Hilfeartikel
Kompressoren / Verdichter
1. Das Grundprinzip:
Um Druckluft zu erzeugen, muss ein Verdichter (Kompressor) Luft ansaugen und "einschließen". Nun wird die eingeschlossene Luft oder das Gas „zusammendrückt“ (Luftpumpenprinzip) und erzeugt dabei Energie. Der Kompressor zieht also Luft ins Gerät, verkleinert durch Zusammendrücken das Volumen der Luft und es entsteht Druckluft. Viele Arbeitsbereiche und Druckluftmaschinen können nun mit dieser Energie arbeiten.
Die Druckluft, bzw. die entstandene Energie wird in einem Druckluftbehälter gespeichert. Je größer der Kessel ist, also je mehr Volumen er besitzt, desto seltener muss der Kompressor laufen, spart damit Energie und umso reibungsloser laufen die Arbeitsvorgänge.
Unsere Luft:
Sie besteht zu ca. 78% aus Stickstoff und 21% Sauerstoff sowie 1% anderer Gase. Somit ist Luft selbst ein Gasgemisch. Sie hat die Fähigkeit, Wasserdampf aufzunehmen, je höher die Temperatur steigt, desto mehr nimmt sie auf. Dieser muss aus der Druckluft später wieder entfernt werden.
Zwei verschieden Methoden der Luftverdichtung:
Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Methoden zur Luft- / Gasverdichtung, alle weiteren leiten sich von diesen beiden ab.
- Das Verdrängungsprinzip (Kolben- und Rotationsverdichter, die häufigste Einsatzart)
- Das Turboprinzip
Der Unterschied: Der Turbokompressor ist ein Kompressor mit einem sich veränderten Volumenstrom, aber nahezu konstantem Druck. Beim Verdrängerkompressor ist es genau umgekehrt. Hier ist der Volumenstrom konstant, aber der Druck verändert sich.
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Verdrängerkompressoren / Kolbenkompressoren
Eine Fahrradluftpumpe ist die einfachste Form eines Verdrängerkompressors. Von der Pumpe wird Luft in einen Zylinder gesaugt und durch einen beweglichen Kolben verdichtet.
Er ist der älteste und am häufigsten eingesetzte Kompressortyp. Hier wird die Luft in einen Verdichtungsraum gesaugt und eingeschlossen. Jetzt wird das Volumen des Raumes verringert und die Luft damit verdichtet. Sind dieser Druck und der Druck in der Leitung gleich, öffnet sich ein Ventil und die Luft wird vom Kolben in die Leitung geschoben.
Es gibt ihn in den Varianten einfach oder doppelt wirkende, ölfreie oder ölgeschmierte Kompressoren, mit verschiedenen Zylinderzahlen und deren unterschiedlicher Anordnung.
Schraubenkompressoren
Wenn Sie in Ihrem Arbeitsbereich Druckluft über längere Zeit und einem konstanten Druck benötigen, sind sie sehr gut geeignet. Daher kommen sie meistens im Gewerbe, Handwerk oder der Industrie zum Einsatz.
Das Prinzip eines rotierenden Verdrängerkompressors mit einem „Kolben“ in Schraubenform wurde bereits in den dreißiger Jahren entwickelt. Damals wurden Kompressoren mit einem großen und möglichst konstanten Volumenstrom bei unterschiedlichsten Betriebszuständen benötigt.
Die Hauptbestandteile eines Schraubenelementes sind der Haupt- und der Nebenläufer. Diese schließen zusammen mit dem Gehäuse ein Volumen ein, verkleinern dieses durch die Rotation, verdichten so die dort enthaltene Luft und schieben diese Luft anschließend aus. Jedes Schraubenelement besitzt ein durch seine Konstruktion festgelegtes Druckverhältnis, das von seiner Länge, der Steigung der Schraube und der Position und Form der Austrittsöffnung abhängt.
3. Gedanken zum Einsatz:
Wo kann ich ihn überall einsetzen?
Kompressoren machen viele Arbeiten leichter – auch daheim. Das Aufpumpen von Reifen, Schlagschraubereinsatz für den Radwechsel oder der Druckluftnagler für Hobbybastler, Meißelhämmer auf der Baustelle sind nur ein paar Bespiele dafür.
Da es viele Kompressoren gibt, ist auch der Einsatz sehr vielfältig. Sie können je nach Art und Größe im Haus, Garten, Werkstatt, Baustellen, bis hin zum industriellen Großbetrieb eingesetzt werden. Sie können ihn mobil oder stationär verwenden. Es gibt kaum Grenzen dafür.
