Pneumatik im Wasserwerk zahlt sich aus

Wartungsfrei, energieeffizient, sicher und trotz kleiner Baugrößen enorm stark – das sind überzeugende Argumente für Pneumatik. Aus gutem Grund setzte die Landeswasserversorgung Baden-Württemberg beim Neubau ihrer Grundwasserfilteranlage genau auf diese Technik: In den Mehrschicht- und Aktivkohlefilterbecken im Wasserwerk Langenau arbeitet heute pneumatische Automatisierungstechnik von Festo.

Die Maxime der Landeswasserversorgung Baden-Württemberg liest sich so: "Unser Ziel ist es, preisgünstigstes Fernwasserversorgungsunternehmen in Deutschland für Trinkwasser bester Qualität bei hoher Versorgungssicherheit und nachhaltiger Nutzung der eingesetzten Ressourcen zu sein".

Der 1912 gegründete Zweckverband stellt jährlich 90 Millionen m³ Trinkwasser für rund 250 Städte und Gemeinden in Baden-Württemberg und Bayern bereit. Aus den zwei Wasserwerken in Langenau und Dischingen werden über ein 775 km langes Fernleitungsnetz rund 3 Millionen Einwohner versorgt.

Donauwasser effizient und nachhaltig aufbereitet

Das Wasserwerk Langenau ist eines der größten und modernsten Wasserwerke in Europa. 1973 ging es auf dem „Spitzigen Berg“ am Rand des Donaurieds in Betrieb. 2014 wurde es erweitert und erhielt eine neue Grundwasserfilteranlage mit pneumatischer Automatisierungstechnik von Festo.

Das bei Leipheim entnommene Donauflusswasser wird hier in einem mehrstufigen Verfahren zu Trinkwasser aufbereitet: Nach drei Vorreinigungsschritten entfernt eine Mehrschichtfiltration noch verbliebene Schwebstoffe. Die anschließende Aktivkohlefiltration eliminiert organische Schadstoffe auch in geringsten Konzentrationen. Den Wasserdurchfluss regelt die Automatisierungstechnik von Festo mittels energieeffizienter pneumatisch betätigter Armaturen, etwa zum Absperren und zur Rückflussverhinderung.

Was genau die Landeswasserversorgung bei der Modernisierung von Langenau anstrebte, erfahren Sie im Folgenden. Oder Sie springen direkt zur pneumatischen Lösung von Festo.

Sicher funktionierende Wasserfilter

Über 100 Jahre konnte das Grundwasser aus dem Donauried ohne weitere Aufbereitung als Trinkwasser genutzt werden. Dann erforderte die zunehmende Belastung durch Industrie- und Haushaltschemikalien, Pflanzenschutzmittel und Arzneimittelrückstände den Bau einer Grundwasserfilteranlage. Das Besondere bei dieser Erweiterung war: Insgesamt sieben zweistöckige Filterbecken wurden in einem Bestandsgebäude errichtet. Ein nicht mehr benötigter Flocker war dazu vorher demontiert worden. Allein hieraus ergaben sich hohe Anforderungen an die benötigte Antriebstechnik: Sie musste möglichst platzsparend sein.

Grundwasserfilter regelmäßig rückspülen

Bei der Grundwasserfiltration kommt reine Schwerkraft zum Zug: Das Wasser fließt von oben nach unten durch einen Mehrschichtsandfilter, danach durch einen Aktivkohlefilter. Während der Sand größere Schadstoffteilchen zurückhält, entfernt die Aktivkohle noch kleinste Verunreinigungen.

Die Reinigung der Filter ist demgegenüber nicht so einfach, aber essenziell: Die zurückgehaltenen Partikel und Schwebstoffe verstopfen die Filter, der Wasserdurchfluss wird gehemmt. Hat der Filterwiderstand einen Grenzwert von 3,5 mWS erreicht, muss der betreffende Filter gespült werden. Dazu müssen zehn Absperrklappen die Rohrleitungen koordiniert öffnen und schließen.

Kompakt und zuverlässig: pneumatische Antriebe

Zu diesem Zweck suchte die Landeswasserversorgung nach einer Automatisierungslösung, die auf sehr begrenztem Raum für die Wasserdurchflussregelung sorgt. Sie sollte zuverlässig und sicher sein und alles umfassen: die Antriebe und die entsprechenden Armaturen zum Regeln, Absperren und zur Rückflussverhinderung.

