Kompressoren von Atlas Copco.

Alles, was Sie über Druckluft-Kompressoren wissen müssen

Wie funktioniert eigentlich ein Druckluftkompressor?

Im Allgemeinen gibt es zwei Methoden, Luft zu Druckluft zu verdichten:
Verdrängungskompression und dynamische Kompression.
Zur ersteren gehören die meisten heute verwendeten Kompressoren, wie Kolben- und Schraubenkompressoren. Ein Druckluftkompressor, der auf Verdrängung basiert, schließt ein Gas- oder Luftvolumen ein und erhöht dann den Druck, indem er das eingeschlossene Volumen durch die Verdrängung eines oder mehrerer beweglicher Elemente reduziert. Wenn der Druck das vorgesehene Druckverhältnis erreicht hat, wird eine Öffnung oder ein Ventil geöffnet, und die Luft wird in das Auslasssystem abgelassen. Bei der dynamischen Verdichtung wird die Luft zwischen die Schaufeln eines schnell rotierenden Verdichterlaufrads gesaugt und auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Anschließend wird sie durch einen Diffusor ausgestoßen, wo die kinetische Energie in statischen Druck umgewandelt wird.

Welche Arten von Druckluftkompressoren gibt es eigentlich?

​Die beiden bekanntesten Druckluftkompressoren sind Kolben- und Schraubenkompressoren.

Kolbenkompressoren: die ältesten und gängigsten Industriekompressoren. Die ziemlich einfachen Maschinen (ein Kolben wird zur Verdichtung von Luft in einem Zylinder verwendet), werden häufig bei Anwendungen mit einem begrenzten, intermittierenden Druckluftbedarf verwendet. Hochdruckkompressoren sind in der Regel auch auf die Kolbentechnologie angewiesen. Der niedrige Anschaffungspreis macht sie zur attraktiven Option für Heimwerker und kleine Werkstätten. Doch können sie in der Regel nicht über längere Zeiträume kontinuierlich laufen und müssen regelmäßig abkühlen. Auch sind sie mit vielen beweglichen Teilen ausgestattet, was heißt, dass sie einem höheren Verschleiß unterliegen und unter Umständen recht wartungsintensiv sind.

Aus diesem Grund greifen viele Unternehmen mit hohem Druckluftbedarf auf Schraubenkompressoren zurück. Wie der Name schon sagt, befinden sich im Herzen dieser Maschinen zwei Schrauben. Diese sind auch als Haupt- und Nebenläufer bekannt. Die Schrauben werden entweder vom Hauptläufer (bei ölgespritzten Maschinen) oder von einem Synchroniationsgetriebe (bei ölfreien Maschinen) angetrieben. In beiden Fällen drehen sich der Haupt- und Nebenrotor in entgegengesetzter Richtung, wodurch Luft zwischen den beiden Rotoren angesaugt wird. Mit fortschreitendem Zyklus führt der verringerte Abstand zwischen den Rotoren und ihrem Gehäuse zu einer Luftkompression. Diese komprimierte Luft wird zum Auslass verdrängt. Verglichen mit Kolbenkompressoren bieten Schraubenkompressoren viele Vorteile. Sie sind zwar in der Anschaffung etwas teurer, können aber viele Stunden lang ununterbrochen laufen, sind effizienter, erzeugen weniger Lärm (können daher an mehr Orten installiert werden) und erfordern weniger Wartung. ​

Neben diesen beiden Arten von Druckluft Kompressoren gibt es noch viele andere, die weniger häufig verwendet werden. Hier ist ein kurzer Überblick:

Membrankompressoren

Bei diesen Kompressoren wird die Membran mechanisch oder hydraulisch betätigt. Während mechanische Membrankompressoren bei geringem Durchfluss und niedrigem Druck oder als Vakuumpumpen eingesetzt werden, werden hydraulische Membrankompressoren für Hochdruckanwendungen verwendet.

Drehzahnkompressoren

Wie bei Schraubenkompressoren gibt es bei der Zahntechnik zwei Rotoren. Sie drehen sich in einem Verdichtungsraum gegenläufig. Die Rotoren, die immer synchronisiert sind, werden durch Zahnräder gesteuert. Wenn sie sich zueinander drehen, saugen sie Luft an, die dann komprimiert wird, bevor sie durch eine Auslassöffnung nach außen gedrückt wird. Drehzahnkompressoren werden oft dort eingesetzt, wo besonders reine Luft benötigt wird, z. B. im Gesundheits- oder Pharmabereich, wenn die Druckluft mit Lebensmitteln in Kontakt kommt oder in der Elektronikindustrie.

