Druckluft ist in der Industrie ein wichtiges, aber energieintensives Betriebsmittel. Fehlende Transparenz über den tatsächlichen Bedarf, unnötig lange Kompressorlaufzeiten, zu hohe Betriebsdrücke und unentdeckte Leckagen treiben den Energieverbrauch in die Höhe. Eine autonome IoT-Messlösung der achtBytes GmbH erfasst kontinuierlich den Luftdruck im System und überträgt die Daten per Mobilfunk zur Auswertung.
Langzeitmessungen machen reale Produktionszeiten, Fehlkonfigurationen und Druckverluste sichtbar. Dadurch lassen sich Start- und Abschaltzeiten präziser bestimmen, die Druckluft-Energieeffizienz besser bewerten und Leckagen früher erkennen. Bereits wenige Messpunkte liefern konkrete Ansatzpunkte für einen energieeffizienten Betrieb, ohne dass eine aufwendige Integration in die vorhandene IT-Infrastruktur erforderlich ist.
Die Herausforderung: Fehlende Transparenz erhöht den Energieverbrauch
Druckluftsysteme bieten meist keine genauen Informationen, wann und in welchem Umfang die Fertigung tatsächlich Druckluft benötigt und wie viel Druck verfügbar ist. Daraus entstehen unnötige Laufzeiten der Kompressoren und ein Energieverlust. Verschärft wird dieses Problem durch Leckagen, die im Produktionsalltag nicht immer auffallen. Experten der RWTH Aachen schätzen, dass zwischen 20 und 40 Prozent der nutzbaren Druckluft durch Leckagen verloren gehen. In schlecht gewarteten Systemen sollen es bis zu 60 Prozent sein. Das Beheben von Leckagen ist also eine wirkungsvolle Verbesserung der Energieeffizienz bei Druckluft.
Vorlaufzeiten und Sicherheitsreserven kosten Energie
Eine weitere Schwierigkeit ist die Startzeit der Kompressoren. Viele Unternehmen schalten diese deutlich vor Produktionsbeginn ein, so dass der erforderliche Druck rechtzeitig aufgebaut wird. Ein vergleichbares Problem entsteht am Ende eines Produktionstages. Wenn der tatsächliche Druckluftbedarf endet, der Kompressor jedoch weiterläuft, verbraucht das System weiterhin Energie und erzeugt damit zusätzliche Kosten.
Auch der dauerhafte Betriebsdruck kann Energie verschwenden, wenn ein höherer Druck als notwendig eingestellt ist. Die Unternehmen können ihn jedoch nicht beliebig reduzieren, da bestimmte Maschinen einen Mindestdruck benötigen. Wird dieser Wert unterschritten, zeigt die Anlage eine Störung an. Das kann die Produktion beeinträchtigen. Deshalb wählen Verantwortliche meist einen hohen Betriebsdruck mit Sicherheitsreserve.
Einzelmessungen erschweren die Steuerung
Die Einschätzung des tatsächlichen Druckluftbedarfs anhand von sporadischen Einzelwerten ist zudem nicht sehr präzise. So kann ein kurzfristiger Druckabfall durch ein geöffnetes Ventil oder einen zusätzlichen Verbraucher entstehen. Er bedeutet nicht, dass der Betriebsdruck dauerhaft zu niedrig ist. Ohne kontinuierliche Messwerte ist diese Unterscheidung jedoch schwer zu treffen, weshalb der Betriebsdruck in der Praxis vorsorglich und dauerhaft zu hoch eingestellt wird.
Druckluftsysteme sollten permanent überwacht und regelmäßig überprüft werden, um unnötige Energiekosten zu vermeiden. Das ist jedoch ein erheblicher manueller Aufwand, für den zusätzliche Mitarbeiter notwendig sind. Eine Alternative ist die Überwachung mit IoT-Technologien, die eine weitgehende Automatisierung der Datenerfassung und -auswertung ermöglichen.
Herausforderungen im Überblick
- •Fehlende Echtzeitdaten zu Druckluftbedarf und Druckluft-Energieeffizienz.
- •Energieverluste durch Leckagen, unnötige Laufzeiten und zu hohen Betriebsdruck.
- •Fehlkonfigurationen und dauerhaft übernommene Sonderbetriebszeiten.
- •Hoher manueller Aufwand für Kontrolle, Auswertung und Optimierung.