Bis zu diesem Zeitpunkt hatte die Landeswasserversorgung fast ausschließlich auf Absperrklappen mit Spindelverstellung gesetzt. Die Spindeln wurden per Handrad oder Elektromotor bedient. Dafür war im Wasserwerk Langenau nun kein Platz mehr. Neben der komplexen Verrohrung mussten in dem Raum nämlich noch 70 automatisierte Armaturen installiert werden.

Die Lösung waren pneumatische Antriebe von Festo: Die Schwenkantriebe DAPS werden aus einer zentralen Druckluftstation gespeist und mittels Ventilinseln angesteuert. Dadurch werden die Antriebsspindeln und Stirnradgetriebe an den Armaturen überflüssig. Der Antrieb wird bei dieser Lösung direkt auf die Welle der Klappenscheibe aufgesetzt.

Entscheidung für Pneumatik von Festo

Zur Diskussion standen eine elektrische und eine pneumatische Lösung, wie sie von Festo vorgeschlagen wurde. Die Entscheidung fiel eindeutig zugunsten der Pneumatik. Diese Automatisierungslösung erfüllt alle Anforderungen – und mehr.

Schwenkantriebe und Ventilinseln

Ein wesentlicher Teil der Grundwasserfilteranlage ist die Rohrleitungsarmatur. In Langenau sind doppelexzentrische Absperrklappen sowohl als Absperrarmatur als auch als Regelarmatur im Einsatz. Diese Klappen werden kontinuierlich in wechselnden Zwischenstellungen mit variablen Öffnungswinkeln betrieben. Dazu dienen bei der Lösung von Festo pneumatische Schwenkantriebe vom Typ DAPS. Deren Schwenkwinkel lässt sich frei einstellen, die Antriebe sind kompakt und haben einen an die Absperrklappen angepassten Drehmomentverlauf mit einer Hebel-Schwinge-Kinematik. Das bedeutet: DAPS kann auch hohe Losbrechmomente der Armatur schadlos überwinden.

Angesteuert werden die Antriebe über unsere Ventilinsel-Remote I/O-Kombination CPX-VZSA mit Profinet-Anschluss. Der Aufbau erfolgte im Mittelgang zwischen den Filterbecken. Ein robustes Metallgehäuse bietet hier Schutz in der rauen Umgebung. Die Ventile selbst sind komplett abgedichtet, Atmungs- und Steuerluft sind gefasst. Die CPX-VTSA erfasst alle Signale der Filter und die Rückmeldungen der Antriebe: Druck, Füllstand, Temperatur etc. Weil die Ventilinsel hochmodular ausgelegt ist und fünf mögliche Ventilgrößen aufnehmen kann, spart sie Energie, denn der gewünschte Durchfluss pro Ventilplatz ist genau einstellbar.

Linearantriebe und Schaltschränke

Zusätzlich regeln pneumatische Linearantriebe vom Typ DFPI die seitlich angebrachten Schlammwasserklappen, durch die der zurückgehaltene Schlamm vom Filtermaterial in Richtung Schlammwasserabsetzbecken abfließt. Der DFPI punktet damit, dass sein integriertes Wegmesssystem vor Umgebungseinflüssen geschützt ist, was die Laufleistung erhöht und den Wartungsaufwand vermindert.

Unsere einbaufertig gelieferten Schaltschränke und das vollständige Zubehör für die pneumatischen Regelkreise (Druckluftaufbereitung, Schläuche, Verschraubungen etc.) vervollständigten die pneumatische Automatisierungslösung in Langenau.

Dauerhafte Lösung mit Kostenvorteil

Unterm Strich hat unsere pneumatische Antriebstechnik die Landeswasserversorgung überzeugt, weil sie einer elektrischen Antriebslösung sowohl preislich als auch technisch klar überlegen ist. Die Landeswasserversorgung spart mit der Entscheidung für Pneumatik 10 % an Investitions- und Betriebskosten. Elektrische Antriebe hätten allein schon wegen ihrer Dimensionen in der engen Umgebung des Rohrkellers keine Chance gehabt.

