Verdichtertechnik in der Industrie: Funktionale Kompressoren für diverse Anwendungen

Kompressoren erzeugen durch Verdichtung Energie, die Geräte und technische Anwendungen antreibt. Ihr vorrangiges Einsatzgebiet ist die Industrie, doch auch Heimwerker können sie nutzen.

Die grundsätzliche Funktionsweise von Kompressoren

Ein Kompressor oder Verdichter saugt Luft an, um sie zusammenzupressen und in seinem Kessel zu speichern. Hier hat die angesaugte Luft ein geringeres Volumen und einen entsprechend hohen Druck. Wenn sie aus dem Kessel entlassen wird, kommt es zur Ausdehnung der Luft, wobei Energie freigesetzt wird. Mit dieser lassen sich Werkzeuge und Maschinen betreiben. Teilweise werden die Kompressoren auch zum Verdichten von Gasen genutzt,

Mit dieser Grundfunktion eignen sich die Kompressoren vor allem für gewerbliche Werkstätten und industrielle Anwendungen. Mittlerweile findet man sie außerdem in immer mehr privaten Haushalten. Hier werden meistens Kolbenkompressoren verwendet, wenn die Heimwerker ihre Tätigkeiten durchführen.

Video: Fanwerkstatt – Kompressor

Kompressoren: Kenngrößen und Bauvarianten

Die folgenden Daten sind bei der Auswahl eines Kompressors zu beachten:

Die Liefermenge gibt das Volumen der ausgestoßenen Luft oder des Gases pro Zeiteinheit an,
der Betriebsdruck kennzeichnet den maximalen Überdruck,
das Druckverhältnis gleicht den Saugdruck mit dem Enddruck ab,
der Liefergrad bezieht sich auf das Verhältnis zwischen dem geförderten und dem theoretisch möglichen Volumenstrom, bemessen nach der Druckluft,
der Normvolumenstrom erlaubt einen gezielten Vergleich mehrerer Kompressoren und rechnet den Volumenstrom auf die Normbedingungen um (Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Druck).

Abhängig vom Einsatzgebiet kann man sich für diverse Bauformen bei den Kompressoren entscheiden. Unter anderem gibt es Schraubenverdichter und Hubkolbenkompressoren, Turboverdichter, Wobble-Plates, Saitenkanal- und Membranverdichter.

Wissenswerte Details zum Druckluft-Verdichter

Um Gas im Volumen zu verringern, muss ein Kompressor eingesetzt werden. Dieser liefert den nötigen Betriebsdruck für die Verdichtung. Durch den Einsatz des nötigen Betriebsdrucks kommt es zum Zusammenpressen des Ansaugvolumens, das in der Folge ein entsprechend kleineres Volumen hat. Dadurch entsteht ein höherer Druck, außerdem wird das Gas durch den Vorgang der Verdichtung erwärmt.

Die Komprimierung beim Verdichten basiert auf einer genauen Erkennung des Druckzustands. Hier spricht man vom Saugvolumenstrom und Austrittsvolumenstrom, unter Berücksichtigung des Enddrucks oder des Normvolumenstroms.

Um diese Aufgabe zu erfüllen, ist der Kompressor mit einem Motor ausgerüstet, der den Verdichter aktiviert. Häufig wird die gesamte Maschine als Verdichter bezeichnet, dabei handelt es sich im Grunde genommen nur um eine Komponente des Kompressors.

Kompressoren erzeugen durch Verdichtung Energie, die Geräte und technische Anwendungen antreibt. Ihr vorrangiges Einsatzgebiet ist die Industrie, doch auch Heimwerker können sie nutzen. (#01)

Die Kontrolle des Drucks

Die komprimierte Luft bleibt in einem Druckbehälter und wird nicht gleich wieder herausgestoßen. Hier unterscheiden sich die Kompressoren von Luftpumpen. Durch diese Eigenschaft kann ein Druckbehälter eine Luftmenge speichern, die größer ist als die Fördermenge des Kolbens.

Der Kolben, der sich in einem Zylinder bewegt, saugt die Luft in den Kompressor hinein. Einlass- und Auslassventil sorgen dafür, dass hierbei keine Luft wieder austreten kann und die Verdichtung starten kann. Später kann die gespeicherte und komprimierte Luft als Gesamtvolumen herausgestoßen werden. Dabei muss der Motor des Kompressors nicht kontinuierlich arbeiten.

