Im Bereich der Nanotechnologie zählt das Van-Leeuwenhoek-Labor (VLL) von TNO in Delft zu den größten (Reinraum-)Forschungseinrichtungen in den Niederlanden. Geforscht wird hier unter anderem in den Bereichen Optik und Messtechnik für die Luft- und Raumfahrt. Eine der Herausforderungen besteht darin, eine Umgebung zu schaffen, die dem „Weltraum“ außerhalb unserer Atmosphäre so ähnlich wie möglich ist. Das bedeutet, ein möglichst hohes Vakuum und sehr niedrige Temperaturen von bis zu -160 °C oder kälter in großen Tanks zu erzielen, in denen die Tests durchgeführt werden. Nach diesen Tests wird der Raum mit großen Mengen (5 bis 6 Kubikmeter) Druckluft wieder erhitzt.

Franco Brouwer ist Projektleiter für den Bereich Technologie CREF – Corporate Real Estate & Facilities bei TNO und in dieser Funktion unter anderem für die Instandhaltung und die Modifikation der Anlagen zuständig. Im Rahmen von CREF war Teun Brussee für den technischen Bereich bei TNO zuständig, das dieses Projekt betreute. Er erklärt: Die Druckluft, die wir zum Aufheizen und Unterdrucksetzen der Tanks verwenden, muss extrem trocken sein. Jedes Wassermolekül, das mit der Druckluft eindringt, könnte sich potenziell auf dem Messobjekt absetzen. Sind dies zu viele Moleküle, könnten sie zum einen die Messergebnisse der Prüfungen verfälschen und zum anderen die Elemente, mit denen wir testen, ernsthaft beschädigen.

Vorabprüfung

Angesichts steigender Anforderungen an die Druckluftqualität, einer zunehmenden Zahl von Prüfungsanfragen und Kundenwünschen hinsichtlich der Verfügbarkeit von Prüfeinrichtungen kam TNO zu dem Schluss, dass der richtige Zeitpunkt für eine Modernisierung des Druckluftsystems gekommen war.

In einem ersten Schritt führte Festo eine Vorabprüfung durch. Koen Leeflang ist zertifizierter Auditor und verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Überprüfung und Modernisierung kompletter Druckluftsysteme: „Wir führen regelmäßig solche Prüfungen in Unternehmen durch, um ein komplettes Druckluftsystem abzubilden.“ Dies erfolgt gemäß ISO 11011, was uns eine hervorragende Ausgangsbasis bietet, um festzustellen, wo Änderungen erforderlich sind. Für Kunden, die eine Kapazitätserweiterung wünschen, bedeutet dies nicht immer, dass ein Verdichter hinzugefügt werden muss. Manchmal liegt die Lösung in einer Neuanordnung der Rohrleitungen, in größeren Rohren oder in einer anderen intelligenten Lösung, die keine hohen Investitionen erfordert. Darüber hinaus können wir in praktisch allen Fällen Energiesparmaßnahmen vorschlagen.“

Bei TNO war die Lage etwas komplizierter. Einerseits bestand der Wunsch, die Druckluftqualität zu verbessern, andererseits war eine Kapazitätserweiterung erforderlich. Die Vorabprüfung ergab jedoch, dass keineswegs alle Nutzer Druckluft von höchster Qualität benötigen. Es wäre daher unnötig teuer, eine komplett neue Druckluftanlage zu errichten, um alle Verbraucher mit sehr trockener Druckluft zu versorgen.

