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    Überwachung, Steuerung und Optimierung von Druckluftsystemen
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    Technik

    Überwachung, Steuerung und Optimierung von Druckluftsystemen

    Mithilfe von Messtechnik lassen sich Druckluftsysteme überwachen, steuern und optimieren. So können einige Herausforderungen gelöst werden.
    Veröffentlicht
    03. Juni 2025
    Lesezeit
    6 Minuten
    Rubrik
    Technik

    Bei der Drucklufterzeugung wird elektrische oder mechanische Energie in pneumatische Energie umgewandelt. Dabei ergeben sich einige potenzielle Herausforderungen: die Reduzierung des Energieverbrauchs, Stabilität im Druckniveau, Produktionssicherheit sowie die Vermeidung von Verunreinigungen oder Leckagen. Hier setzt die Messtechnik an. Sie liefert Daten zur Überwachung, Steuerung und Optimierung der Druckluftsysteme.

    Sensoren in Kompressoren bzw. in Druckluftstationen gibt es schon lange. Doch Sensor ist nicht gleich Sensor, und Überwachung ist nicht gleich Überwachung. Moderne Druckluftsysteme produzieren in jeder Sekunde große Datenmengen. Sie nutzen Multisensoren, die Messdaten in Echtzeit an zentrale Steuerungseinheiten oder als IoT-Lösung an Cloud-Plattformen übertragen können. Die Herausforderung besteht darin, diese Daten zu analysieren und in sinnvolle Informationen umzuwandeln – Informationen, aus denen sich im nächsten Schritt tatsächlich Schlussfolgerungen ziehen und Handlungsempfehlungen mit konkretem Nutzen für den Betreiber einer Druckluftstation ableiten lassen, zum Beispiel für eine vorausschauende Instandhaltung. Unternehmen sparen dadurch nicht nur Kosten, sondern reduzieren auch ungeplante Stillstandzeiten.

    Das richtige Gerät an der richtigen Stelle

    Ein aussagekräftiges Bild ergibt sich erst, wenn intelligente Sensoren an den richtigen Stellen sitzen, die für eine Optimierung relevanten Daten vollständig erfassen und interpretieren. Auf einen speziellen Zweck ausgerichtete Einzelsensoren erfassen wie künstliche Augen mehrfach die gewünschten Daten und liefern diese an ein zentrales Managementsystem, das wiederum die Daten nicht nur erfasst und aufzeichnet, sondern auch analysiert und visualisiert. Diese Ergebnisse können sowohl im Leitsystem des Betreibers der Druckluftstation abgerufen als auch an die Cloud des Druckluftsystemanbieters für die intelligente Fernüberwachung weitergeleitet werden.

    Um die Daten zu gewinnen, braucht es entsprechende Sensoren. Moderne Messgeräte sind kleiner und gleichzeitig leistungsfähiger geworden. Innovative und intelligente Sensoren der neuesten Generation ermöglichen eine flexible Installation, auch an schwer zugänglichen Stellen. Sie arbeiten energieeffizient und können über lange Zeiträume hinweg zuverlässig Daten liefern.

    Das gesamte System im Blick

    Um eine möglichst umfassende Überwachung des Druckluftsystems zu gewährleisten, empfiehlt sich die Installation unterschiedlicher Messgeräte zur Volumenstrom-, Prozessluft-, Drucktaupunkt-, Ansaug-, Umgebungsluft- und Energieanalyse. Diese sollten eine Prozess- und Raumüberwachung, ein entsprechendes Qualitäts- und Energiemonitoring sowie die Vernetzung aller Komponenten zu einem effizienten System ermöglichen. Auch eine schnelle und einfache Datenauswertung für höchste Effizienz und zu Dokumentationszwecken ist wichtig.

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    Doch an welchen Stellen braucht es überhaupt Sensoren und zu welchem Zweck? Wer ein Druckluftsystem betrachtet, sollte vom Ansaugpunkt der Kompressoren ausgehen. So wird beispielsweise eine Überwachung des Raumes häufig unterschätzt. Doch gerade die Ansaug- und Umgebungsbedingungen können die Komponenten der Druckluftstation und die Qualität der Druckluft maßgeblich beeinflussen. So hat die Umgebungstemperatur einen Einfluss auf die Betriebstemperatur des Kompressors. Diese bedingt ihrerseits die spezifische Leistung, das heißt die erforderliche elektrische Energie, die benötigt wird, um die gewünschte Menge an Druckluft bereitzustellen. Bei luftgekühlten Kompressoren beeinflusst die Umgebungsluft zusätzlich auch die Druckluftaustrittstemperatur.

    Ein Messgerät, das Raum- und Ansaugbedingungen überwacht, ist ideal, um die Umgebungsparameter zu beurteilen und zu ermitteln, unter welchen Umgebungsbedingungen die Komponenten einer Druckluftstation jeweils betrieben werden und welcher Feuchtigkeitsanteil unter den herrschenden Umständen in das System gelangt. Diese erhobenen Daten erlauben zum Beispiel Rückschlüsse auf die erforderliche Kühlung und Lüftungstechnik in der Druckluftstation. Für bestimmte Prozesse wird anstelle des Druckluftvolumenstroms der Druckluftmassenstrom benötigt. Mit Erfassung der Ansaugbedingungen lässt sich durch dynamische Kompensation direkt der Massenstrom ermitteln, analysieren und bedarfsabhängig bereitstellen. Darüber hinaus sind die Ansaug- und Umgebungsbedingungen für Fehleranalysen von großem Vorteil und werden zum Beispiel für die Volumenstromregelung bei Gebläsen, für die Vakuumregelung und für die dynamische Kompensation auf Normvolumenstrom benötigt. Die gemessenen Parameter sorgen dafür, dass ein Fehlverhalten des Systems aufgrund von Unregelmäßigkeiten sicher ausgeschlossen werden kann.

