Optimierung Druckluftversorgung BIRO Edwin Bischof AG

KSR
14.05.2016
Optimierung Druckluftversorgung
BIRO Edwin Bischof AG
Technikwoche KSR 2009
Team 1:
Betreuung:
Sandra Schoop
Biro: Christian Zeller
Sophie Lichtensteiger
KSR: Peter Staub
Luca Scherrer
Nils Gründler
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KSR
14.05.2016
Index

Aufgabenstellung
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Lösungsansätze: Teil 1
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Lösungsansätze: Teil 2

Beteiligte

Verwendete Unterlagen

Danksagung
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14.05.2016
Aufgabenstellung
Im Unternehmen werden wöchentlich ca. 40’000 Kubikmeter Druckluft (6-7 bar) für
Maschinen, Arbeitsplätze etc. benötigt, vorwiegend um pneumatisch gesteuerte
Arbeitsabläufe (Bewegung von Zylindern, Abläufe in Spritzgusswerkzeugen etc.)
oder Kühlaufgaben zu bewerkstelligen. Die Druckluft wird aktuell von vier
unterschiedlich grossen Kompressoren erzeugt, die im Zwei-Punkt-Modus (an/aus)
betrieben werden. Dabei entstehen jedoch Druckspitzen und -Senken, die einerseits
unnötige Kosten verursachen und andererseits den Produktionsablauf gefährden
können. Zu erarbeiten ist ein Regelalgorithmus für die Drucklufterzeugung mit Hilfe
eines regelbaren Kompressors, um Spitzen und Senken der Druckkurve zu glätten
sowie um Energie und Kosten einzusparen.
Lösungsansätze: Teil 1
Anhand der vorgegebenen Diagramme in den Unterlagen der Biro erstellten wir
vereinfachte Darstellungen zur Veranschaulichung des Volumenstroms und dessen
Abdeckung durch die verschiedenen Kompressoren. Dies taten wir anhand der
vorgegebenen Werte eines spezifischen Tages (aus den Unterlagen). Wir gingen
dabei davon aus, dass nicht gedeckte Bereiche (hellblau) vom neuen regelbaren
Kompressor automatisch abgedeckt werden – damit werden die vielen Zu- und
Wegschaltungen des kleinsten Kompressors vermieden. Der kleinste Kompressor,
Alup SCK 15/10, ist in unseren Berechnungen als regulierbarer Kompressor
aufgeführt.
Wir kamen zu der Erkenntnis, dass in beiden Fällen (Montag und Mittwoch) zwei
oder drei Kompressoren genügen würden. Für den Fall Montag ist es so, dass der
Kompressor Mahle MSK-D 22 mit 3.1 m3/min, durchgehend laufen würde und der
Kompressor Alup SCK 15/10 mit 1.5 m3/min die Abweichungen gegen oben
auffangen würde. Somit würden beide Kompressoren 24 Stunden arbeiten, der
Energieverbrauch würde sich auf 792 kWh belaufen.
Für den etwas anderen Fall Mittwoch wäre es so, dass ebenfalls der Kompressor
Mahle MSK-D 22 laufen würde und der Kompressor Alup SCK 15/10 die
Abweichungen auffangen würde. Falls der Druckluftverbrauch eine gewisse Höhe
erreicht, in diesem Fall 4.6 m3/min, würde der Kompressor Mahle MSK-D 30 mit 4.2
m3/min aufstarten und den Kompressor Mahle MSK-D 22 ersetzen. Der
Energieverbrauch würde bei etwa 920 kWh liegen.
Grundlegend ist es so, dass der kleinste Kompressor immer durchlaufen würde und
alle Abweichungen korrigieren würde. Mit ihm zusammen arbeiten würde immer der
jeweils zum Druckluftverbrauch benötigte Kompressor. Falls eine gewisse Grenze
erreicht wird, startet der nächstgrössere Kompressor ein und der bisherige fährt sich
hinunter.
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Montag 9. Juli
Volumenstrom
[m3/min]
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
SCK 15/10
h
9.
00
10 h
.3
0
12 h
.0
0
13 h
.3
0
15 h
.0
0
16 h
.3
0
18 h
.0
0
19 h
.3
0
21 h
.0
0
22 h
.3
0
h
0.
00
h
h
7.
30
h
6.
00
h
4.
30
h
3.
00
1.
30
0.
00
h
MSK-D 22
Uhrzeit
Mittwoch 11. Juli
5
4
SCK 15/10
3
MSK-D 22
MSK-D 30
2
1
9.
00
10 h
.3
0
12 h
.0
0
h
13
.3
0
h
15
.0
0
16 h
.3
0
h
18
.0
0
19 h
.3
0
h
21
.0
0
22 h
.3
0
h
0.
00
h
h
7.
30
h
6.
00
h
4.
30
h
3.
00
1.
30
0.
00
h
0
h
Volumenstrom [m3/min]
6
Uhrzeit
Lösungsansätze: Teil 2
Um die Druckluftversorgung in der Biro weiter zu optimieren ist für uns eine neue
Möglichkeit vorhanden. Diese würde aber, so hat es uns Herr Zeller vermittelt,
höchstens im Falle eines Neubaus durchgeführt werden.
Wir stellen uns vor, dass im besagten Fall zwei Druckluftsysteme gebaut werden
sollen anstelle von einem. Druckluftsystem 1 würde den Verbrauch aller arbeitenden
Maschinen decken – von diesen ist die Arbeitszeit bekannt und daher können die im
System 1 arbeitenden Kompressoren geplant eingesetzt werden und es werden
weder Senken noch Spitzen im Volumenstrom entstehen, da die Maschinen konstant
das gleiche Volumen an Druckluft benötigen. Dadurch wird es auch überflüssig,
einen regelbaren Kompressor in dieses System einzuschalten. Druckluftsystem 2
würde hingegen den Verbrauch aller manuellen Geräte versorgen, z.B.
Druckluftpistolen. Dieses System würde von einem regelbaren Kompressor versorgt
werden.
Uns ist aber klar, dass dieses System bloss dann von Vorteil wäre, wenn alle
Maschinen die ganze Zeit laufen würden.
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Beteiligte
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Unternehmen: BIRO Edwin Bischof AG
KSR-Support: Peter Staub
Biro Support: Christian Zeller
Team KSR
o Nils Gründler
o Sophie Lichtensteiger
o Sandra Schoop
o Luca Scherrer
Verwendete Unterlagen
Analyse der Druckluftversorgung, Prematic AG
Wir danken der BIRO Edwin Bischof AG ganz herzlich für die
Möglichkeit, während unserer Technikwoche diesen Auftrag zu
bearbeiten.
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