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40-bar-Druckluft für die Blasformung im neuen Werk der Gropper-Unternehmensgruppe

Energieeffizienz und nachhaltige Produktivität standen im Fokus bei der Planung eines neuen Standorts der Firmengruppe Gropper. Dort werden ausschließlich hochwertige Direkt-Fruchtsäfte hergestellt und abgefüllt. Die 40-bar-Druckluft für die PET-Blasformmaschinen erzeugt ein hoch effizienter Kolbenkompressor von Gardner Denver, der optimal in die Prozesse des neuen Werkes in Stockach eingebunden ist.


Pet Gropper Gelbe Flaschen

Anwendungsdetails

Die Firmengruppe Gropper mit Hauptsitz im schwäbischen Bissingen hat im Jahr 2015 ca. 290 Millionen Kilogramm Milch (davon rund 50 Millionen Bio-Milch) zu unterschiedlichen Milchprodukten verarbeitet, die zum größten Teil unter den Markennamen der großen Einzelhandelsketten in Deutschland, aber auch in anderen europäischen Nationen verkauft werden. Gropper beschäftigt rund 700 Mitarbeiter, bezieht Milch von 870 Lieferanten und erzielte im vergangenen Geschäftsjahr einen Umsatz von rund 400 Mio. €.

Das Unternehmen expandiert kontinuierlich und hat in den vergangenen Jahren den Einstieg in die Herstellung von Smoothies und Direkt-Fruchtsäften vollzogen. Mit Erfolg: Die Jahresproduktion liegt bereits bei 80 Millionen Kilogramm. Um die Voraussetzungen für weiteres Wachstum zu schaffen, hat Gropper im Herbst 2015 in Stockach ein völlig neues Werk eingeweiht, das sich ausschließlich auf die Produktion von Direktsäften konzentriert, die gekühlt transportiert und gelagert werden. Auf diese Weise bleibt der natürlich frische Geschmack besonders gut erhalten.

Pet Gropper Compressor in der Fabrik
Ölfrei arbeitender Kolbenkompressor vom Typ WH 29 3N mit wellenlosem 325-kW-Motor,
Direktantrieb und maximaler Förderleistung von 1800 m³/h (bei 40 bar)

Alle Möglichkeiten der Energieeinsparung ausgeschöpft

Da das neue Werk auf der sprichwörtlichen grünen Wiese errichtet wurde, konnten die Verantwortlichen alle Möglichkeiten der modernen Fabrikplanung ausschöpfen – ein Aufgabenfeld, in dem sie umfangreiches Know-how mitbringen. Berthold Burgmeier, Leiter Technik: „Wir planen und optimieren unsere Anlagen grundsätzlich selbst und legen dabei größten Wert auf Effizienz, Flexibilität und günstigen Energieverbrauch.“

Aus diesem Grund stehen bei den Investitionen nicht nur die Anschaffungskosten im Vordergrund, sondern auch in hohem Maße die Lebenszykluskosten. Das gilt auch und insbesondere für die Drucklufterzeugung, die für die Versorgung der PET-Flaschenproduktion vor Ort benötigt wird. Die daumengroßen Vorformlinge – so genannte Preformen – werden mit einem Druck von bis zu 40 bar „aufgeblasen“ und anschließend befüllt.


Bei der Projektierung dieser Anlage und der zugehörigen Peripherie konnten die Verantwortlichen von Gropper auf vorhandene Erfahrung zurückgreifen: In Bissingen sind bereits vier PET-Streckblasmaschinen und Abfülllinien im Einsatz. Daher stand für Gropper außer Frage, dass mehrstufige Kolbenkompressoren diesen Druckpegel am wirtschaftlichsten erzeugen.

Hoher Wirkungsgrad dank wellenlosem Motor mit Direktantrieb

Im direkten Vergleich ergaben sich für eine Maschine aus der W-Serie von Belliss & Morcom – ein Unternehmen der Gardner Denver-Gruppe – die besten Werte. Deshalb wurde ein solcher ölfreier Kolbenkompressor vom Typ WH 29 3N mit 325-kW-Direktantrieb und einer maximalen Förderleistung von 1800 m³/h (bei 40 bar) angeschafft.

Die Kolbenkompressoren der W-Baureihe zeichnen sich unter anderem durch ein besonderes Antriebskonzept aus, das den Verzicht sowohl auf einen Riemenantrieb als auch auf Getriebe und Kupplung ermöglicht. Dieser Direktantrieb schafft die Voraussetzung für einen sehr hohen Wirkungsgrad, sehr lange Lebensdauer und extrem geringen Platzbedarf.

Serienmäßige Halblast-/Volllast-Regelung

Die Kolbenmaschinen der W-Serie arbeiten doppelt wirkend: Pro Umdrehung werden zwei Ansaug- und Verdichtungsvorgänge ausgeführt. Außerdem lassen sie sich schon in der Grundversion einfach regeln, weil sie durch Ventilabschaltung mit Halblast (50 % der Volllast) betrieben werden können und auch dann einen sehr hohen Wirkungsgrad erreichen. Der ruhige Lauf und optionale Schwingungsdämpfer erlauben den Verzicht auf ein Fundament, und die exakte Führung von Kolben und Kolbenstange nach dem Kreuzkopf-Prinzip schafft die Voraussetzung für eine extrem lange Lebensdauer des Kompressors.