Anschaffung für den Privatgebrauch:
Die erste Überlegung ist wie immer: wofür möchte ich ihn verwenden? Danach richtet sich das Fassungsvermögen des Kessels (Druckluftbehälter) und desto höher ist die Leistung. Druckluftwerkzeuge benötigen relativ viel Druck – Schlagschrauber ca. 6 bar.
4. Die Planung der Kompressorsstation
Wenn ein Kompressor oder eine Kompressorstation angeschafft werden sollen, sind die Überlegungen meist die gleichen.
- Für welche Anwendung benötige ich die Druckluft?
- Wie ist der Kompressor ausgelastet?
- Überlegung, wie groß alles werden soll – max. Liefermenge m3/min
- Wieviel Druck muss aufgebaut werden?
- Überlegung, ob ich mein Ziel damit erreichen kann.
- Kann ich später auch aufrüsten oder brauche ich ein neues System?
- Schaffe ich es, niedrige Betriebskosten zu erzielen?
Druckluftmenge berechnen:
Kann ich diese Fragen schon einmal für mich beantworten, geht es ins Detail. Besonders wichtig ist die Menge der benötigten Druckluft. Hinzukommt noch eine eingeplante Reserve und natürlich der Blick in die Zukunft, ob die Menge evtl. einmal ansteigen könnte. Alles dies sollte genau berechnet werden, damit nicht in kurzer Zeit neue Baumaßnahmen stattfinden müssen.
Die Auslastung des Kompressors entscheidet auch über die Verdichtungsart, d.h. ob Kolben- oder Schraubenkompressor.
Besonders wichtig ist der sog. Betriebsüberdruck. Der Energiebedarf wird natürlich kleiner, wenn der Kompressor nicht die ganze Zeit laufen muss, weil er ständig am Limit ist. So kann es in großen Firmen durchaus sinnvoll sein, verschiedene Kompressoren mit einem unterschiedlichen Druckniveaus zu verwenden oder den Kompressor nach dem größten Druckluftverbrauch auszurichten und mit Druckreduzierventilen zu arbeiten. Auch aus ökonomischer Sicht gesehen. Eine fehlerhafte Planung kann sonst schnell viel Geld kosten und oft sind Fehler im Nachhinein nur schwer zu beheben.
Mengenberechnung Volumenstrom:
Eine Liste erstellen, wie viele Verbraucher sind angeschlossen und wie viel Druckluft wird gebraucht.
Wie viele Verbraucher laufen wie lange gleichzeitig und wieviel Luft verbrauchen sie?
Jetzt noch die Reserve und den Druckverlust mit einberechnen, dann habe ich den Betriebsüberdruck und anhand von ihm kann nun die Größe des Kompressors berechnet werden.
Welches Bauteil welchen Druckverlust hat, kann in der Regel den Handbüchern entnommen werden.
Es sollte auch die Möglichkeit mit einbezogen werden, in eine kleine Anlage evtl. mobile Geräte zu Stoßzeiten mit aufnehmen zu können.
Mit überlegen, ob es Zeiten gibt, in denen der Bedarf bzw. der Druck abgesenkt werden können (z.B. über eine Woche gerechnet).
Dimension des Druckluftnetzes:
Es sollte bedacht werden, dass der Betriebsdruck den der Kompressor erzeugt, nicht der ist, der auch am Verbraucher ankommt. Es entstehen immer Verluste durch die Länge der Leitungen, wenn Richtungswechsel notwendig sind, durch den Einsatz von Ventilen u. v. m.
Malen Sie sich eine maßstabsgetreue Zeichnung aller Leitungen, der notwendigen Längen, wo sitzen Ventile, wo sind Richtungsänderungen notwendig usw. So lässt sich der Rohrleitungsdurchmesser und die Größe des Kompressors leicht berechnen.
Die Druckluftverteilung
Für einen effizienten Betriebsablauf sollten Sie an folgende Punkte denken:
- Druckverlust zwischen Kompressor und Verbraucher muss so gering wie möglich sein.
- Die Leckagemenge muss sehr niedrig sein.
- Eine gute Kondensatabscheidung muss vorhanden sein.
Wählen Sie die Leitungen aus Sparsamkeit zu klein, kann es Ihnen passieren, dass Sie später durch zusätzliche oder Neuinstallation mehr Geld ausgeben müssen. Druckluftverlust, kann man zwar durch Erhöhung der Kompressorleistung oft ausgleichen, dies führt aber wiederum zu höheren Energiekosten.