Im Kompressor überwacht ein Manometer den Innendruck im Kessel. Wenn der Betriebsdruck erreicht ist, kann das entsprechende Werkzeug eingesetzt werden. Der Kompressor reagiert ebenfalls auf den Kesseldruck: Bei einem Unterschreiten des voreingestellten Mindestdrucks kommt es zum Motorstart des Kompressors, damit der Kessel wieder aufgefüllt wird. Die Pumpe stoppt automatisch, wenn der Maximaldruck erreicht ist. Ein Sicherheitsventil vermeidet einen Überdruck und lässt gegebenenfalls Druck ab.

Mehr Details zur Liefermenge

Anhand des erforderlichen Betriebsdrucks und der möglichen Liefermenge wird festgelegt, wie effektiv die Kompressoren arbeiten und für welche Anwendungen sie sich eignen. Die Liefermenge ist das ausgestoßene Luftvolumen pro Zeiteinheit. Die standardisierte Einheit wird bei größeren Anlagen für den industriellen Einsatz mit m3/min angegeben, bei kleineren Geräten in Liter/min.

Die theoretisch mögliche Ansaugleistung bezogen auf das Hubvolumen und die Drehzahl liefert keine genaue Angabe zur tatsächlichen Liefermenge. Das liegt daran, dass bei dieser Berechnung der volumetrische Füllungsgrad nicht berücksichtigt wird. Darum ist es wichtig, vor allem die Kenngröße der Liefermenge und des Betriebsdrucks zu überprüfen.

Video: 3D-Animation: Funktionsweise eines Schraubenkompressors

Der Schraubenkompressor

Zu den besonders häufig eingesetzten Verdichtern gehören die Kolbenkompressoren sowie die Schraubenkompressoren. Ein Schraubenkompressor hat besonders viele Möglichkeiten der Modifikation und Erweiterung. Es gibt zahlreiche Zubehörteile, um ihn an die eigenen Bedürfnisse anzupassen.
Mit seiner schraubenförmigen Bauart und dem gleichmäßigen Gewinde verursacht der Schraubenkompressor im Vergleich zum Kolbenkompressor nur ein geringes Geräusch. Die saubere Gewindesteigung ist außerdem für eine gleichbleibende Hohlraumausprägung verantwortlich. Beim Drehen des Rotors verändert sich das Volumen erst dann, wenn sich das Rotorprofil auf der Achse verschiebt oder wenn in den Rotorabschnitten eine stufenweise Veränderungen durchgeführt wird.

Mehr Infos zur Funktionsweise des Schraubenkompressors

Bei einem Schraubenkompressor handelt es sich um einen rotierenden, zweiwelligen Verdrängerverdichter. Er wird auch als Rotationsverdichter bezeichnet und funktioniert nach dem Prinzip der inneren Komprimierung. Schraubenkompressoren von AERZEN haben sich schon seit den 1940er Jahren bewährt und zeigen eine hohe Entwicklungskompetenz. Die ständigen Innovationen sorgen für eine hervorragende Leistung und eine optimale Effizienz der Produkte

Typisch für die Schraubenverdichter ist die pulsationsfreie Förderfunktion, die darauf basiert, dass keine oszillierenden Massen vorhanden sind. Es gibt kein Auf und Ab von Kolben und oder anderen Steuerorganen. Selbst bei nur geringen Abmessungen und einer kleinen Masse lässt sich ein starker Überdruck aufbauen.
Durch diese Eigenschaften eignen sich die Schraubenverdichter nicht nur für größere Anlagen in der Industrie, sondern auch für Werkzeuge in der Heimwerkstatt.

