Druckluft: Optimierung vom Verbraucher bis zum Kompressor

Druckluft ist ein vielseitig verwendbarer Betriebsstoff, der in den meisten produzierenden Unternehmen mit großer Selbstverständlichkeit eingesetzt wird. 

Die Vorteile von Druckluftanwendungen liegen in der Gefahrlosigkeit dieses Energieträgers, der Schnelligkeit und Präzision von Druckluftantrieben und der hohen Kraft bei gleichzeitig geringem Gewicht von Druckluftwerkzeugen. 

Als Nachteile stehen dem deutlich höhere Energiekosten und eine aufwendigere und weniger flexible Energieverteilung als bei elektrischen Anwendungen gegenüber.

Zur Erschließung von Optimierungsmöglichkeiten ist es sinnvoll, sich die Eigenschaften von Druckluft und die Vorgänge in Druckluftsystemen etwas genauer anzuschauen. 

Wichtig ist dabei das Wissen, dass die beschriebenen Zusammenhänge keine voneinander getrennten Sachverhalte darstellen, sondern sich gegenseitig bedingen. Eine Optimierung kann nur unter Beachtung der Erkenntnisse aus allen Disziplinen erreicht werden.

Obwohl der Rohstoff Luft den Unternehmen unbegrenzt und kostenlos zur Verfügung steht, schlägt das Medium Druckluft mit Kosten von etwa 1,5 bis 3 Cent pro Kubikmeter zu Buche. Die vielfältigen Vorteile, die Druckluftantriebe und –werkzeuge bieten, wiegen diese relativ hohen Kosten auf. Trotzdem lohnt es sich, die Prozesskette zwischen Ansaugtrichter und Werkzeug, welche diese Kosten verursacht, anzuschauen und nach Optimierungsmöglichkeiten zu suchen.

An vielen industriellen und gewerblichen Arbeitsplätzen wird Druckluft als Antrieb für Handwerkzeuge genutzt. Druckluft ist als Energieträger teurer als elektrische Energie. Trotzdem bringt der Einsatz von Druckluft an vielen Stellen Kostenvorteile. Dies ist z.B. in explosionsgeschützten Bereichen der Fall, wo elektrische Antriebe gar nicht oder nur mit hohem Sicherungsaufwand einsetzbar wären. 

Ein weiterer Vorteil ist der einfache und robuste Aufbau der Druckluftantriebe, der neben geringeren Anschaffungskosten im Vergleich zu gleichwertigen Elektrowerkzeugen auch geringere Instandhaltungskosten bewirkt. Der wesentliche Vorteil von Druckluftantrieben in Handwerkzeugen ist aber, dass sich damit eine hohe Energiedichte bei geringem Werkzeuggewicht realisieren lässt. Dies führt zu einer deutlich höheren Produktivität als dies mit elektrischen Werkzeugen möglich wäre.

Regel- und Steuervorrichtungen in einer Druckluftanlage sorgen dafür, dass die Druckluft immer in ausreichender Menge und Qualität und auf dem richtigen Druckniveau zur Verfügung steht. Übergeordnete Steuerungen können darüber hinaus den Prozess noch so optimieren, dass dabei möglichst geringe Kosten entstehen.

Die Aufbereitung der komprimierten Luft dient der Sicherung der Produktqualität, der Schonung von Werkzeugen und Anlagen sowie der Gewährleistung von Umwelt- und Arbeitsplatzsicherheit.
Luft kann eine Vielzahl von Stoffen enthalten, die ab einer gewissen Konzentration Schäden verursachen können. Typische „Schadstoffe“ in diesem Sinne sind: 

Um Druckluft im Betrieb in der erforderlichen Qualität bereitzustellen, muss in den verschiedenen Stationen von der Verdichtung eine erhebliche Menge Energie aufgewendet werden, fast ausschließlich in Form von Strom. Bei Anlagen mit wenigen Betriebsstunden machen die Stromkosten nur etwa 20 Prozent der Betriebskosten aus. Bei Anlagen, die rund um die Uhr laufen, können es bis zu 80 Prozent sein. 

Die vielen Kilowattstunden elektrischer Energie, die der Verdichter aufnimmt, entsprechen bei weitem nicht der Arbeitsleistung der Luft, die am Ende vom Kompressor geliefert wird. Der theoretische Wirkungsgrad eines Verdichters kann zwar bei bis zu 50 Prozent liegen. 

Über das ganze System von der Erzeugung bis zum Werkzeug wird aber meistens nur ein Gesamtwirkungsgrad von etwa fünf Prozent erreicht. Die restlichen 95% müssen jedoch nicht verloren sein: oft ist ein großer Teil der ursprünglich aufgewendeten Energie in Form von Wärme im Betrieb nutzbar.

Diverse Studien und Energieaudits kommen immer wieder zu dem gleichen Ergebnis: Die Optimierungspotenziale in alten Druckluftsystemen sind erheblich. Dies hat vielschichtige Gründe. Zum einen hat sich der technische Standard der verfügbaren Ausrüstung in diesem Bereich über die Jahre stark verbessert, zum anderen sind die meisten Anlagen durch jahrelangen „Wildwuchs“ weit vom Auslegungsoptimum entfernt.
Das Kernproblem ist jedoch oft die mangelnde Kostentransparenz.

Wenn die tatsächlichen Gesamtkosten der Druckluftnutzung weder den Endanwendern an den Arbeitsplätzen bekannt sind, noch im betrieblichen Controlling richtig abgebildet werden, ist der Anreiz für Optimierungsmaßnahmen gering. Daher sind organisatorische Maßnahmen, die dafür sorgen dass ein Kostenbewusstsein geschaffen wird und ein kontinuierliches Druckluft-Management stattfindet, mindestens ebenso wichtig wie Maßnahmen an den Anlagen selbst. Ohne diese Voraussetzung hätte eine technische Optimierung einen deutlich geringeren und möglicherweise nur kurzzeitigen Effekt.