Details

1. Überblick & Designphilosophie
Das Sauerstoffverstärkungssystem ist präzise entwickelt, um Sauerstoff mit niedrigem Druck (3–6 bar) aus PSA/VPSA-Generatoren in einen Hochdruckausgang (bis zu 140 bar) für die Zylinderbefüllung umzuwandeln – vollständig über pneumatische Betätigung.  
Durch den Verzicht auf elektrische Antriebe im Sauerstoffkreislauf werden Zündquellen eliminiert, die Zertifizierung für Sauerstoffanwendungen vereinfacht und der Wartungsaufwand für Motoren und Getriebe reduziert.  
Wesentliche Konstruktionsprinzipien sind:
• Modularität & Skalierbarkeit: Austauschbare Skid-Module – Antriebsluftaufbereitung, zweistufige Booster, Zwischenkühler, Druckbehälter, Steuerpult – sind über Schnellspannschellen und standardisierte Flansche verbunden, um Feldaufrüstungen oder Kapazitätserweiterungen (z. B. Hinzufügen einer dritten Boosterstufe) zu ermöglichen.
• Hohe Zuverlässigkeit: Pneumatische Aktuatoren und Booster-Kolben sind für über 1 Million Zyklen ausgelegt; doppelte Dichtsysteme; sicherheitskritische Überdruck- und Rückschlagventile sind gemäß MIL-STD-901D für Schock-/Vibrationsumgebungen ausgelegt.
• Wartungsfreundlichkeit & Zugänglichkeit: Der frontseitige Wartungsbereich umfasst Filter, Ventile und Dichtungen hinter einer Klapptür. Farbcodierte Pneumatikleitungen mit Schnellkupplungen reduzieren die Wartungszeit auf weniger als 2 Stunden pro Routinewartung.

2. Detaillierte Anwendungen

• Medizin & Notfalleinsatz:
▹ Krankenhaus-Großbefüllung: In der Lage, 200 K-Flaschen innerhalb einer 8-Stunden-Schicht bei 140 bar zu befüllen.
▹ Mobile Feldeinheiten: ISO-containerisierte Variante kombiniert dieselgetriebenen Luftkompressor (150 kVA-Generator) und Sauerstoffbooster für autarken Betrieb in Katastrophengebieten.

• Industriegas & Verbrennung:
▹ Oxy-Fuel-Schneiden/Schweißen: Präzise Sauerstoffdosierung über analogen 4–20 mA-Eingang in das DCS-System der Anlage integriert, wodurch der Brennstoffverbrauch um bis zu 12 % reduziert wird.
▹ Erweiterte Oxidationsprozesse: Hochdruck-O₂-Injektion in katalytische Reaktoren beschleunigt den Abbau schwer abbaubarer organischer Stoffe in Abwässern.

• Verteidigung & Luft- und Raumfahrt:
▹ Vorgeschobene Operationsbasen & gepanzerte Fahrzeuge: Leichtes Anhänger-Skid (~900 kg) unterstützt das Befüllen tragbarer Atemgeräte; mit Schnellverankerungshalterungen ausgestattet.
▹ Teststände & Kammern: Liefert hochreinen Sauerstoff an Raketenantriebsprüfzellen; synchronisiert mit Zündsequenzen über werkseitig programmierte PLC-Zeitsteuerung.

• Forschung & Analytische Labore:
▹ Kryogene Probestationen: Hält den Sauerstoffversorgungsdruck innerhalb von ±0,1 bar, um wiederholbare thermische Kontraktionen in Tieftemperatur-Physikexperimenten zu gewährleisten.
▹ Analytische Instrumentierung: Kontinuierliche, pulsationsfreie Sauerstoffzufuhr für FT-IR-, GC/MS- und Plasma-Reaktoren, die weniger als 1 ppm Partikel und Öl erfordern.