Projektgruppe

Die Vorabprüfung und die Anforderungen von TNO legten eine umfassende Umgestaltung des Druckluftsystems nahe. Zu diesem Zweck wurde eine Arbeitsgruppe aus Vertretern von TNO, Festo und Royal HaskoningDHV zusammengestellt. Letzteres wurde von Annelies Hemmer vertreten, der Projektleiterin für den Bau bzw. Umbau der TNO-Laboratorien in Delft. „Bei solchen Projekten gehören die Erstellung des Projektplans und des dazugehörigen Budgets sowie die Prüfung der Machbarkeit zu meinen Aufgaben. „Die Zusammenarbeit mit Festo und TNO war dabei von großem Nutzen.“

Sie fährt fort: „Im Rahmen dieser Zusammenarbeit erstellt Festo das technische Angebot für die Modifikation und Erweiterung des Druckluftsystems.“ TNO muss prüfen, ob dies tatsächlich zum gewünschten Ergebnis führt, und ich bewerte auf dieser Grundlage die finanzielle Durchführbarkeit des Angebots. Sobald wir uns geeinigt haben, leitet Royal HaskoningDHV die Umsetzung ein, wobei wir in Absprache mit dem Kunden die Subunternehmer und Lieferanten auswählen. So wurden beispielsweise bestimmte Armaturen und verschiedene Instrumente von Festo geliefert, während die Lufttrockner von einem Spezialisten für diese Art von Ausrüstung bezogen wurden.

Redundanz auf Verdichterebene

Das Angebot von Festo bezog sich auf ein zweistufiges Druckluftsystem. Dabei liefert das erste System Druckluft in sehr hoher (trockener) Qualität (Klasse 2.1.1 gemäß ISO 8573-1:2010). Das zweite System liefert Druckluft in Standardqualität (Klasse 2.4.1 gemäß ISO 8573-1:2010) über eine eigene, separate Leitung. Eine Besonderheit ist, dass zwischen diesen beiden Systemen ein sogenanntes „Notventil“ angebracht ist, das sie bei Bedarf miteinander verbinden kann. Dadurch wird verhindert, dass Tests fehlschlagen oder vorübergehend unterbrochen werden müssen, wenn die Gefahr eines zu niedrigen Drucks im Druckluftsystem besteht (z. B. aufgrund einer zu hohen Nutzerzahl).

Kapazität und Qualität

Um sowohl die Kapazität als auch die Qualität zu steigern, wurden die drei vorhandenen Verdichter um einen weiteren Verdichter und einen neuen Trockner ergänzt. Koen Leeflang: Um mit Letzterem zu beginnen: Der neue Trockner ist ein spezieller Adsorptionstrockner, mit dem ein Drucktaupunkt von unter -70 °C erreicht werden kann. Dieser Drucktaupunkt wird durch einen eigenen Sensor am Trockner sowie zusätzlich durch einen eigenen Drucktaupunktsensor an der Ablassleitung überwacht. Zusammen mit dem neuen Verdichter liefert dies die extrem trockene Druckluft, die zum Befüllen der Vakuumtanks benötigt wird. Für andere Nutzer, die über ausreichend Standard-Druckluft verfügen, steht der vierte Verdichter zur Verfügung. Die Verdichter sind somit redundant ausgelegt, sodass TNO seinen Kunden eine maximale Anlagenverfügbarkeit bieten kann.

Teun Brussee: „Diese Konfiguration stellt sicher, dass am richtigen Ort Druckluft in der richtigen Qualität zur Verfügung steht und dass wir keine unnötige Energie darauf verwenden, hochwertige Druckluft an Orten zu erzeugen, an denen sie nicht benötigt wird.“ Eine weitere Senkung des Energieverbrauchs ist möglich, indem der Druck von 9 - 10 bar, die wir derzeit verwenden, reduziert wird. Zum Beispiel auf 7,5 bar. Sollte sich herausstellen, dass dies ausreicht, wäre dies ein weiterer Schritt zur Energieeinsparung.

Zusammenarbeit

Die Anlage läuft nun zur vollsten Zufriedenheit aller Nutzer. Dabei blicken alle drei Parteien mit Zufriedenheit auf mehr als nur eine gute Zusammenarbeit zurück. Teun Brussee: Dank Koens Fachwissen und seiner unermüdlichen Begeisterung haben wir eine Lösung gefunden, die alle unsere Anforderungen erfüllt: Wir verfügen nun über mehr Kapazität, eine höhere Zuverlässigkeit und die gewünschte Druckluftqualität. Und das alles bei effizientem Energieverbrauch. Es ist toll, wenn alle so zusammenarbeiten.