Scrollkompressoren

Scroll-Kompressoren arbeiten ebenfalls nach dem Verdrängungsprinzip. Das Verdichterelement besteht aus einer in einem Gehäuse befestigten Statorspirale und einer motorgetriebenen, exzentrischen, umlaufenden Spirale. Die Spiralen sind mit einer Phasenverschiebung von 180° montiert, um Lufttaschen mit einem allmählich variierenden Volumen zu bilden. Wenn sich die kreisende Spirale bewegt, wird Luft angesaugt und in einer der Lufttaschen eingeschlossen, wo sie allmählich komprimiert wird, während sie sich zur Mitte hin bewegt, wo sich die Auslassöffnung und ein Rückschlagventil befinden. Scrollkompressoren sind effizient und leise. Sie werden häufig für Kühlprozesse eingesetzt – von Wohnklimaanlagen bis hin zu industriellen Kühllösungen.

Lamellenkompressoren

Lamellenkompressoren bestehen aus einem Rotor mit radialen, beweglichen Schaufeln (i.d.R. aus speziellen Gusslegierungen), der exzentrisch in einem Statorgehäuse montiert ist. Bei seiner Drehung werden die Schaufeln durch Zentrifugalkraft gegen die Statorwände gedrückt. Luft wird angesaugt, wenn sich der Abstand zwischen Rotor und Stator vergrößert. Sie wird dann in den verschiedenen Verdichtertaschen aufgefangen, deren Volumen mit der Rotation abnimmt. Die Luft wird ausgestoßen, wenn die Schaufeln die Auslassöffnung passieren. Lamellenkompressoren sind vielseitig einsetzbar - überall, von der Landwirtschaft über den Energiesektor bis zur Automobilindustrie. Darüber hinaus werden Lamellenkompressoren auch in der Pharmazie, Medizin und Zahnmedizin eingesetzt.

Drehkolbengebläse (Roots-Gebläse)

Drehkolbengebläse (Roots-Gebläse) sind ventillose Verdrängerkompressoren ohne interne Verdichtung. Ein Drehkolbengebläse spielt seine Stärken speziell im Niederdruckbereich (bis ca. 1400 mbar) aus. Ein Roots-Gebläse besteht aus zwei Rotoren, die sich in entgegengesetzter Richtung drehen. Sobald die Kompressionskammer mit der Auslassöffnung in Berührung kommt, strömt die komprimierte Luft von der Druckseite zurück in das Gehäuse. Da sich das Volumen des Verdichtungsraums bei fortgesetzter Drehung verringert, findet eine weitere Verdichtung statt. Neben den oben genannten Verdrängungskompressoren gibt es auch verschiedene dynamische Kompressoren.

Turbokompressoren

Diese Kompressoren zeichnen sich durch ihren radialen Auslassstrom aus. Zunächst wird die Luft in das Zentrum eines rotierenden Laufrads mit radialen Schaufeln gesaugt. Dann wird sie durch die Zentrifugalkräfte zum Rand des Laufrads hinausgedrückt. Die radiale Bewegung der Luft führt gleichzeitig zu einem Druckanstieg und zur Erzeugung von kinetischer Energie. Bevor die Luft in das Zentrum des Laufrads der nächsten Verdichterstufe geleitet wird, passiert sie einen Diffusor und eine Spirale. Hier wird die kinetische Energie in Druck umgewandelt. Die Laufradwelle erreicht extrem hohe Drehzahlen. Mit 15.000 bis 100.000 Umdrehungen pro Minute liegen sie weit über denen der oben genannten Kompressoren.