3. Technische Spezifikationen

  

    
Parameter
    
Spezifikation
  
  

    
Sauerstoff-Einlassdruck
    
3,5–6 bar (PSA-Auslass), nominal 4,3 bar; Transientenschutz bis 7 bar
  
  

    
Antriebs-Luftdruck
    
8,5 ± 0,2 bar bei 380 SCFM (10,8 Nm³/min); ISO 8573-1 Klasse 2.4.2 Qualität
  
  

    
Verstärkerstufen
    
Zwei Haskel A-175X-Booster: Stufe 1 (Ø25 mm × 30 mm), Stufe 2 (Ø20 mm × 25 mm)
  
  

    
Zwischendruck & Kühlung
    
40 bar nominal, 0,5 m² Rippenrohr-Zwischenkühler; Glykolkreislauf optional bei > 40 °C
  
  

    
Max. Auslassdruck
    
140 bar (werksseitig eingestellt; einstellbar 120–140 bar); Transducer-Überschwingung < 1 bar
  
  

    
Austrittsdurchfluss
    
1.600 NLPM @ 20 bar; 900 NLPM @ 100 bar; 700 NLPM @ 140 bar
  
  

    
Behältervolumina
    
Luft: 2.000 L @ 8,5 bar; Sauerstoff: 47 L @ 140 bar; PED 2014/68/EU zertifiziert
  
  

    
Zykluszeit & Durchsatz
    
0,8 s Vorlauf, 0,8 s Rücklauf; ~1,5 min zum Füllen eines 50 L-Zylinders @ 140 bar
  
  

    
Materialien – benetzte Teile
    
316 L Edelstahl elektropoliert (Ra ≤ 0,4 µm); Dichtungen PTFE/NBR gemäß ISO 10497
  
  

    
Betriebstemperaturbereich
    
System: 0–50 °C; Umgebung: –20–60 °C; Verriegelung bei T > 80 °C
  
  

    
Steuerung & HMI
    
Siemens S7-1200 PLC; 7″ TP700 HMI; OPC UA, Modbus TCP, Ethernet/IP; optionales 4G-Modem
  
  

    
Messgenauigkeit
    
Druck ±0,25 % FS; Temperatur PT100 ±0,1 °C; Durchfluss ±1 %
  
  

    
Stromversorgung
    
230 VAC, 50 Hz, 16 A; USV-Backup für Steuerlogik
  
  

    
Abmessungen & Gewicht
    
3,0 × 1,5 × 2,2 m; 1.200 kg Trockenaufbau; M12 Befestigungspunkte
  
  

    
Geräuschpegel
    
< 75 dBA @ 1 m (ohne Gehäuse); < 65 dBA im vollständigen Schallschutzgehäuse
  
  

    
Zertifizierungen & Normen
    
CE/PED 2014/68/EU; NFPA 99; ISO 7396-1; MIL-STD-810G; CGA G-4.1
  


4. Pneumatischer Antrieb & Thermodynamische Leistung
• Luftmotor-Integration: Leckdichtes Schieberventil leitet 8,5 bar Antriebsluft zu einem doppelt wirkenden Kolben; direkte mechanische Verbindung zu den Verstärkerkolben eliminiert Getriebe.
• Wärmeabfuhr & Dichtungslebensdauer: Ausgang Stufe 1 ca. 60 °C; Spitzenwert Stufe 2 ca. 90 °C. Zwischenkühler gibt ca. 5 kW ab; optionales geschlossenes Glykolkreislaufsystem für heiße Umgebungen, verlängert die Lebensdauer der Dichtungen.
• Verdichtungseffizienz: Luft-zu-Sauerstoff-Verdichtungsverhältnis ca. 35:1; spezifischer Luftverbrauch ca. 5 Nm³ Antriebsluft pro Nm³ Sauerstoffausgang.
• Pulsationskontrolle: Pufferbehälter und optionaler Dämpfer glätten Druckschwankungen auf < 2 %, entscheidend für empfindliche nachgeschaltete Prozesse.

5. Instrumentierung, Steuerlogik & Software
• PLC-Funktionalität:
1. Startsequenz: Spülung Füllverteiler → Vorfüllung bis 30 bar → Booster aktivieren.
2. Automatischer Füllvorgang: Stopp bei Sollwert oder Zylinder-voll-Erkennung; automatisches Umschalten des Verteileranschlusses.
3. Leck- & Dichtheitsprüfung: Ausgang isolieren; Druckabfall ≤ 0,5 bar über 10 min überwachen; Protokollierung von bestanden/nicht bestanden.
4. Sicherheitsverriegelungen: Übertemperatur-Abschaltung (> 80 °C), Antriebsluftverlust, niedriger Behälterdruck verhindert Start.

