Details

1. Einführung
Das Kompressor-Prüfstandssystem ist entwickelt, um ölüberflutete Schraubenkompressor-Schmieröle unter realistischen, kontrollierten Bedingungen zu bewerten und zu charakterisieren. Seine Hauptfunktion besteht darin, einen öl­eingespritzten Schraubenkompressor – typischerweise einen Atlas Copco GA 15 A 13 (oder gleichwertig) – in einem geschlossenen Kreislauf zu betreiben, während kontinuierlich Druck, Temperatur, Durchfluss und verwandte Parameter überwacht werden. Durch den Dauerbetrieb mit Testölen (ISO VG 32–100) können nachgeschaltete Komponenten inspiziert werden, um Rückschlüsse auf Oxidationsstabilität, Verschleißeigenschaften und Gesamtleistung unter Last zu ziehen.

Wichtige Ziele sind:
 ● Ölleistungsbewertung: Bestimmung der Oxidationsneigung und Lebensdauer von Kompressorölen.  
 ● Datenbasierte Diagnostik: Erfassung von Echtzeitdaten (Druck, Temperatur, Durchfluss) über ein integriertes DAQ/PLC-System zur nachträglichen Analyse.  
 ● Sicherheit und Normenkonformität: Entwickelt gemäß der europäischen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG (CE) oder gleichwertigen indischen Normen, mit Verriegelungen, Sicherheitsventilen und Notabschaltungen.  

2. Technische Spezifikationen

  

    
Parameter
    
Spezifikation
  
  

    
Kompressortyp
    
Öleingespritzter Schraubenkompressor (Atlas Copco GA 15 A 13 oder gleichwertig)
  
  

    
Motorleistung
    
15 kW (20 PS)
  
  

    
Eingangsspannung
    
415 VAC, 3-phasig, 50 Hz, 63 A
  
  

    
Maximaler Abgabedruck
    
12,5 bar (nennwert); Sicherheitsventil bei 14 bar
  
  

    
Maximaler Durchfluss
    
71 CFM (≈ 120 m³/h) bei 130 °C
  
  

    
Unterstützte Ölqualitäten
    
ISO VG 32, 46, 68, 100
  
  

    
Öltank-Kapazität
    
500 L, vertikaler Stahlbehälter (IS 2062 E 250 BR), hydraulisch geprüft bis 15 bar
  
  

    
Durchflussmesser-Bereich
    
0–150 LPM (Turbinen-Typ, 4–20 mA Ausgang)
  
  

    
Drucktransmitter
    

      • Ansaugung: 0–2,5 bar abs (Wika S20)

      • Abgabe/Behälter: 0–16 bar relativ × 4 (Wika S20)
    
  
  

    
Temperaturtransmitter
    
0–150 °C (Wika TR 10 × 5, 6 mm Fühler)
  
  

    
Kühlsystem
    
Ölkühler + Umwälzpumpe (≤ 130 °C Ausgang); Luftkühler + Abscheider nachgeschaltet
  
  

    
Sicherheitsventil-Einstellpunkt des Behälters
    
14 bar (Entleerung bei 12,5 bar über Schrägsitzventil)
  
  

    
HMI/DAQ Hardware
    

      • SPS: Siemens SIMATIC S7-1200

      • Industrie-PC: Intel i7, 8 GB RAM, 1 TB HDD, Windows 10 Pro, 21″ TFT-Monitor
    
  
  

    
Steuerschrank (VFD)
    
Schneider ATV212, 22 kW, 3-phasig, mit MCCBs, Überlastrelais, Drucktastern, Signalleuchte, Not-Aus
  
  

    
Sicherheitsverriegelungen
    
Übertemperatur (> 130 °C → VFD-Abschaltung), Überdruck (> 14 bar → Sicherheitsventil), Niedrigölstand-Alarm
  
  

    
Stellfläche (ca.)
    
2,5 m × 1,5 m × 1,8 m (Kombination aus Kompressorschlitten, Schaltschränken, Behälter)
  
  

    
Abmessungen Kompressorschlitten
    
1,3 m × 0,78 m × 1,2 m
  
  

    
Abmessungen DAQ-Schrank
    
0,6 m × 0,8 m × 1,8 m
  
  

    
Abmessungen VFD-Steuerschrank
    
0,8 m × 0,3 m × 1 m
  
  

    
Abmessungen Behälter
    
Ø 1 m × 1,2 m
  
  

    
Konstruktionsmaterial
    
Schlitten: IS 2066 MS-Platte (10 mm) + ISMC-100-Profile; Behälter: IS 2062 E 250 BR Stahl; Rohrleitungen: SS/PK
  