Sehr gut wurde gearbeitet, wenn der Druckluftverlust zwischen dem Verbraucher, der am weitesten entfernt ist und dem Kompressor höchstens 0,1 bar beträgt (ohne die Verluste durch die Leitungen usw.).
Oft empfehlen sich hier sog. Ringleitungen, die dann jeweils einzelne Leitungen zu den Verbrauchern wegführen.
Die Druckluftqualität:
Die Qualität der Luft ist abhängig vom Gebiet aus dem ich die Luft absauge,dem dort betriebenen Umweltschutz. Hinzukommt wieviel Wasserdampf in der Luft enthalten ist und ob Öl und weitere Stoffe in der Luft enthalten sind. Die Anwendung bestimmt letztendlich die Druckluftqualität. Schlechte Luft kann zu schlechter Energie führen und somit zu Mängel in der Produktqualität und der Arbeitsqualität. So muss hier auf Geräte zur Luftsäuberung (Filter, Nachkühler, Wasserabscheider usw.) geachtet werden, sonst wird aus einer billigen Lösung für die Druckluftqualität eine teure Lösung durch viel Ausschuss am Endprodukt.
Viele Firmen saugen die Luft unter der Schallschutzhaube an, es kann aber sinnvoll sein, den Ansaugort zu verlegen. Die Begutachtung sollte dann sehr genau stattfinden. Eine Ansaugstelle am Wochenende festzulegen und dann unter der Woche festzustellen, dass dort Kraftfahrzeuge mit laufenden Motoren stehen ist nicht sehr sinnvoll.
Sind keine „perfekte Möglichkeiten“ vorhanden, muss notfalls mit Vorfiltern / Zyklonfiltern gearbeitet werden. Diesen Druckluftverlust natürlich mit einberechnen.
Die Luft sollte so kalt wie möglich angesaugt werden. Nicht in der Sonne, besser die Nordseite eines Gebäudes. Die Ansaugrohre groß genug wählen, um hier schon den Druckverlust gering zu halten.
Wasserdampf in der Druckluft:
Luft enthält Wasserdampf und somit Feuchtigkeit. So können folgende Probleme entstehen:
- Hohe Wartungskosten
- Leistungsverlust bei den Werkzeugen
- Verkürzte Standzeiten
- Hoher Ausschuss beim Endprodukt
Hier müssen Abhilfen in Form von Nachkühlern, Trocknern oder Wasserabscheidern getroffen werden. Auch über Öl in der Druckluft oder Mikroorganismen sollte nachgedacht werden. So sollte die relative Luftfeuchtigkeit kleiner als 40% sein, um gegen Bakterien zu wirken.
Abgeschiedenes Öl in Tröpfchenform befindet sich dann meist in Nachkühlern oder im Wasserabscheider zusammen mit dem entzogenen (kondensierten) Wasser. Dieses Gemisch muss als Sonderabfall wie Altöl behandelt werden!
Platzbedarf:
Es sollte für lange Zeit geprüft und festgelegt werden, ob die Anlage mobil oder stationär, zentral oder dezentral aufgestellt wird. Dies hat Auswirkungen auf den Platzbedarf und evtl. spätere Erweiterungen.
Mittlerweile werden die meisten Kompressoren mit ihren verschiedenen Bauteilen von dem jeweiligen Hersteller zusammen hergestellt und geliefert. Langwierige Anpassungen verschiedener Komponenten von verschiedenen Herstellern wie früher, sind nicht mehr notwendig. So wird der Platzbedarf kleiner, alle Teile funktionieren gemeinsam, ich habe einen Ansprechpartner und die Einsatzfähigkeit ist wesentlich schneller möglich.
Besser ein großer oder mehrere kleine Kompressoren?
Die Frage hängt von der Bedeutung eines Druckluftausfalles ab und den dadurch entstehenden Schaden, in Relation zu den Finanzen für mehrere Kompressoren. Sie ist auch abhängig, ob ausreichend elektrische Energie vom Stromnetz her vorhanden ist oder ob es große Druckluftschwankungen in der Produktion gibt. Eine pauschale Antwort ist daher leider nicht möglich. Wenn Sie hier oder zu anderen Bereichen Fragen haben, dann wenden Sie sich einfach an uns und wir helfen Ihnen gerne weiter!
Wassergekühlte Kompressoren:
Das Kühlwassersystem kann aus drei verschiedenen Möglichkeiten ausgewählt werden
- Kühlwassersystem offen, ohne Kreislaufwasser
- Kühlwassersystem offen, mit Kreislaufwasser
- Kühlwassersystem geschlossen
Mobile Kompressoren:
- Meistens werden für fahrbare Kompressoren Dieselmotoren verwendet.