Bei der Auswahl eines Kompressors geht es darum, die Luftmenge auf die zukünftigen Anwendungen abzustimmen und darauf zu achten, dass der Verdichter die erforderliche Leistung erbringt. Dadurch, dass das Werkzeug selbst keinen zusätzlichen Antrieb benötigt, kann man mit diesem leicht hantieren. (#02)

Wissenswertes zum Aufbau des Schraubenkompressors

Bei einem Schraubenverdichter sind mindestens zwei Rotoren verbaut, die gegeneinander rotieren. Oft handelt es sich sogar um mehrere Rotoren, die von einem Gehäuse umschlossen werden. Die Rotoren verfügen über ein gleichmäßiges, gewindeförmiges Profil und greifen im Betrieb wie perfekt arbeitende Zahnräder ineinander. Auf diese Weise werden Hohlräume geschaffen, die als Förderräume funktionieren und das Medium – Luft oder Gas – ins Innere bringen und dort verdichten. Wenn die Rotoren in ihre Drehbewegung versetzt werden, fördern sie das betreffende Medium von der Einlassöffnung in Richtung der Druckseite, also zum Auslass.

Durch die rotierenden Komponenten wirken nur geringe mechanische Kräfte. Diese werden bei Bedarf etwas gebremst oder beschleunigt, was nur wenig Schallgeräusche verursacht.

Gegenüber anderen Verdichtern haben die Schraubenkompressoren die folgenden Vorteile:

Niedrige Resonanzschwingung und entsprechend leiser Betrieb,
geringe Belastung des Motors,
nur wenige Elemente bewegen sich im Betrieb,
es ist keine Oszillation wahrzunehmen.

Als Gegenbeispiel zum Schraubenkompressor arbeitet ein Kolbenkompressor zwar sehr kraftvoll, doch er ist weniger effektiv und deutlich lauter. Durch die Arbeit der Kolben geht beim Ansaugen rund ein Zehntel der Luft verloren, was bei dem Schraubenverdichter nicht der Fall ist. Dieser Effekt beim Kolbenkompressor ist als „Blow Dry“ bekannt. Er beeinflusst die Ansaugleistung und wirkt sich damit negativ auf die Wirtschaftlichkeit des Systems aus.

Video: GEA Bock Animationsfilm HG34 CO2 T

Einsatzbereiche für Kompressoren

Viele Geräte arbeiten mit Druckluft, wobei zwischen industriellen Anlagen und kleineren Werkzeugen unterschieden wird. Diese Druckluftgeräte lassen sich mit dem passenden Druckschlauch direkt mit dem Kompressor verbinden. Ein solcher Verdichter kann entweder stationär installiert oder als transportable Basis verwendet werden.

Im eingesetzten Werkzeug ist die Druckluft, die bei der Inbetriebnahme aus dem Verdichter kommt, für die Energiezufuhr zuständig. Zu den typischen Druckluftmaschinen gehören beispielsweise Farbsprüh- und Sandstrahlpistolen sowie Reifendruckmesser. Auch Druckluftschleifer, -schrauber und ähnliches Werkzeug sind im Einsatz.

Auf dem Bau und in Werkstätten lassen sich die Geräte, die mit Druckluft funktionieren, gut handhaben. Der Kompressor mit kleinem oder größeren Druckkessel kann entweder transportabel sein oder fest eingebaut werden. Die kompakten Modelle sind besonders leicht zu tragen, während sich die etwas leistungsfähigeren Verdichter rollen lassen.

Wie die Druckluftgeräte funktionieren

Bei der Arbeit mit Druckluftgeräten wird die Luft beim Ausstoßen aus dem Kompressor direkt in mechanische Energie umgesetzt. Das ist bei Geräten wie Schlagschraubern oder Meißelhämmern der Fall. Andere Geräte setzen den Luftstrom direkt ein, um beispielsweise Farbe zu sprühen oder Reifen mit Luft zu füllen.

Werkzeuge mit starker mechanischer Leistung, beispielsweise Schleifgeräte oder Schlagschrauber, benötigen viel Druckluft. Teilweise braucht man pro Minute mehrere hundert Liter Druckluft, damit der erforderliche Druck von 6 bar oder mehr zustande kommt. Bei den Spritzpistolen reicht meistens eine geringere Menge Luft von 100 bis 200 Liter Luft in der Minute aus. Kleinere Geräte zum Nageln und Klammern benötigen pro Schlag etwa 0,5 Liter Luft für einen Druck von 8 bar, sodass die Abgabeleistung abhängig von dem Projekt nicht zu hoch ist. Im privaten Bereich reicht deshalb ein kleinerer Kompressor aus.