Die Lösung: Autonome IoT-Messung macht Druckluftbedarf sichtbar
Die LTE-basierte Industrial-IoT-Lösung der achtBytes GmbH bietet ein Messverfahren, mit dem der tatsächliche Druckluftbedarf, unnötige Kompressorlaufzeit, überhöhte Druckwerte sowie Leckagen erkennbar werden. Dadurch können Unternehmen die Druckluft-Energieeffizienz verbessern. Anders als die frühere IO-Link-Lösung kommt die neue Variante ohne zusätzlichen Master, Edge Box oder IT-Abstimmung aus. Sie ist deshalb nicht von der lokalen IT-Infrastruktur abhängig und hat keinen hohen Integrationsaufwand.
Ein IoT-Sensor erfasst den Druck kontinuierlich
Im Mittelpunkt der Lösung steht ein autonom arbeitender Sensor, der direkt in das Druckluftsystem integriert wird. Er misst kontinuierlich den Druck und überträgt die Messwerte über eine eigene Mobilfunkverbindung an die zugehörige Plattform. Deshalb muss er nicht an das vorhandene Unternehmensnetz angeschlossen werden.
Der Hardware-Aufwand bleibt gering. In einer zusammenhängenden Druckluft-Ringleitung reicht ein einzelner Sensor aus. Für getrennte Druckluftsysteme und voneinander abgegrenzte Standorte ist jeweils ein eigener Sensor nötig. Eine flächendeckende Ausstattung mit einer großen Zahl an Messpunkten ist aber nicht erforderlich.
Der Installationsaufwand beträgt wenige Minuten. Der Sensor muss lediglich an einer geeigneten Stelle in die Druckluftleitung eingebaut werden. Darüber hinaus benötigt er eine Stromversorgung und Mobilfunkempfang. Insgesamt eignet sich der Einbau der Sensoren auch als Ausbildungsprojekt, da kein tief gehendes technisches Wissen notwendig ist. So gut wie jeder Mitarbeitende kann den Sensor installieren.
LTE überträgt Messdaten unabhängig vom Firmennetz
Jeder achtBytes-Sensor ist mit einer geeigneten SIM-Karte ausgerüstet und arbeitet über eine verfügbare LTE-Mobilfunkverbindung. Unternehmen benötigen deshalb keinen gesonderten Mobilfunkvertrag und kein separates SIM-Kartenmanagement. Wegen der nahezu europaweit flächendeckenden Verbreitung und der Leistungsfähigkeit des LTE-Netzes arbeiten die Sensoren an allen typischen Standorten für Druckluftsysteme.
Die Verbindung belegt nur eine geringe Bandbreite, da der Sensor lediglich einzelne Telemetriedaten in Sekundenabständen überträgt. Ein Hinweis: In tief gelegenen Kellerräumen oder stark abgeschirmten Gebäudeteilen kann der Einsatz theoretisch erschwert sein. Das ist in der Praxis jedoch selten ein Problem.
Langzeitdaten optimieren Betriebszeit und Leckagekontrolle
Die achtBytes-Lösung zeichnet den Druckverlauf kontinuierlich auf und erzeugt daraus ein Profil. Es zeigt den minimal nötigen Betriebsdruck sowie Druckverluste an. Außerdem ermittelt die Plattform, wann die Fertigung tatsächlich Druckluft benötigt und wann kein Bedarf besteht. Damit ist es einfach, die Start- und Endzeiten des Druckluftsystems zu verbessern:
- Startzeit: Die Plattform analysiert die Hochlaufzeit der gesamten Druckluftanlage und vergleicht sie mit dem Zeitpunkt, an dem tatsächlich Druckluft benötigt wird. Aus beiden Werten ergibt sich ein sinnvoller Startzeitpunkt.
- Endzeit: Die Sensordaten zeigen, bis wann die Maschinen tatsächlich Druckluft benötigen. Dadurch lässt sich die Abschaltzeit des Kompressors präzise bestimmen.
Das System speichert alle Messwerte langfristig, sodass sich Vergleichswerte ergeben. Damit werden regelmäßige Muster erkennbar und Abweichungen fallen schneller auf. Außerdem zeigt die Lösung, wie groß die Verluste durch Leckagen sind und wie sie sich über die Zeit entwickeln. Wichtig ist dabei die tagesbasierte Hochrechnung auf die tatsächlichen Energiekosten. Das Management kann dadurch entscheiden, wann sich eine genaue Suche nach vorhandenen Lecks lohnt. Allerdings kann der Sensor nicht feststellen, wo die undichte Stelle genau ist. Er ersetzt also keine manuelle Suche nach Lecks.
