprozessorsteuerung mit Touch Panel für Transparenz. Alarmmeldungen und servicerelevante Daten werden über eine Schnittstelle an übergeordnete Leitsysteme weitergegeben.

Alle drei Kompressoren sind drehzahlgeregelt und passen somit die erzeugte Druckluftmenge exakt an den jeweiligen Bedarf an. Das spart in der Praxis bis zu 40% Energie. Eine übergeordnete Steuerung sorgt dafür, dass jeweils diejenige Kompressor-Kombination arbeitet, die den aktuell benötigten Volumenstrom am wirtschaftlichsten erzeugt. Dabei sind trotz der kontinuierlichen Fahrweise der Hauptverbraucher durchaus größere Schwankungen möglich: In der Papierproduktion und –verarbeitung gibt es Prozessschritte mit kurzzeitig sehr hohem Druckluftbedarf.

Der nächste Schritt: Abwärmenutzung

Auch wenn der vierte Kolbenkompressor noch nicht ersetzt wurde, ist das Ziel der ölfreien Drucklufterzeugung (fast) erreicht, denn diese Maschine wird als Redundanzanlage bereitgehalten. Dennoch wird auch sie demnächst abgelöst. Im Anschluss an diese Investition soll auch eine der beiden Druckluftstationen so umgerüstet werden, dass die Verdichterabwärme genutzt werden kann. Ernst Herzog: „Wir hätten das schon viel eher getan und es gibt in der Papierproduktion auch ganzjährigen Wärmebedarf z.B. in der Spritzwasser-Erwärmung. Allerdings sind die Wärmeverbraucher sehr weit von der Station entfernt. Wir werden deshalb warten, bis alle neuen Anlagen installiert sind und dann schauen, wo eine Wärmerückgewinnung den größten energetischen Nutzen bringt.“

Energieeinsparung hat viele „Stellschrauben“

Parallel zu den Investitionen in neue Kompressoren hat sich die Model AG – wiederum mit Unterstützung von CompAir – intensiv mit der Optimierung des Druckluftnetzes beschäftigt. Die Rohrleitungsdurchmesser der Hauptleitungen wurden vergrößert, und jede Maschine erhielt ein Absperrventil. Ernst Herzog: „Wenn der Bediener die Maschine über den Hauptschalter abschaltet, schließt sich automatisch das Ventil. Dadurch und durch die neuen Leitungen konnten wir die Leckageraten deutlich senken.“ Zudem wurde der Druckverlust im Druckluftnetz merkbar verringert und damit die Effizienz gesteigert.

„Verfügbarkeit ist das A und O“

Neben der Effizienz der Druckluftversorgung und der Druckluftqualität steht für Model die Versorgungssicherheit ganz obenan. Ernst Herzog: „Verfügbarkeit ist für uns das A und O. Entsprechend haben wir auch die Instandhaltung ausgerichtet. Es gibt monatlich ein (Telefon-)Gespräch der Betriebstechniker mit dem CompAir-Service: „Ein Gespräch ist besser als ein elektronischer Report oder eine Datenübermittlung, weil man sich intensiver austauscht.“ Sollte ein Verschleißteil benötigt werden, ist es schon abrufbereit, weil CompAir vor Ort ein Ersatzteillager eingerichtet hat. Außerdem wurden die Instandhalter sowie die Verantwortlichen in der Energiezentrale von CompAir geschult.

Integriert ins Energiemanagement

Die Model AG hat für ihre Papierfabrik in Weinfelden ein zertifiziertes Energiemanagementsystem nach ISO 50001:2011 verwirklicht und sich somit verpflichtet, alle Produktionsanlagen stetig im Hinblick auf den Energieverbrauch zu optimieren. Diese Aufgabe nehmen die Verantwortlichen sehr ernst – auch bei der Planung und beim Betrieb der Druckluftversorgung. Nicht zuletzt deshalb wurde die Anschaffung der neuen ölfreien Schraubenverdichter mit den Mittel des Schweizer Programm „Pro-EDA“ (Programm Energieeffiziente Druckluftanlagen) gefördert.