• HMI-Funktionen:
  ▹ Live-Diagramme: Einlass-/Auslassdruck, Zykluszahl, Antriebsluftstrom, Temperatur.
  ▹ Parameteranpassung: Druck-Sollwerte, Zykluszeiten, Leckgrenzen.
  ▹ Alarm-/Ereignisprotokoll: Zeitgestempelt, exportierbar über USB oder Netzwerkfreigabe.

• Fernüberwachung: Sichere VPN-Verbindung; OPC UA-Server veröffentlicht über 200 Tags; MQTT-Plugin für Cloud-Analysen; SMS-/E-Mail-Benachrichtigungen über 4G-Modul.

6. Materialien & Sauberkeitsprotokolle
• Sauerstoff-Service Vorbereitung:
  ▹ Ultraschallreinigung, Hochreinheits-N2-Ausblasung, Vakuum-Aushärtung; abschließender Helium-Lecktest < 1×10⁻⁸ mbar·L/s.

• Oberflächenbeschichtungen:
  ▹ Innen Ra ≤ 0,4 μm; außen Epoxy-Zink-Primer + RAL 7016 Polyurethan-Decklack (Korrosionsklasse C4).

• Filterstrategie:
1. Grobfilter: 5 μm gesintertes Edelstahl-Element.
2. Feinstfilter: 1 μm hydrophobe Membran.
3. Optionaler Katalysator-Falle: Entfernt Restöl-Dämpfe auf < 0,01 ppm.

7. Wartung & Lebenszyklus-Management
• Routine (500 h/6 Monate): Filter ersetzen; Koaleszenzabscheider prüfen; Ventilfunktion überprüfen; Sichtkontrolle der Dichtungen.
• Zwischenwartung (2.000 h/2 Jahre): Booster zerlegen: Dichtungen ersetzen; Kolben/Zylinder prüfen; Ventilüberholung.
• Große Wartung (5 Jahre): Druckbehälter-Rezertifizierung; Kalibrierung der Sicherheitsventile auf Prüfstand; vollständige Systemqualifikation.
• Ersatzteilset: Jährlich: 2 Dichtungssätze, 4 Filterelemente, 1 Sicherheitsventil, 2 Drucktransducer, PLC-Batterie; ca. 8–10 % des CAPEX/Jahr.

8. Optionale Upgrades & kundenspezifische Module
• Analytische Instrumentierung: Inline-O2-Reinheitsanalysator (Zirkonia oder paramagnetisch) mit 4–20 mA Ausgang und HMI-Integration.
• Automatisches Zylinderverteiler-Panel: Servogesteuertes Umschalten der Anschlüsse für kontinuierliches Befüllen mehrerer Zylinder.
• Umweltpaket: Wärmedämmung und geschlossenes Glykol-Kühlsystem für –20 bis 50 °C; integrierte Feuchtigkeitskontrolle.
• Lärm- & Vibrationsdämmung: Akustikverkleidung reduziert Lärm auf < 60 dBA; Gummilagerung erfüllt ISO 10816 Vibrationsgrenzwerte.

9. Stellfläche, Versorgung & Standortanforderungen
• Abmessungen & Montage: 3,0 × 1,5 m Skid; Höhe 2,2 m; vier M12-Befestigungspunkte; abnehmbare Seitenverkleidungen für Zugang.
• Anschlüsse:
  ▹ Druckluft-Einlass: 1½′′ ANSI-Flansch; automatische Kondensatableitung.
  ▹ Sauerstoff-Anschlüsse: ¾′′ NPT-Einlass; vier ½′′ NPT-Auslässe mit Schnellkupplungen.
  ▹ Elektrisch: 230 VAC, 16 A; lokaler Trennschalter; Steuerkreis-USV (optional).
• Umgebung: Indoor oder geschützt; Umgebungstemperatur 0–50 °C; ≤ 90 % relativer Luftfeuchte, nicht kondensierend.

10. Lieferung, Inbetriebnahme & Schulung
• Projektzeitplan:
1. Engineering-Freigabe: 2 Wochen für Zeichnungen & Spezifikationsfreigabe.
2. Fertigung & FAT: 8 Wochen, inkl. Druck-, Durchfluss-, Sicherheits- und PLC-Funktionstests.
3. Versand & Installation: 2 Wochen Transport; 3 Tage Vor-Ort-Inbetriebnahme.
• Schulungspaket:
  ▹ Zwei Tage vor Ort: theoretischer Überblick, Systembetrieb, Wartungsverfahren, Fehlerbehebung.
  ▹ Digitale Handbücher: O&M-Handbuch, P&ID, elektrische Schaltpläne, Kalibrierzertifikate.
• Support-Dienste:
  ▹ 24×7 Hotline; Ferndiagnose via VPN; Ersatzteilversand innerhalb von 48 h weltweit.
  ▹ Jahreswartungsverträge inklusive präventiver Wartung und Leistungsprüfungen.