Die Plattform der achtBytes-Lösung besitzt Visualisierungs- und Dashboard-Funktionen, in denen Start- und Endzeiten, Druckverläufe, Mindestwerte und die Entwicklung der Leckagen einsehbar ist. In individuellen Dashboards können beispielsweise die einzelnen Druckluft-Ringleitungen eines Unternehmens grafisch dargestellt und mit den jeweiligen Druckwerten verknüpft werden. Eine Alarmfunktion ergänzt diese Visualisierung. In die Plattform können Grenzwerte eingegeben werden, bei denen sie eine Warnung auslöst.
Das Ergebnis: Messdaten verkürzen Laufzeiten und senken Energieverluste
Die Ergebnisse der Messungen sorgen für konkrete Optimierungen, beispielsweise bei einem deutschen Unternehmen mit einem Produktionsstandort in Ungarn. Es überwacht seine Energiekosten EU-weit aus der Zentrale. Dazu gehören auch die Druckluftsysteme. Einige Beispiele zeigen, wie die achtBytes-Lösung die Energieverluste senkt.
Bei einem Druckluftsystem benötigte der Kompressor sechs Minuten und 40 Sekunden, um den erforderlichen Druck aufzubauen. Die Produktion beginnt um 6:00 Uhr, weshalb der gewohnte Start um 5:30 Uhr unnötig früh ist. Dieser konkrete Einzelfall ergibt ein Einsparpotenzial von mehr als 20 Minuten Kompressorlaufzeit.
Eine Langzeitanalyse bei einem anderen System deckte Effekte durch eine Fehlkonfiguration des Druckluftsystems auf. Ein Kompressor sollte um 5:50 Uhr starten, begann aber tatsächlich bereits um 5:20 Uhr zu arbeiten. Der Grund war eine im Gerät hinterlegte interne Vorlaufzeit von 30 Minuten. Die Langzeitdaten zeigten zudem, dass sich diese Startzeit Woche für Woche um eine weitere Minute nach vorne verschob – ein schleichender Effekt, der ohne kontinuierliche Messung unentdeckt geblieben wäre.
Die Lösung zeigt, dass bereits eine kleinere Installation der achtBytes-Lösung detaillierte Erkenntnisse über den Betrieb einer Druckluftanlage liefern kann. Schon ein einzelner Sensor kann bei einer Ringleitung die Datengrundlage für Optimierungen und Kosteneinsparungen schaffen. Die kontinuierliche Visualisierung hat zudem einen organisatorischen Nutzen. Sie macht den Energieverbrauch sichtbar und sorgt dafür, dass Beschäftigte oder Verantwortliche sich intensiver mit der Druckluftversorgung beschäftigen.
Unternehmen erreichen dadurch eine hohe Transparenz in ihrem Druckluftsystem. Langzeitdaten zeigen die Minimalwerte des produktiven Betriebs. Damit lässt sich besser beurteilen, ob ein bestehender Sollwert höher liegt als notwendig. Gleichzeitig können die Unternehmen Grenzwerte und Sicherheitspuffer berücksichtigen, ohne dass dies Auswirkungen auf die Produktion hat.
Wichtigster Vorteil ist die technische Unabhängigkeit der achtBytes-Lösung. Sie muss weder in interne IT-Systeme integriert noch lokal installiert werden. Die Nutzung kann auch standortübergreifend und europaweit erfolgen. Dadurch haben Unternehmen eine einfache Möglichkeit, die Daten von unterschiedlichen Produktionsstandorten zentral zu erfassen und in Dashboards auszuwerten. Aus diesen Daten entstehen konkrete Ansatzpunkte für Energieeinsparungen und Entscheidungen über die Instandhaltung.
Ergebnisse im Überblick
- •Transparenz über tatsächlichen Druckluftbedarf und reale Produktionszeiten.
- •Optimierte Kompressorlaufzeiten durch präzisere Start- und Abschaltpunkte.
- •Frühere Erkennung von Leckagen und optimaler Betriebsdruck.
- •Standortübergreifende Auswertung ohne Integration in lokale IT-Systeme.
