Sensibles Gesamtsystem

Jeder Betriebsinhaber muss sich im Prinzip täglich aufs Neue mit der Optimierung von Produktqualität, Arbeitsklima und Umweltschutz auseinander setzen. Die entscheidende Frage, die in diesem Zusammenhang gestellt wird: „Welcher Aufwand ist erforderlich, um in bestimmten Einzelbereichen gute Ergebnisse zu erzielen?“

Unbedingt zu beachten ist, dass die Einzelfaktoren Lackierplatz, Lackieranlage und Lackierergebnis in direktem Zusammenhang miteinander stehen und nicht losgelöst voneinander betrachtet werden können: Veränderungen in einem Teilbereich beeinflussen unmittelbar auch die jeweils anderen. Solche Abhängigkeiten müssen stets beachtet werden.

Wie in so vielen anderen Betrachtungen kommen wir bei der Energiebetrachtung auch nur spürbar weiter, wenn wir den Ansatz im Gesamten durchführen und auch Zusammenhänge zu anderen Bereichen betrachten.

Nachfolgend wird ein typischer Handlackierplatz näher betrachtet. Ausgehend von einem definiertem Ist-Zustand werden Optimierungsmaßnahmen aufgezeigt, die zu merklichen Energieeinsparungen führen. Für alle Betrachtungen gelten folgende Voraussetzungen:

• Handlackierplatz in einem separaten Lackierraum

• dem Raum werden 14 500 (Stufe 1) bzw. 7250 (Stufe 2) m³/h Luft zugeführt (Zuluft) und 14 000/7000 m³/h abgeführt (Abluft). Die Abluft wird über eine Unterflurabsaugung realisiert

• einschichtiger Geschäftsbetrieb mit rund 1800 Arbeitsstunden/ Jahr

• Durchschnittliche Laufzeit von 1500 Arbeitsstunden/Jahr

• Errechnung der Heizleistung anhand praktischer Nutzungszeiten: 500 Arbeitsstunden/Jahr liegt die Außentemperatur über 16°C und es muss aus diesem Grund nicht zugeheizt werden. Für 1000 Stunden muss bei einer durchschnittlichen Außentemperatur von 8° C auf rund 20° C aufgeheizt werden. Dafür sind Heizleistungen von 29 kW in Stufe 1 (7250 m³/h) sowie von 58 kW in Stufe 2 (14 500m³/h) erforderlich.

In einer typischen RLT-Anlage (RaumLuftTechnische Anlage) eines Lackierraumes wird gefilterte und erwärmte Frischluft über dem Lackierplatz zugeführt. Eine Unterflurabsaugung übernimmt die Filtration des nicht verwerteten Lacknebels (Overspray) aus dem Luftstrom, bevor die gefilterte Luft dann samt darin enthaltener Wärme das Gebäude wieder verlässt.

Solch eine Anlage besteht häufig aus einem separaten Zuluftgerät mit Wärmetauscher und einem Abluftgerät, wobei beide Geräte schalttechnisch gekoppelt und zweistufig ausgelegt sind.

In Summe, davon gehen wir in diesem Beispiel aus, haben beide Motoren zum Antrieb der Ventilatoren einen gesamten Anschlusswert von 15 kW. Eine solche Anlage verfügt beispielsweise über folgende Leistungsmerkmale:

• Lackieren: Stufe 1 und Stufe 2 im Frischluftbetrieb

• Trocknen: Stufe 1 im Frischluftbetrieb.

Für die insgesamt 1500 Arbeitsstunden legen wir folgende kritische Nutzung zugrunde:

• Effektives, aktives Lackieren in Stufe 1: 100 Std.; in Stufe 2: 400 Std.

• Anlage läuft auf Lackieren, wird aber nicht zum Lackieren genutzt: Rüst- und sonstige Nebenzeiten in Stufe 1: 360 Std., Stufe 2: 220 Std.; Trocknen: 420 Std. (Stufe 1).

Aus diesen Werten lassen sich jetzt, bei bekannten Heiz- und Stromkosten, ziemlich genau die laufenden Betriebskosten für die unterschiedlichen Nutzungsarten ermitteln.

Kritisch und verbesserungswürdig bei dieser Anlagenkonstellation ist, dass ausschließlich Frischluftbetrieb möglich ist. Zudem verfügen die etwas betagten Ventilatoren über keine optimalen Wirkungsgrade und der Anteil „Aktives Lackieren in Stufe 2“ ist sehr hoch. Daraus und nach gründlicher technischer Prüfung ergeben sich diverse Verbesserungsansätze.

Der gesamte Anschlusswert für die Ventilatoren kann durch deren Austausch von 15 kW auf 13 kW reduziert werden. Hinzu kommen die Erweiterung der Anlage um eine Umluftfunktion sowie eine Stufenautomatik für aktives Lackieren.

Das auf diese Weise verbesserte Anlagenkonzept bietet folgende Optionen:

• Lackieren: Stufe 1 und 2 im Frischluftbetrieb

• Trocknen: Stufe 1 im Umluftbetrieb (80 % Umluft/20 % Frischluft, einstellbar)

• Raumheizen in Stufe 1 mit 100% Umluft

• Luftwäsche in Stufe 1 (100% Frischluft).