  

    
Lackierung/Beschichtung
    
Pulverbeschichtung auf Schlitten; Grundierung + Korrosionsschutz-Deckanstrich auf Behälter
  
  

    
Genauigkeit der Instrumentierung
    

      • Druck: ± 1 % FS (Wika 233.50.100)

      • Temperatur: ± 0,5 °C (Wika TR 10)
    
  


3. Hauptfunktionsblöcke
Der Prüfstand ist in vier Haupt-Subsysteme unterteilt, die jeweils einen geschlossenen Testkreislauf bilden:  
 1. Kompressorbaugruppe   
  - Maschine: Öl­eingespritzter Schraubenkompressor, angetrieben von einem 15 kW Elektromotor.  
  - Betrieb: Führt Testöl durch interne Lager und Schrauben, dann Abgabe ölhaltiger Luft in den Abscheider.  

 2. Leistungssteuerungseinheit (VFD-Panel)  
  - Frequenzumrichter: Schneider ATV212 (22 kW, 3-phasig) regelt die Motordrehzahl, um Sollwerte für Druck, Temperatur oder Durchfluss zu halten.  
  - Schaltschrank: Enthält MCCBs, Drucktaster, Signalleuchte (rot/gelb/grün), Not-Aus und Verriegelungen für Motorübertemperatur, Überdruck und Störungsbedingungen.  

 3. Datenerfassung & Steuerung (DAQ/PLC)  
  - PLC: Siemens SIMATIC S7-1200 für alle analogen/digitalen I/O.  
  - HMI/Industrie-PC: Advantech Industrie-Computer (Intel i7, 8 GB RAM, 1 TB HDD, Windows 10 Pro) mit proprietären Software-Bildschirmen zur Echtzeitüberwachung.  
  - Sensoren:  
   ▪ Drucktransmitter (Wika S20, 0–2,5 bar abs.; 0–16 bar relativ) an Ansaugung, Auslass und Behälter.  
   ▪ Temperaturtransmitter (Wika TR 10, 0–150 °C, 6 mm Fühler) vor/nach dem Ölkühler und am Kompressorausgang.  
   ▪ Durchflussmesser (Turbinen-Typ, 0–150 LPM, 4–20 mA Ausgang) im Ölkreislauf.  
   ▪ Energiemesser (nach Bedarf) zur Erfassung des Stromverbrauchs.  

4. Luft-/Ölkühlung & Speicher  
  - Ölkühler + Umwälzpumpe: Hält die Öl­eintrittstemperatur in den Kompressor; gesteuert durch VFD, um den Auslass ≤ 130 °C zu halten.  
  - Luftkühler + Abscheider: Kühlt verdichtete Luft und trennt Öl, bevor es im Behälter gespeichert wird.  
  - Behälter: 500 L vertikaler Stahlbehälter (IS 2062 E 250 BR), hydrogeprüft auf 15 bar, mit Hebeösen, Ablassventil (½″ BSPM) und Messanschlüssen (¼″ + ½″ BSPM).  
  - Sicherheitsventil: Eingestellt auf 14 bar am Behälter; entlastet automatisch bei 12,5 bar über ein Schrägsitzventil.  

4. Detaillierter Hydraulikkreislauf (siehe beigefügte Dokumente)  
Ein geschlossener Ölkreislauf verläuft wie folgt:  
 1. Öleinspritzung: Öl aus dem Tank („Kaltöl“) wird in die Kompressorlager gepumpt.  
 2. Abscheidung: Gemisch aus Öl + Luft tritt in den Luft-/Ölabscheider ein; Öl läuft zurück in den Tank; Luft durchströmt den Luftkühler.  
 3. Ölkühlung: Abgeschiedenes Öl fließt durch einen Ölkühler (Temperaturtransmitter 6.3/6.4).  
 4. Durchflussmesser (7.0): Misst Ölfluss (0–150 LPM).  
 5. Probenahmestelle: Ermöglicht manuelle Ölanalyse im Labor.  
 6. Sicherheitsventil (8.0): Schützt Kreislauf vor Überdruck über 14 bar.  
 7. Öltank (9.0): 500 L Fassungsvermögen; ausgestattet mit Füllstandsanzeige, Ablass und Inspektionsöffnungen.  
 8. Rücklauf zum Kompressor: Öl zirkuliert zurück zur Einspritzöffnung (Drucktransmitter 5.1 misst 0–16 bar relativ).  