Axialkompressoren

Diese Kompressoren haben eine axiale Strömung, d. h. die Luft strömt entlang der Kompressorwelle durch Reihen von rotierenden und feststehenden Schaufeln. Dadurch wird die Geschwindigkeit der Luft allmählich erhöht, während die feststehenden Schaufeln die kinetische Energie in Druck umwandeln. Zum Ausgleich des Axialschubs ist in der Regel eine Ausgleichstrommel in den Kompressor eingebaut. Axialkompressoren sind im Allgemeinen kleiner und leichter als die entsprechenden Zentrifugalkompressoren und arbeiten normalerweise mit höheren Drehzahlen. Sie werden für konstante und hohe Volumenströme bei relativ moderatem Druck eingesetzt, zum Beispiel in Belüftungssystemen. Aufgrund ihrer hohen Drehzahl sind sie für die Stromerzeugung und den Antrieb von Flugzeugen ideal geeignet und werden hierfür an Gasturbinen gekoppelt. 

Wie man den idealen Druckluftkompressor findet:

Die Suche nach dem optimalen Kompressor beginnt mit der Bestimmung seiner Größe. Dies ist deshalb so wichtig, weil für die Komprimierung von Luft eine Menge Energie benötigt wird. Wenn der Kompressor zu groß ist, besteht die Gefahr, dass viel Energie verschwendet wird (vor allem, wenn Sie ein Modell mit fester Drehzahl wählen). Und das verursacht unnötige Kosten für Ihren Betrieb.

Ist der Kompressor dagegen zu klein, können Sie Ihren Bedarf nicht decken. Aus diesem Grund ist es auch wichtig, eine eventuelle zukünftige Erweiterung zu berücksichtigen. Indem Sie Ihren künftigen Druckluftbedarf einkalkulieren, können Sie vermeiden, dass Sie zu früh wieder einen neuen Kompressor kaufen müssen. Doch wie dimensioniert man einen Kompressor richtig?

Die richtige Wahl des Druckluftkompressors ist deshalb so wichtig, weil für die Verdichtung der Luft eine Menge Energie benötigt wird. Wenn der Druckluft-Kompressor zu groß ist, besteht die Gefahr, dass Sie viel Energie verschwenden (vor allem, wenn Sie ein Modell mit fester Drehzahl wählen). Und das verursacht unnötige Kosten für Ihren Betrieb.

Ist der Druckluft-Kompressor hingegen zu klein, werden Sie Ihren Bedarf nicht decken können. Aus diesem Grund ist es auch wichtig, eine eventuelle zukünftige Erweiterung zu berücksichtigen. Indem Sie Ihren künftigen Druckluftbedarf einkalkulieren, können Sie vermeiden, dass Sie zu früh wieder einen neuen Kompressor kaufen müssen. Aber wie dimensioniert man einen Kompressor richtig?

Ermittlung des Luftbedarfs und des Arbeitsdrucks

Um die ideale Größe für Ihren Kompressor zu ermitteln, sollten Sie Ihren Luftbedarf und Arbeitsdruck kennen. Letzterer wird in Pfund pro Quadratzoll (psi) oder bar (metrisches Maß für den Druck) gemessen. Wenn Sie mit diesen Begriffen nicht vertraut sind, stellen Sie sich den Druck einfach als die Kraft vor, die erforderlich ist, um eine Aufgabe zu einem bestimmten Zeitpunkt auszuführen. Um auf unser früheres Beispiel zurückzukommen: Es ist die Kraft, die Sie aufwenden müssen, um Luft aus Ihrem Mund in die kleine Öffnung eines Luftballons zu drücken. Um die Aufgabe zu bewältigen, ohne Energie zu verschwenden, müssen Sie dafür sorgen, dass der Druck genau richtig ist.

Der Luftbedarf hingegen bezieht sich auf das Gesamtvolumen der benötigten Druckluft. Er errechnet sich aus der Summe des Luftverbrauchs aller angeschlossenen Werkzeuge, Maschinen und Prozesse und der Abschätzung ihres individuellen Auslastungsfaktors nach Erfahrungswerten. Darüber hinaus sollten Sie bei der Dimensionierung des Kompressors auch Leckagen, Verschleiß und zukünftige Änderungen des Luftbedarfs berücksichtigen.

Wenn Sie sich zutrauen, Ihren eigenen Luftbedarf und Arbeitsdruck zu ermitteln, dann sollten Sie diesen berechnen und regelmäßig neu bewerten. Wenn Sie jedoch Hilfe bei dieser Aufgabe benötigen, wenden Sie sich an einen Atlas Copco Vertreter, der Sie gerne unterstützt.