Für die gesamten 1500 Arbeitsstunden ergibt sich nun folgende kritische Nutzung:

• Effektives, aktives Lackieren in Stufe 1: 200 Std., in Stufe 2: 300 Std.

• Anlage läuft auf Lackieren, wird aber nicht zum Lackieren genutzt: Rüst- und sonstige Nebenzeiten in Stufe 1: 460 Std.; in Stufe 2: 220 Std.; Trocknen in Stufe 1: 280 Std.; Luftwäsche in Stufe 1: 20 Std.; Raumheizen in Stufe 1: 20 Std.

Trotz offensichtlicher Verbesserungen entspricht auch diese Konstellation noch nicht dem realisierbaren Optimum. So ist der Anteil des Frischluftbetriebes immer noch zu hoch. Außerdem erfolgt keine Wärmerückgewinnung und die Gesamtlaufzeit der Anlage beim bestehenden Anteil Lackieren ist noch zu hoch.

Entsprechend ergeben sich nach technischer Prüfung noch weitere Verbesserungsansätze. So beispielsweise eine elektronische Raumüberwachung für die automatische Umschaltung von Frisch- bzw. Umluftbetrieb. Hinzu kommt der Einbau einer Wärmerückgewinnung (WRG) sowie eine Nutzungsartenerfassung zur Zeitenreduzierung.

Um diese letzte Optimierungsstufe erfolgreich einzuführen, ist neben weiteren technischen Änderungen vor allem auch Disziplin erforderlich, denn es geht im Wesentlichen auch um konsequente Verschiebungen bzw. Reduzierungen verschiedener Nutzungsarten.

Durch Einsatz einer Wärmerückgewinnung (KVS-System) kann die erforderliche Heizleistung um 40% reduziert werden. Zu prüfen ist im jeweiligen Einzelfall allerdings, ob die Ventilatorenleistung (wegen Erhöhung der Gerätewiderstände) noch ausreichend ist. Keineswegs kann man pauschal sagen, dass jede bestehende Anlage mit einer WRG nachgerüstet werden kann.

Nutzungsstunden können reduziert sowie auch innerhalb der Nutzungsarten verschoben werden: Effektives, aktives Lackieren in Stufe 1 mit Wärmerückgewinnung schlägt dann mit rund 300 Std. zu Buche, in Stufe 2 mit Wärmerückgewinnung entsprechend mit 200 Std.

Diese Verbesserungen sind möglich, da in der Regel mehr Kleinteile als große, flächige Teile lackiert werden und dies durchaus auch in Stufe 1 möglich ist.

Ebenso optimieren lassen sich die Zeitanteile, in denen die Anlage auf „Lackieren“ läuft, aber nicht dazu genutzt wird. Trocknen und Rüstzeiten in Stufe 1 (mit Wärmerückgewinnung) betragen 220 Std., in Stufe 2 (mit Wärmerückgewinnung) nur noch 70 Std.

Außerdem entfallen auf Trocknen in Stufe 1 mit anteiliger Wärmerückgewinnung 370 Std., auf Luftwäsche in Stufe 1 (ebenfalls anteilige Wärmerückgewinnung) 20 Std. sowie auf Raumheizen in Stufe 1 20 Std.

Es zeigt sich also, dass bei Handarbeitsplätzen in Lackierbereichen oft noch erhebliches Energieeinsparpotenzial vorhanden ist. Dieses auszuschöpfen sollte eigentlich im ureigensten Interesse eines jeden Anwenders liegen.

Mit Lackieranlagen, die wie beschrieben optimiert sind, lässt sich aber nicht nur Energie einsparen: Auch die Qualität des Arbeitsergebnisses – hier im Regelfall die fertige Oberfläche – und der Arbeitsplätze selbst lassen sich dadurch deutlich verbessern. Arbeits- und Umweltschutz werden also sozusagen „nebenbei“ mit optimiert.

Es gibt über die hier aufgezeigten Faktoren hinaus natürlich noch zahlreiche weitere Ansätze für die Optimierung des Fertigungsbereichs Lackierraum: Unterschiedliche Filtrationstechniken und Anlagenkonzepte, Lärmschutz, Lacksorteneinsatz oder die neue VOC-Richtlinie, um nur einige zu nennen. Als Anwender ist man gut beraten, hier gemeinsam mit erfahrenen Spezialisten das jeweils betriebsspezifische Optimum zu suchen. Natürlich muss dieses letztendlich auch betriebswirtschaftlich vertretbar sein.

Aber eines sollte jedem Anlagenbetreiber klar sein: Jede Menge und vor allem in Eigenleistung zu erbringendes Einsparpotenzial liegt bereits im sorgfältigen Umgang sowie in der regelmäßigen Pflege und Wartung der Lackieranlage!

Wolfgang Lieb,

Projekt- und Marketingleiter der GET Ulrich Guhl,

Bereich Air- & Automationstechnik, 72108 Rottenburg am Neckar