Beschriftung des Hydraulikschema:  
● 1.0 = Kompressoransaugung  
● 2.0 = VFD-Panel  
● 3.0 = Energiemesser  
● 4.0 = Ansaugdrucktransmitter  
● 5.1–5.5 = Drucktransmitter an Auslass/Behälter  
● 6.1–6.6 = Temperaturtransmitter um Kühler  
● 7.0 = Durchflussmesser  
● 8.0 = Sicherheitsventil  
● 9.0 = Ölbehälter  
● 10.0 = Automatisches Ablassventil am Behälter  
● 11.0 = Manometer  
● 12.0 = Lufttrockner (für saubere Druckluftversorgung)  
● 13.0 = Optionale Instrumentierung (z. B. Taupunktsensor).  

5. Mechanische und strukturelle Komponenten  
1. Basisrahmen & Gestell  
 o Gefertigt aus ISMC-100-Profilen (Stützen) und 10 mm dicker MS-Grundplatte (IS 2066), verschweißt nach geprüften Zeichnungen, pulverbeschichtet.  
 o Hebeösen (16 mm dickes MS) an vier Ecken, geeignet für sicheres Heben mit Wagenheber und Kran.  

2. Luftbehälter & Verteilerblock  
 o Schale und Böden: IS 2062 E 250 BR, ellipsoid, hydrogeprüft bis 15 bar.  
 o Verteilerblöcke aus MS bearbeitet; ausgestattet mit ½″ BSPM-Anschlüssen, Farbeindringprüfung durchgeführt.  
 o Grundiert + Decklack; 24 Std. Trocknungszeit.  

3. Rohrleitungen & Armaturen  
 o Hochdruckleitungen (SS/PK) und Fittings verbinden Kompressor, Kühler, Behälter und Ventile. Alle Verbindungen leckgeprüft bei 18 bar.  
 o Automatisches Ablassventil (Parker/Festo, ½″ BSPM) am Behälterboden; luftbetätigtes Schrägsitzventil (Parker/Festo, ½″ BSPM) für pneumatische Steuerung.  

4. Kühleinheit  
 o Öl- und Luftkühler dimensioniert, um Öl ≤ 130 °C zu halten (kritische Abschaltung bei 130 °C).  
 o VFD-gesteuertes Lüfter-/Motoraggregat für variable Kühlung je nach Auslasstemperatur.  

5. Instrumentierungsmontage  
 o Manometer (Wika 233.50.100, 0–21 bar, 1 % FS) an Ansaug-/Auslassleitungen und Behälter.  
 o Messgeräte/Transmitter montiert auf Edelstahl-Sockeln (SA-105, 3000#) mit Absperrventilen.  
 o Durchflussmesser (Turbine, 1″ BSPF) nach dem Ölkühler montiert.  
 o Temperaturtransmitter in 6 mm Tauchhülse, eingebaut vor/nach Ölkühler und am Auslass.  

6. Elektrische & Steuerungsarchitektur  
 ● Stromeingang: 3-phasig, 415 VAC, 63 A (kundenseitig bereitgestellt).  
 
 ● VFD-Panel:  
     - Schneider ATV212 (22 kW).  
     - MCCB, Überlastrelais, Sicherungen, Schütze, Motorschutz.  
     - Drucktaster: START, STOP, RESET; Not-Aus (Pilzknopf).  
     - Signalleuchte (grün = bereit, gelb = in Betrieb, rot = Störung).  
 
 ● PLC/DCS-Schrank:  
     - Siemens S7-1200 CPU mit analogen Eingängen für 4–20 mA Signale (Druck, Temperatur, Durchfluss).  
     - Digitale I/O für Verriegelungen, Alarme, Motor-/Ventilsteuerung.  
     - SMPS und MCBs gemäß Schaltplan.  
     - Ethernet-Verbindung zwischen PLC und Industrie-PC.  
 
 ● HMI/Industrie-PC:  
     - 21″ TFT-Monitor, Tastatur, Maus.  
     - Grafische Oberfläche mit Übersichtsschema zur Echtzeitdarstellung von Tankfüllstand, Öltemperatur, Drücken, Alarmstatus.  
     - Aufzeichnung aller Parameter; Export nach CSV/Excel zur Nachanalyse.  
 
 ● Sicherheitsverriegelungen:  
     - Übertemperatur (Öl > 130 °C → VFD-Abschaltung).  
     - Überdruck (Behälter > 14 bar → Sicherheitsventil, Alarm).  
     - Niedriger Ölstand → Verriegelung stoppt Kompressor.  
     - Passwortschutz auf HMI, um unautorisierte Änderungen zu verhindern.  