11. Sicherheitsverfahren & Risikominderung
• Gefahrenanalyse: FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) für jedes Teilsystem zur Identifikation und Minderung von Risiken wie Dichtungsversagen, Überdruckszenarien und pneumatischen Leckagen.
• Standardarbeitsanweisungen (SOPs): Enthalten für Start, Stopp, Notentlastung und Wartung.
• Notfall-Entlastungsmaßnahmen: Sicherheitsventil auf 145 bar eingestellt; sekundäre Berstscheibe bei 155 bar; manuelle Druckentlastungsventile an jedem Ausgang.
• Personenschutz: Sauerstoff-zertifizierte PSA erforderlich; Lock-out/Tag-out Punkte an pneumatischen und elektrischen Kreisen; integrierter Sauerstoffkonzentrationsmonitor mit akustischem/visuellem Alarm bei Leckage > 0,5 Vol.-%.

12. Leistungsvalidierung & Werksabnahmeprüfung (FAT)
• Testprotokolle:
  ▹ Druck- & Durchflussprüfung: Überprüfung der Ausflusskurve bei 20, 60, 100 und 140 bar.
  ▹ Dichtheits- & Integritätstest: Helium-Massenspektrometer-Lecktest; 10-minütiger Abfalltest am isolierten Behälter.
  ▹ Steuerlogik: Simulation von Fehlerszenarien (Druckluftausfall, Übertemperatur, Stromausfall) zur Überprüfung der sicheren Abschaltung.

• Dokumentation: Umfassender FAT-Bericht mit Testdaten, Kalibrierzertifikaten und Konformitäts-Checklisten.
• Begutachtung: Möglichkeit der Kundenbeobachtung; Remote-Video-Streaming für globale Stakeholder verfügbar.

13. Betriebskosten & Amortisation
• Energieeinsparung: Im Vergleich zu elektrisch angetriebenen Kompressoren verbraucht der pneumatische Booster ~25 % weniger Energie unter Berücksichtigung der Effizienz der Druckluftbereitstellung.
• Wartungskosten: Jährliche Wartungskosten ~5 % der CAPEX vs. 10–12 % bei elektrischen Systemen aufgrund weniger rotierender Teile.
• Amortisationszeit: Typisch 1,5–2,5 Jahre basierend auf reduzierten Energie- und Servicekosten in Hochverbrauchsumgebungen (≥ 500 Nm³/Monat).
• Gesamtkosten des Eigentums (TCO): Beinhaltet CAPEX, Ersatzteile, Energie und Arbeitsaufwand über 10 Jahre; detaillierte TCO-Analyse auf Anfrage verfügbar.

14. Fallstudien & Feldeinsätze
• Regionale Krankenhauskette (Europa): Nachrüstung an bestehender PSA-Anlage — 30 % Durchsatzsteigerung erreicht; Inbetriebnahme innerhalb von 48 Stunden; im ersten Jahr keine ungeplanten Ausfälle.
• Verteidigungstestanlage (Asien): Integration in Raketentestzelle; >150 heiße Testzyklen bei 120 bar durchgeführt; System hielt MIL-STD-810G-Schockprofil stand.
• Industrielle Abwasseranlage (Nordamerika): Installation für Sauerstoffinjektion in AOP-Reaktor; Erhöhung der Schadstoffabbaugeschwindigkeit um 40 %, Verkürzung der Behandlungszeit um 3 Stunden pro Charge.

Durch die Aufnahme detaillierter Sicherheitsprotokolle, FAT-Verfahren, Wirtschaftlichkeitsanalysen und praxisnaher Fallstudien erweitert dieses vollständig ausgearbeitete Dokument den technischen Inhalt erheblich – und stellt sicher, dass jedes Engineering-, Beschaffungs- oder Betriebsteam umfassende Informationen für Entscheidungen, Implementierung und Lebenszyklusmanagement hat.