    Einer der wichtigsten Prozessparameter ist der Druck an der Übergabestelle. Dieser nimmt maßgeblich Einfluss auf eine effiziente Regelung der Kompressoren und gibt Auskunft darüber, ob die Produktion ungefährdet weiterlaufen kann.

    Weitere Möglichkeiten der Analyse sind die Erfassung der Medientemperaturen sowie des Drucks nach den Drucklufterzeugern, vor und nach der Aufbereitung. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse zeigen zusätzliche Optimierungspotenziale für die Druckluftversorgung auf.

    Die nächste Art Messgerät, die in einer Druckluftstation vorhanden sein sollte, dient dazu, Volumenströme zu erfassen. Dabei ist es wichtig zu unterscheiden, nach welchem Prinzip das Messgerät funktioniert und an welchem Ort im Druckluftsystem es eingesetzt wird. Direkt nach dem Kompressor installiert, ist ein Volumenstrommessgerät, das auf dem Differenzdruckprinzip beruht, ideal, um den erzeugten Volumenstrom bei hohen Temperaturen und bei Luft mit erhöhter Feuchtigkeitskonzentration zu ermitteln. Gemessen und berechnet werden in diesem Fall der Durchfluss und der Gesamtverbrauch. Außerdem werden Druck, Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit erfasst.

    Ein Durchflussmessgerät, das auf dem thermischen Massenstromsensorprinzip basiert, hat den Vorteil, dass es einen größeren Messbereich abdeckt. Es ist jedoch empfindlicher im Hinblick auf Verschmutzungen und sollte deshalb im Druckluftsystem erst nach Druckluft-Aufbereitungskomponenten wie zum Beispiel einem Druckluftkältetrockner eingesetzt werden. Mit diesem Gerät können auch geringe Volumenströme erfasst werden. Dies ermöglicht zum Beispiel die Erfassung von Leckagen, wenn am Wochenende nicht gearbeitet wird.

    Sicherheit für die Produktion

    Für den Einsatz von Druckluft in der Produktion ist das Einhalten bestimmter Grenzwerte von enormer Bedeutung. Dafür und um den Systemdruck an verschiedenen Stellen zu beurteilen, eignen sich kombinierte Messgeräte, die den Druck und die Temperatur überwachen. Sie können zum Beispiel am Ein- oder Austritt von Komponenten oder auch vor sensiblen Anwendungen installiert werden. Dies erlaubt unter anderem die Überwachung des Differenzdrucks der kompletten Druckluftaufbereitung, des Druckluftnetzes und die Einhaltung der entsprechenden Temperaturen. So lassen sich Einsparpotenziale wie beispielsweise eine Absenkung des Systemdrucks, Filterwechsel und vieles mehr ermitteln. Zusätzlich können die Ein- und Austrittstemperaturen der Komponenten überwacht werden. Das rechtzeitige Erkennen von erhöhten Eintrittstemperaturen in den Aufbereitungskomponenten schützt sicher vor Überlastung. Eine erweiterte Variante misst den Drucktaupunkt, also die Feuchte der Druckluft, und sichert so die Druckluftqualität im Hinblick auf einen eventuell erforderlichen Trocknungsgrad.

    Energiemonitoring

    Komplettiert wird das System durch ein oder mehrere Messgeräte zur Energieanalyse. Dies ist ein multifunktionaler Netzanalysator für die elektrische Energiezufuhr. Er überwacht die Qualität und Zuverlässigkeit der Spannungsversorgung und erfasst alle wesentlichen Werte und Kennzahlen. Er ist damit eine komplette Systemlösung zur Unterstützung eines zeitgemäßen Energiedatenmanagements, zum Beispiel nach ISO 50001. Wünscht der Betreiber den Einsatz für ein Energiedatenmanagement, kann das Gerät jederzeit optional mit der MID-Eichung (Measuring Instruments Directive) erweitert werden. Dieses Gerät unterstützt den Betreiber der Druckluftstation somit bei der Dokumentation zur Einsparung von Endenergie. Ebenso erfüllt das Messgerät die Anforderung zum Nachweis der Spannungsqualität (z. B. nach EN 61000-2-4).

    Durch Vernetzung zu einem effizienten System

    Alle intelligenten Sensoren erfassen die Daten mehrfach und können diese über eine Datenleitung an ein Druckluftmanagementsystem weitergeben und in ein Netzwerk integrieren. Das heißt, die Prozessdatenerfassung ermöglicht ein Echtzeit-Monitoring, die Datenauswertung, darauf basierend eine Kennzahlenbildung und vorausschauende Instandhaltung. Auffälligkeiten werden frühzeitig erkannt und im Fehlerfall mittels Langzeitdatenspeicherung eine Problemdiagnose durchgeführt.

    Mit einigen Messgeräten und dank intelligenter Technik können also bisher unsichtbare Abläufe und Prozesse erkannt und sichtbar gemacht werden. Ziel ist die höchste Transparenz, denn dieses Verständnis bildet das Fundament für zuverlässige Vorhersagemodelle.

    Kaeser Kompressoren SE, Coburg

    Autorin: Daniela Koehler

    Pressesprecherin,

    Kaeser Kompressoren

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