7. Stückliste (Hauptkomponenten)  

  

    
Pos.-Nr.
    
Teilenummer
    
Beschreibung
    
Hersteller/Modell
    
Menge
  
  

    
1
    
2A3876P0001
    
Öleingespritzter Schraubenkompressor, 20 PS/15 kW
    
Atlas Copco GA 15 A 13
    
1
  
  

    
2
    
2A3876P0002
    
Frequenzumrichter (22 kW, 3Ø)
    
Schneider ATV212
    
1
  
  

    
3
    
2A3876P0003
    
Energiezähler (nach Bedarf)
    
Standard
    
1
  
  

    
4
    
2A3876P0004
    
Drucktransmitter, 0–2,5 bar abs
    
Wika S20
    
1
  
  

    
5
    
2A3876P0005 (×4)
    
Drucktransmitter mit Kühlelement, 0–16 bar
    
Wika S20
    
4
  
  

    
6
    
2A3876P0006 (×5)
    
Temperaturtransmitter, 0–150 °C
    
Wika TR 10
    
5
  
  

    
7
    
2A3876P0007
    
Durchflussmesser, 0–150 LPM (Turbinen-Typ)
    
Standard
    
1
  
  

    
8
    
–
    
Frequenzumrichter (zusätzlich, nach Bedarf)
    
Standard
    
1
  
  

    
9
    
2A3876P0009
    
Öltank, 500 L, 15 bar, vertikale Montage
    
Neometrix
    
1
  
  

    
10
    
2A3876P0010
    
Druckmessgerät, 0–21 bar, 1 % FS
    
Wika 233.50.100
    
1
  


8. Qualitätssicherung & Prüfprotokolle  
8.1. Werksabnahmeprüfung (FAT)  
Vor der Auslieferung durchläuft jeder Prüfstand:  
 ● Hydraulikintegrität: Lecktest bei 18 bar; alle Rohrleitungen/Fittings sind dicht.  
 ● Druck-/Temperaturgenauigkeit: Kalibrierzertifikate für alle Transmitter von NABL-akkreditierten Laboren.  
 ● Sichtprüfung: Abmessungen (≈ 1,3 m × 0,78 m × 1,2 m für Kompressorgestell), korrekte Beschriftung, Montage von Tastern und Manometern.  
 ● Luftbehälter: Hydrotest-Zertifikat, Schweißnachweise, Integrität der Hebeösen, korrekte Anschlussgrößen (¼″ × 2, ½″ × 2, Ein-/Auslass 1½″ × 2).  
 ● Sicherheit & Verriegelungen: Not-Aus, Alarmhupe, Signalleuchte, Motorverriegelung, Sicherheitsventilprüfung, Passwortschutz HMI.  
 ● Funktionstest:  
   • VFD schrittweise hochfahren; Kompressorstart prüfen.  
   • Ölkühlleistung: Eintritts-/Austrittstemp. (40–84 °C Bereich) aufzeichnen; Abschaltung ≤ 130 °C sicherstellen.  
   • Drucktests: Ansaug-, Betriebs- und Auslassdruck alle 10 Min. aufzeichnen; bestätigen, dass Behälter bei 12,5 bar entlüftet, Sicherheitsventil bei 14 bar öffnet.  

8.2. Standortabnahmeprüfung (SAT)  
Nach Installation bei BPCL (innerhalb von drei Wochen):  
 ● Mechanische Installation prüfen: Fundament, Nivellierung, Ausrichtung gemäß Layout.  
 ● Elektrische Anschlüsse prüfen: Eingangsstrom (3 Φ 415 VAC, 63 A), Erdung für Leistung/Instrumente, Kabelverlegung.  
 ● Funktionstest: Volllastlauf für 4.000 Std. (minimale erwartete Kompressorzuverlässigkeit) unter Aufsicht.  
 ● Dokumentationsübergabe:  
   1. Benutzer- & Wartungsanleitung (je 2-fach in Hard-/Softcopy).  
   2. Vollständige technische Zeichnungen (GA, Schaltplan, BOM).  
   3. Kompressorprüfzertifikat, 2 Jahre Garantie.  
   4. Schulung der BPCL-Bediener durch Neometrix-Serviceingenieure.  

9. Betriebsablauf  
1. Startsequenz  
 ● Ölstand im Tank prüfen; bis Markierung auffüllen.  
 ● Behälter-Ablassventil schließen.  
 ● VFD-Panel einschalten; VFD-Parameter setzen (Soll-Drehzahl/Druck).  
 ● PLC/PC hochfahren; HMI starten.  
 ● „START“ auf HMI drücken; VFD fährt hoch; Kompressor läuft an.  
 ● Öleintritts-/Austrittstemperaturen überwachen; ggf. VFD-gesteuerten Lüfter anpassen.  