- In der Regel handelt es sich um einen öleingespritzten Schraubenkompressor.
- Ölfrei verdichtende, fahrbare Kompressoren werden nur in einigen wenigen Bereichen eingesetzt.
- Sie sind sehr zuverlässig
- Einfacher Service
- Kompakte Abmessungen
- Geringes Gewicht
- Zusatzgeräte wie Nachkühler, Filter, Schmierölsysteme sind jederzeit nachrüstbar
- Generatorausstattung für 230 V / 400 V möglich
Diese Dieselmotoren sind heutzutage vom Energiebedarf und Schallgeräuschen so umweltfreundlich, dass sie die strengen Richtlinien der Euro-1-Norm sogar unterschreiten.
Vorteile zentraler Kompressoren:
- Oft aus Kostengründen gewählt.
- Keine sehr hohen Investitionskosten bei späterer Erweiterung.
- Weniger Überwachung und / oder Wartung notwendig.
- Leichterer Einbau der Wärmerückgewinnung.
- Schallschutz, Belüftung und weitere Bauteile können leichter verbaut werden.
- Eine Anlage aus mehreren Kompressoren mit unterschiedlichen Größen lässt sich besser steuern.
Anforderung an den Kompressorraum:
- Der Lärm der Kompressoren soll nicht zu Beeinträchtigung der Arbeitsqualität führen
- Möglichkeiten zur Belüftung muss gegeben sein
- Wärmeableitung aus dem Raum muss möglich sein
- Möglichkeiten zur Kondensatentsorgung, gesetzmäßiger Abfluss oder ähnliches
- Entsorgung von gefährlichen Luftgemischen zur Vermeidung von Explosionsgefahr
- Groß genug für spätere Erweiterungen, auch in der Höhe
- Platzbedarf für die Wartungstechniker ergibt Sicherheit beim Arbeiten
- Möglichkeit, schwere Bauteile mit Maschinen heben zu können; bei sehr großen Anlagen ist es von Vorteil, wenn sich Hubgeräte wie Gabelstapler dort bewegen können
- Verteilung der Druckluft sollte einfach möglich sein
- Deckenhöhe mit bedenken, die Geräte müssen Platz zum Anheben haben
- Anschluss an die Kanalisation von Vorteil
Sollten Sie keinen Platz im Gebäude finden und sind gezwungen, den Kompressor außerhalb aufzustellen, dann kommen noch folgende Punkte hinzu:
- Frostschutz für das Kondensat
- Einfrieren muss verhindert werden
- Das Ansaugen der Luft muss schnee- und eisfrei möglich sein
- Nicht auf die Erde stellen sondern besser auf eine gegossene Betonplatte
- Schutz vor Staub und Dreck
- Schutz vor unbefugten Betreten
Wärmerückgewinnung:
Wärme entsteht, sobald Luft verdichtet wird. Das merken Sie schon, wenn Sie einen Fahrradreifen aufpumpen und an die Luftpumpe langen. Wärme muss, gerade bei sehr großen Anlagen, aus der Luft entfernt werden. Dies kann durch Wasser- oder Luftkühlung geschehen. Es sollte nicht die günstigste Anlage genommen werden, sondern längerfristig gedacht und überlegt werden, welche ökonomische Anlagen sich anbieten. Sie machen sich meist schneller bezahlt als man annimmt. Oft können mehr als 90% der verbrauchten Energie als Wärme zurückgewonnen werden. Wenn man überlegt, dass bei großen Anlagen bis zu ca. 80% der Gesamtkosten, Energiekosten sind, merkt man, wie wichtig es ist, sich um diesen Bereich zu kümmern. Je mehr zurückgewonnen und wieder verwendet werden kann, desto besser ist der Wirkungsgrad der Anlage.
Dies sind ein paar grundlegende Informationen zum Einsatz von Kompressoren, sie sollen helfen, schon einmal Ansatzpunkte zum Bau einer Kompressoranlage oder Art des Kompressors zu geben. Um diesen Beitrag nicht zu lang werden zu lassen, wurde nicht auf jedes kleinste Detail eingegangen.
Wie oben schon einmal dargestellt, können Sie uns jederzeit anrufen und wir helfen Ihnen gerne weiter. Wir können Ihnen in unserm Wirkungskreis rund 120 km um Würzburg herum, die komplette Anlage mit Hochdruckreiniger oder Mitteldruck-Reinigungsanlage, den dazugehörigen Speichern usw., alles aus einer Hand anbieten und fachgerecht montieren.