Student der Hochschule OWL entwickelt Messtechnik zur Effizienzsteigerung von Schraubenverdichtern

Schraubenverdichter sind Kompressoren zur Erzeugung von Druckluft, die dann wiederum in der Industrie zu vielen Zwecken genutzt wird. Eingesetzt werden Schraubenverdichter überall dort, wo größere Luftmengen benötigt werden, also in Produktionsstätten aller Art, beispielsweise in Abfüllbetrieben zum Sauberblasen der Flaschen.

Schätzungen gehen davon aus, dass etwa 10 Prozent des elektrischen Energieverbrauchs von Betrieben zur Drucklufterzeugung eingesetzt werden. Eine Optimierung an dieser Stelle ist damit auf jeden Fall lohnenswert.

Kernelemente eines Schraubenverdichters, der nach dem Verdrängungsprinzip arbeitet, sind zwei schraubenförmige Rotoren, die sich im Betrieb drehen und dabei durch ihre Schraubenform ineinander greifen. Zwischen ihnen und den Rotoren bilden sich Kammern, die sich bei der Drehung von der Saug- zur Druckseite der Maschine bewegen. Durch diese Drehbewegung wird die einströmende kalte Luft zunehmend verdichtet und es entsteht Druckluft.

Bei diesem Prozess entweicht aber aufgrund des Abstandes zwischen Gehäuse und Rotor immer ein wenig Luft, die nicht zu Druckluft komprimiert wird. So kann nicht das volle Potential eines Schraubenverdichters genutzt werden und es geht wertvolle Energie verloren. Außerdem erhitzt sich die im Inneren befindliche Luft und erwärmt die Rotoren sowie das Gehäuse.

Die schraubenförmigen Rotoren dehnen sich aus. Um ein Schleifen zu vermeiden, muss der Abstand zwischen Gehäuse und Schrauben so groß sein, das selbst nach der Ausdehnung genug Platz zum Drehen der Rotoren bleibt. Auch hier geht erneut Energie verloren, denn bisher konnte dieser Abstand nicht optimal eingestellt werden.

Patrick Hadamitzky hat in seiner Bachelorarbeit ein seit der Entwicklung dieser Maschinen vor 70 Jahren bestehendes Problem gelöst: Wie kann der Abstand zwischen den schraubenförmigen Rotoren und dem Gehäuse möglichst exakt berechnet werden, um die Energieeffizienz des Verdichters zu steigern? „Patrick Hadamitzky wollte sich in seiner Bachelorarbeit einem schwierigen Thema widmen.

Es war nicht klar, ob am Ende eine verwertbare Lösung dabei herauskommt“, erzählte Professor Joachim Dohmann, der die Bachelorarbeit betreute. Hadamitzky entwarf innerhalb von nur 16 Wochen eine kostengünstige Art, die Temperaturen im Inneren des Rotors bzw. der Maschine während des Betriebes bei voller Drehzahl und des Ruhezustands zu messen. Mit Hilfe von im Inneren angebrachten Temperatursensoren, Messverstärkern sowie einem Mikrokontroller und einem WLAN-Modul konnte ein möglichst vollständiges Temperaturbild aufgezeigt werden.

Durch die gewonnenen Daten konnte daraufhin die Ausdehnung der Schrauben exakt berechnet und der Optimalpunkt ermittelt werden, der schlussendlich dafür sorgte, dass der Abstand zwischen Gehäuse und Schrauben um einige Mikrometer verringert werden kann.

„Das klingt nicht viel, bezüglich der Energieersparnis bringen aber genau diese Mikrometer den entscheidenden Vorteil“, so Professor Dohmann. „Ich bin glücklich, dass mir das gelungen ist und dass ich die ganze Zeit an meinem Weg festgehalten habe“, so Patrick Hadamitzky. Zukünftig sollen weitere Forschungen an dem Thema anknüpfen. Eine weitere Bachelorarbeit dazu ist schon in Planung.

Patrick Hadamitzky studierte im Bachelorstudiengang Maschinentechnik am Fachbereich Maschinentechnik und Mechatronik. Durch Professor Dohmann wurde in Patrick Hadamitzky das Interesse an Thermodynamik geweckt. Deswegen wandte er sich an die Bielefelder Firma Boge Kompressoren, einem der führenden Hersteller von Kompressoren und Druckluftanlagen. Dr. Ulrich Dämgen von der Firma Boge und Professor Dohmann von der Hochschule OWL fungierten zusammen als Betreuer der Bachelorarbeit.

Forschungsschwerpunkt Intelligente Energiesysteme – IES
Die Arbeit leistet einen wertvollen Beitrag zu dem vom Land NRW geförderten Forschungsschwerpunkt „Intelligente Energiesysteme – IES“ der Hochschule OWL. Dieser widmet sich der nachhaltigen Energieversorgung durch ganzheitliche Betrachtung, ausgehend von den regenerativen Energien über die effiziente Speicherung, Wandlung und Nutzung bis hin zum Energiemanagement. Der Forschungsschwerpunkt erarbeitet fächerübergreifend Lösungen für die sichere, saubere und effiziente Energieversorgung der Zukunft.