2. Datenerfassung  
 ● HMI zeichnet Werte sekündlich auf: Ansaugdruck, Auslassdruck, Behälterdruck, Öltemp., Umgebung, Durchflussrate.  
 ● Alarmgrenzen: Öltemp. > 130 °C (VFD-Abschaltung), Behälterdruck > 14 bar (Sicherheitsventil öffnet).  

3. Abschaltsequenz  
 ● VFD-Geschwindigkeit über HMI schrittweise reduzieren.  
 ● Kompressor im Leerlauf auslaufen lassen.  
 ● Schrägsitzventil öffnen, um Behälterdruck abzulassen.  
 ● VFD → PLC → Hauptstrom ausschalten.  
 ● Restöl über Probenahmestelle ablassen; für Laboranalyse sammeln.  
 ● Endbericht erfassen (Öltemp., Drücke, Laufstunden, Energieverbrauch).  

10. Werkstoffe & Sicherheitsmerkmale  
 ● Baustahl: IS 2062 E 250 BR für Gestell, Behälterschale, Stützen.  
 ● Schweißstandards: Qualifizierte Schweißer; Farbeindringprüfung an kritischen Nähten.  
 ● Beschichtung: Pulverbeschichtung auf Gestell; Grundierung + Korrosionsschutz auf Behälter.  
 ● Sicherheit:  
   - Not-Aus-Taster am VFD-Panel und DAQ-Schrank.  
   - Signalleuchte (grün = bereit, gelb = in Betrieb, rot = Störung).  
   - Akustischer Alarm.  
   - Übertemperatur- & Überdruckverriegelungen.  
   - Passwortschutz an Bedienoberfläche.  

11. Verbrauchsmaterialien & Wartung  
 ● Kompressoröl: Testqualitäten (ISO VG 32, 46, 68, 100) von BPCL geliefert.  
 ● Filter:  
   - Inline-Ölfilter; Wechsel alle 200 Std.  
   - Lufttrocknerpatronen; alle 6 Monate oder bei Feuchtealarm wechseln.  
 ● Kühlmittel: Wasser/Glykol-Mischung für Ölkühler (bei Umgebung > 35 °C).  
 ● Empfohlene Ersatzteile:  
   - Drucktransmitter (ein Ersatz je Bereich), Temperatursensor (ein Ersatz).  
   - V-Belt-Satz (falls riemengetrieben); O-Ringe und Dichtungen für Flansche.  
   - Sicherungen/Leistungsschalter für VFD/PLC.  
   - Signalleuchten-Lampen, Backup-Speicher für HMI-PC.  

12. Berichterstattung & Lieferumfang  
Nach jedem Testlauf umfasst der Lieferumfang:  
1. Öl-Leistungsbericht  
 ● Öl-Ein-/Austrittstemperaturen über Zeit.  
 ● Druckkurven (Ansaug, Auslass, Behälter).  
 ● Durchflussrate über Zeit.  
 ● Beobachtungen (Schwankungen, Druckabfälle, anormale Temperaturanstiege).  

2. Kompressorprotokoll  
 ● Gesamtlaufzeit, VFD-Drehzahlprofil, Energieverbrauch (kWh).  

3. Abweichungs- & Wartungsprotokoll  
 ● Sensor-/Kalibrierungsabweichungen.  
 ● Auslösungen von Leck- oder Sicherheitsventilen.  
 ● Durchgeführte Wartung (Filterwechsel, Kupplungskontrolle).  

4. Abschlussbericht  
 ● Ergebnisse zur Öloxidation und Eignung.  
 ● Empfehlungen für nächsten Testzyklus oder Ölwechselintervalle.  

Zusammenfassung: Dieser Kompressor-Prüfstand ist eine vollständig integrierte, CE-zertifizierte Plattform, die entwickelt wurde, um:  
 ● Einen 15 kW ölüberfluteten Schraubenkompressor unter kontrollierten Bedingungen zu betreiben.  
 ● Öl/Luft zu kühlen und zu trennen, dann Testöl für Langzeitläufe (≥ 4.000 Std.) zu rezirkulieren.  
 ● Umfassende Daten über PLC/DAQ und Industrie-PC HMI zu protokollieren.  
 ● Sicherheitsstandards einzuhalten (Sicherheitsventile, Verriegelungen, Not-Aus).  
 ● Robuste, wiederholbare Tests von Kompressorschmierstoffen zu ermöglichen.