Möglichkeiten zum Erhöhen der Energieeffizienz von Schleuderrad-Strahlanlagen

Das mechanische Oberflächenstrahlen ist energieintensiv. Für den Hersteller von Schleuderrad-Strahlanlagen Agtos, Emsdetten, ist das Anlass genug, um sich mit dem Thema Energieeffizienz speziell in der Strahltechnik zu beschäftigen. Die Ergebnisse wurden auf der diesjährigen Hannover-Messe präsentiert: anhand von Schleuderrad-Strahlanlagen, für die Maßnahmen entwickelt wurden, die sich positiv auf den Stromverbrauch auswirken. Gemäß dem ökonomischen Prinzip sind Vorgänge auf Dauer nur dann nachhaltig erfolgreich, wenn jeder unnötige Verbrauch vermieden wird.

Energieeffizienz drückt aus, dass ein gewünschter Nutzen mit möglichst wenig Energieeinsatz erreicht wird. Viele Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz sind konstruktiver Art, weitere betreffen den Einsatz spezieller Antriebe. Schon bei der Konstruktion der Schleuderrad-Strahlanlagen wird daher bei Agtos darauf geachtet, die Antriebe aller Schleuderrad-Aggregate richtig zu dimensionieren (Bild 1).

Betrieb der Schleuderrad-Strahlanlage auch bei Überlast gewährleistet

Reserven werden einkalkuliert. Damit ist der Betrieb der Schleuderrad-Strahlanlage auch bei Überlast bestens gewährleistet. Soweit möglich sollten die Antriebe von Strahlanlagen entsprechend den besseren Effizienzklassen ausgelegt werden. Eine Ausnahme bilden Turbinenmotoren. Aufgrund der Abdichtung und Lagerung lässt sich nur die Effizienzklasse „EFF 3“ erreichen. Anders ist das bei Baugruppen wie Filter, Becherwerk, Schnecken, Vibrationsrinnen und Trommeln. Bei Motoren für diese Anlagenkomponenten ist eine bessere Effizienzklasse möglich.

Eine spezielle, auf Agtos-Strahlanlagen bezogene Maßnahme zur Reduzierung der Stromaufnahme bieten Stellantriebe für Muschelschieber. Sie ermöglichen die automatische Regulierung des Strahlmitteldurchflusses durch die Turbinen. Je weniger Strahlmittel erforderlich ist, um die gewünschte Leistung zu bringen, desto weniger Leistung werden die Antriebsmotoren der Turbinen aufnehmen (Bild 2). Hinzu kommt ein Einsparungspotenzial beim Strahlmittel, denn auch dieses verschleißt langsamer. Der Ersatzbedarf wird verzögert.

Robuster Aggregataufbau der Schleuderrad-Strahlanlagen mit weniger Verschleißteilen

Kernstück einer jeden Schleuderrad-Strahlanlage sind die Turbinen – die Schleuderrad-Aggregate. Sie gibt es in sehr unterschiedlichen Ausführungen. Die Unterschiede liegen in der Konstruktion, sowohl im Aufbau der Aggregate als auch bei den technischen Merkmalen und den Werkstoffen der Verschleißteile. So legt Agtos großen Wert auf einen robusten Aggregataufbau – mit weniger Verschleißteilen als bei konventionellen Turbinen.

Diese Robustheit zahlt sich insbesondere bei hohem Strahlmitteldurchsatz aus: in kürzeren Stillständen im Vergleich zu anderen, ähnlich leistungsfähigen Turbinen. Bei Schleuderrad-Strahlanlagen-Hersteller Agtos haben die Schleuderräder sechs Wurfschaufeln, die einseitig in einer Scheibe gehalten werden (Bild 3). Dadurch reduziert sich der Verschleiß auf die Scheibe.

Ein weiterer zeitlicher Einspareffekt liegt in der Schaufelmontage, für die ein normales Werkzeug ausreichend ist. Die Wurfschaufeln werden einfach gesteckt. Im Vergleich zu anderen Turbinen am Markt befinden sich nur sechs statt acht oder mehr Wurfschaufeln im Schleuderrad. Auch die bei Doppelscheibenrädern erforderlichen Distanzbolzen entfallen. Allein die reduzierte Anzahl von Verscheißteilen spart Ersatzteilkosten ein. Zusätzlich stören weniger Teile den Strahlmittelfluss. So kommt es im Strahlmittelstrom zu weniger Verwirbelungen. Das Strahlergebnis ist bei gleicher Stromaufnahme besser.