Wassertechnik: pneumatischer Antrieb

Vorteile pneumatischer Antriebe

Pneumatik bietet in zahlreichen Anwendungen deutliche Vorteile, von den Kosten über die Sicherheit bis hin zur einfachen Bedienung. Es ist eine unkomplizierte Technik, die sich einfach installieren lässt, da außer zur Endlagenabfrage und Überwachung der Druckluftversorgung keine Kontrollfunktionen nötig sind. Davon profitieren Wasserversorger gerade in der Prozessautomation: Pneumatische Antriebe und Komponenten spielen vor allem bei der Umsetzung kompletter Systemlösungen ihre Kostenvorteile gegenüber vergleichbaren elektrischen Lösungen aus.

Kostengünstiger als elektrische Antriebstechnik

Im Vergleich zur elektrischen Antriebstechnik bringt der konsequente Einsatz dezentraler Automatisierungskonzepte mit Ventilinseln erhebliche Kostenvorteile – im Wasserwerk Langenau waren es deutliche Einsparungen von 10 %. In anderen Projekten sind sogar Einsparungen von mehr als 50 % möglich. Von daher lohnt sich sogar das nachträgliche Automatisieren von Handarmaturen.

Elektrische Antriebe brauchen viel Energie, die sie als Wärme wieder verlieren oder für das Getriebe benötigen. Dagegen wirken pneumatische Antriebe direkt auf das Absperrorgan. Zur Umwandlung der linearen Druckluftkraft in eine Schwenkbewegung reichen Kolben und Antriebsschaft. Strom brauchen pneumatische Lösungen nur bei der Drucklufterzeugung und zur Steuerung. Die eigentliche Bewegung erfolgt durch die Druckluft.

Langlebig, wartungsfrei und effizient

Pneumatische Antriebe haben sich über Jahre hinweg als erschütterungsfest und langlebig erwiesen. Der Grund: Sie sind im Gegensatz zu elektrischen Antrieben aus wenigen Bauteilen aufgebaut und dadurch kaum störanfällig. Sie sind außerdem dauerlastfest und bleiben über die gesamte Lebensdauer wartungsfrei. Ölwechsel oder Zusatzschmierung erübrigen sich.

Da pneumatische Antriebe überlastsicher sind und eine höhere Antriebskraft ganz einfach durch Druckerhöhung möglich machen, kann man oft kleinere Baugrößen mit geringerem Gewicht einsetzten. Mit pneumatischen Systemen von Festo sind hohe Kräfte bis 50.000 N und Drehmomente bis 10.000 Nm möglich. Wenn man solche Lösungen leckagefrei verschlaucht und die Anlagen exakt dimensioniert, erhält man hervorragend energieeffiziente Lösungen.

Nicht zuletzt ist Pneumatik eine sichere Lösung. Denn Druckluft ist auch bei Stromausfall verfügbar: Zum Erzeugen und Aufbereiten steht neben einem Kompressor immer ein Druckluftspeicher für Notfälle bereit.

Technik, Know-how und Beratung von Festo

Wir sind stolz darauf, dass die baden-württembergische Landeswasserversorgung ihre Wassertechnik mit Festo modernisiert hat. Das Beispiel beweist, wie überzeugend die Vorteile einer pneumatischen Automatisierung sind.

Während der Ausschreibungsphase waren wir mehrfach vor Ort und konnten mit dem Pneumatikkonzept sowohl im technischen Vergleich als auch im Kostenvergleich mit der elektrischen Lösung bestehen. Mit dem Ergebnis, dass die Landeswasserversorgung von den bisher eingesetzten elektrischen Antrieben ganz auf Pneumatik umgestellt hat.

Ein Pluspunkt für Festo war die gründliche Beratung: Unsere Experten halfen bei der Berechnung des Druckluftverbrauchs und der optimalen Auslegung des Druckluftnetzes. Auf Wunsch unterstützen wir auch schon während der Ausschreibungsphase.

Die Automatisierung mit Festo geschieht schließlich so einfach und fehlerfrei wie die Pneumatik selbst: Anlagenbauer erhalten bei uns immer alles aus einer Hand, mit nur einer Teilenummer. Das ermöglicht eine einfache Bestellabwicklung und beschleunigt die Realisierung des Projekts spürbar.

Optimal? Pneumatik!

10 gute Gründe für Pneumatik von Festo

Argumente zum Download

Maßgeschneiderte Automatisierung mit Pneumatik spart Kosten, ist zuverlässig, robust, Ex- und überlastsicher. Und mit Festo ist die Umsetzung einfach. Hier gibt es den Flyer dazu zum Herunterladen.

Optimal? Pneumatik! (PDF)

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