Energieeffizienter, frequenzgeregelter Antrieb mit SPS

Gropper entschied sich für eine nochmals effizientere Variante der W-Serie mit frequenzgeregeltem Antrieb. Dadurch hat der Kolbenkompressor einen sehr großen Regelbereich von 530 bis 1800 m³/h (30 bis 100 %), sodass auch geringere Mengen bzw. leichtere PET-Flaschen (das Werk füllt hauptsächlich 0,9- bis 1,35-Liter-Gebinde, aber auch 0,33-Liter-Flaschen ab) gleichermaßen wirtschaftlich hergestellt werden können. Zugleich entstehen nahezu keine Leerlaufverluste, da der Druck über ein sehr schmales Druckband konstant gehalten werden kann.

Die Regelung erfolgt über eine von Gardner Denver programmierte Siemens S7-SPS, die den Kompressor bedarfsgerecht (mit dem Netzdruck als Führungsgröße) steuert. Zudem kann der Druck gezielt auf unter 30 bar abgesenkt werden, wenn leichtere Flaschen produziert werden. Auch das trägt zum wirtschaftlichen, bedarfsgerechten Betrieb der Drucklufterzeugung bei.

Mit der Auslegung sowohl des Kompressors als auch der Steuerung wurden die Druckluft-Experten von Gardner Denver beauftragt. Sie erledigten diese Aufgabe gemeinsam mit Claus Meyer, Projektierung Elektrotechnik von Gropper. Sie projektierten auch die Bedieneroberfläche, die dem Anwender die jeweiligen Betriebszustände der Anlage – zu der auch ein energiesparender Kältetrockner mit Scroll-Kompressor aus dem Gardner Denver-Programm gehört – anzeigt.


Pet Gropper
Daumengroße Vorformlinge werden mit einem Druck von bis zu 40 bar „aufgeblasen“.
Pet Gropper Flaschen in der Fabrik
Abfüllanlage für Direktsäfte im neuen Werk der Gropper-Unternehmensgruppe in Stockach

Schlüsselfertige Anlagen mit hoch effizienter Kühlung

Das Kühlwasser für den Belliss & Morcom-Kompressor wird von einer Anlage zur Verfügung gestellt, die ebenfalls von Gardner Denver ausgelegt wurde. Auf einem Skid ist eine redundante Anordnung von zwei Energiesparpumpen mit nur 5,5 kW Antriebsleistung (bei einer Kühlleistung von 300 kW) installiert. Für die Kühlung sorgt ein energiesparender Dachkühler mit drehzahlgeregelten, über moderne EC-Motoren angetriebenen Lüftern, die über die Vorlauftemperatur geregelt werden und ihre Leistung somit an die Außentemperatur anpassen. Eine automatische Sommer-/Winter-Regelung stimmt die Vorlauftemperatur auf die aktuellen klimatischen Bedingungen ab.


Wärmerückgewinnung: Optimale Integration in den Prozess

Ganz entscheidend für die Wirtschaftlichkeit der Drucklufterzeugung ist die optimale Integration des Kompressors in die temperaturgeführten Prozesse. Dafür bot die Anlage in Stockach beste Voraussetzungen, weil das ganze Werk neu geplant und gebaut wurde. Berthold Burgmeier: „Bei der Verdichtung der Luft entsteht Abwärme, die wir für andere Prozesse nutzen.“ Gardner Denver lieferte daher mit der Kolbenmaschine einen Wärmetauscher, dessen Durchflussmenge über ein Regelventil so angepasst wird, dass die Austrittstemperatur so hoch wie möglich – das heißt, bei rund 50 °C – gehalten wird.

Die Kernkomponente für die Wärmerückgewinnung ist ein Wasserspeicher mit einem Fassungsvermögen von 10 m³, der sowohl als Warmwasserquelle oder – über Wärmetauscher – als Energiespeicher genutzt werden kann. Sowohl der Kühlkreislauf als auch die Wärmerückgewinnung werden ebenfalls über die zentrale SPS der Druckluftstation gesteuert.

Hohe Verfügbarkeit

Die Belliss & Morcom-Maschine ist über einen Druckminderer mit dem allgemeinen 7-bar-Werksluftnetz im Werk Stockach verbunden, um im Notfall auch in dieses Netz speisen zu können. Auch das 40-bar-Netz ist wiederum redundant ausgelegt: In Kürze wird Gardner Denver im Werk Stockach zusammen mit der zweiten Abfülllinie einen zweiten Kolbenkompressor gleichen Typs installieren, der als Backup-System die Druckluftversorgung der PET-Flaschenproduktion sicherstellt und im wahrsten Sinne des Wortes auch noch genügend Luft für künftige Erweiterungen lässt.


Pet Gropper Drei Mitarbeiter
Robert Kupka und Dirk Tenbrink, Key Account, Gardner Denver, sowie Berthold Burgmeier, Leiter Technik,
Gropper, vor dem neuen Belliss & Morcom Kolbenkompressor WH 29 H3N in Stockach
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