Optimierte Strahlleistung bei geringer Energieaufnahme

Die Ausstattung der Turbinen der Schleuderrad-Strahlanlagen mit Frequenzumformern ermöglicht eine Drehzahlregelung. Das bietet mehrere Vorteile. So kann für eine bestimmte Werkstückgruppe ein spezielles Ablaufprogramm gestartet werden, um eine zuvor definierte Oberflächenqualität zu erreichen. Die Reproduzierbarkeit der Oberflächenqualität ist dabei für viele Kunden wichtig. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der Tatsache, dass sich bei identischem Strahlmittel verschiedene Oberflächen und Werkstückgeometrien unterschiedlich bearbeiten lassen.

Wenn es der Anwendungsfall erfordert, werden Agtos-Turbinen mit Strahlmittel bis 3 mm Körnung betrieben. Das ermöglicht, dass bei großdimensionierten Anlagen teilweise große Abstände zwischen Aggregat und Werkstücken realisiert werden können. Hinsichtlich der Energieeffizienz bieten Frequenzumformer den Vorteil, dass die optimale Leistung der Turbinen bei geringster Energieaufnahme erprobt werden kann.

Ohne Werkstückzuführung geht die Schleuderrad-Strahlanlage schlafen

Eine weitere Maßnahme zur Reduzierung der Energieaufnahme von Schleuderrad-Strahlanlagen besteht darin, die Strahlanlage in einen Ruhezustand zu versetzen, falls ihr für eine bestimmte Zeit keine Werkstücke zugeführt werden. Diese Maßnahme kann sich bei kurzen Pausen auf wenige Motoren – zum Beispiel Turbinen – beziehen. Sind die Pausen länger, bietet sich das Abschalten sämtlicher Motoren an.

Das wird schon praktiziert, zum Beispiel bei Rollbahn- und Hängebahn-Strahlanlagen, bei denen Lichtschranken, Schaltschwellen oder andere optische Erkennungseinrichtungen ein entsprechendes Signal an die Anlagensteuerung senden. Bei Muldenband- und Raupenband-Strahlanlagen wird stets die Stromzufuhr zu den Turbinen gestoppt, wenn die Türen nach oben aufgehen – nachdem das Strahlmittel vom Becherwerk in den Strahlmittelbunker gebracht wurde.

Auch bei der Reinigung der Filterpatronen gibt es Einsparpotenziale (Bild 4). Um sie zu erschließen, setzt Agtos in Filteranlagen auf eine differenzdruckabhängige Abreinigung. Je größer der Differenzdruck, desto kürzer ist die Pausenzeit. Das hat den Vorteil, dass Energie eingespart wird, wenn die Filterpatronen noch relativ neu sind. Zusätzlich wird das Filtermedium geschont. Weit verbreitet ist die Abreinigung der Filterpatronen durch regelmäßige Druckluftimpulse, die das Filtermedium beschädigen können. Die Ursache dafür liegt in der erhöhten mechanischen Belastung des Filtermediums und mitgerissenem Staub.

Wiederverwendbare Materialen redzieren Werkstoffeinsatz

Zusätzliche Einspareffekte resultieren bei Agtos aus weiteren konstruktiven Besonderheiten. Sie umfassen zum Beispiel Filterpatronen, deren Stützkorb wiederverwendet wird. Dadurch wird Material eingespart. Außerdem hat dies auf die Ersatzteilkosten einen dämpfenden Effekt. Gleiches gilt auch für einige Turbinenteile. So bestehen die Leithülsen aus mehreren Teilen, damit nur die wirklich verschlissenen Teile getauscht werden müssen. Viele Einspareffekte lassen sich häufig erst in enger Zusammenarbeit mit den Kunden erschließen.

Antonius Heitmann ist Geschäftsführer der Agtos GmbH in Emsdetten, Ulf Kapitza ist Leiter Marketing + Service im selben Unternehmen.