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Drucklufttechnik

Entsprechend dem Verwendungszweck wird Luft mit Verdichtern (Kompressoren) auf einen höheren Druck gebracht und je nach Anwendungsfall unterschiedlich behandelt. Der Energieaufwand beim Komprimieren ist beträchtlich, da viel Wärmeenergie entsteht, die meist ungenutzt bleibt. Druckluft galt deshalb als teurer Energieträger. Mittlerweile steht energiesparendere Technik zur Verfügung. Bei steigenden Energiepreisen und in Kombination mit Wärmerückgewinnung und regelmäßiger Leckagebehebung lassen sich die Kosten deutlich senken und es wird weniger CO2 produziert.

Zur Druckluft-Erzeugung werden hauptsächlich zwei unterschiedliche Systeme genutzt: Kolbenkompressor (meist 2-stufig) oder Schraubenverdichter.

Ölfreie Druckluft

Druckluft aus allen Arten von ölgeschmierten verdichtenden Kompressoren (auch die ölfrei verdichtenden) enthält Öl, und ist deshalb ohne Aufbereitung / Filtration nicht für hochreine Anwendungen geeignet. Druckluft aus ölfrei verdichtenden Kompressoren ist nicht völlig ölfrei, da die Druckluft nach der Verdichtung die in der Ansaugluft enthaltenden Ölanteile und andere Kohlenwasserstoffe aus der Umgebung enthalten kann. Beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie, der medizinischen Anwendung, als Atemgas (Tauchen) oder bei Lackierbetrieben kann nur ölfreie Druckluft zum Einsatz kommen. Die Druckluftqualität wird gemäß der ISO 8573-1 klassifiziert. Die Definition von Öl beginnt bereits bei Kohlenwasserstoffen (C5+) und ist grundsätzlich im Gesamtzusammenhang von Dampf, Aerosole und Tröpfchen zu bestimmen. Dabei ist es nicht entscheidend, ob öl- oder wassergeschmiert, oder ölfrei verdichtet wird. Nur das Ergebnis zählt und das sollte unter allen Betriebsbedingungen eingehalten werden können. Atemluft wird mit entsprechend dafür geeigneten Kompressoren erzeugt. Die erzeugte Druckluft wird mit Filtern in Verbindung mit Öldampfadsorbern oder Katalysatoren gereinigt sowie mit geeigneten Messgeräten auf Ölfreiheit überwacht. Damit ist sichergestellt, dass die Qualitätsanforderung "ölfreie Druckluft" erreicht und dauerhaft sichergestellt ist.

Verwendungsdruck

Als Energieträger oder zur Reinigung hat Druckluft meist einen Druck von 6 bis 8 bar. In Einzelfällen wird bis zu 16 bar benötigt. Zum Starten großer Motoren z.B. in Schiffen wird Druckluft mit 20 bis 30 bar verwendet, um damit entweder einen Druckluftstarter zu betreiben, oder die Druckluft direkt in einen oder mehrere Brennräume zu leiten und damit den Motor in Bewegung zu setzen Als Atemluft zum Gerätetauchen, in Atemschutzgeräten steht die Druckluft in den Flaschen bzw. Kartuschen unter 200 bis 300 bar. Auch werden spezielle Flaschen (Beispielsweise aus Carbon) befüllt, die bei Drücken von bis zu 300 bar in portablen Druckluftwerkzeugen (Druckluftnagler) oder auch Pressluftgewehren zum Einsatz kommen. Bei der pneumatischen Förderung von Schüttgütern werden in der Regel Drücke unter 4,5 bar benötigt.

Schraubenkompressoren

Der Schraubenverdichter gehört zu den rotierenden, zweiwelligen Verdrängerverdichtern mit innerer Verdichtung. Er ist einfach aufgebaut, hat kleine Abmessungen, eine geringe Masse, gleichmäßige, pulsationsfreie Förderung und einen ruhigen Lauf, weil ihm oszillierende Massen und Steuerorgane fehlen. Er erreicht bis zu 30 bar Überdruck. Schraubenverdichter gehören zu der Gruppe der Rotationsverdichter.

Funktionsweise

Zwei parallel angeordnete, mechanisch zwangsgekoppelte Wellen mit ineinandergreifender, schraubenförmiger Verzahnung in einem Gehäuse sind das Herz dieser Anlage. An der Wälzlinie (die Stelle, an der sich die beiden schraubenförmigen Wellen berühren) zwischen den beiden Wellen ist der Durchgang für das zu fördernde Medium mechanisch (durch die notwendigerweise präzise Fertigung der Zahnung) verschlossen. Das Medium befindet sich in den Zahngängen und wird von der Gehäusewandung darin gehalten. Es wird in Achsrichtung gefördert. An den beiden Stirnseiten der Achsen befinden sich im Gehäuse Steuerschlitze für Ein- (Saugseite) und Auslass (Druckseite). Die Länge der Wellen, Steigung der Spiralen und die Steuerschlitze müssen so angepasst sein, dass kein direkter Durchgang von der Druck- zur Saugseite besteht, also kein Rückfluss entstehen kann. Die geförderte Menge des Mediums ist, von den Verlusten abgesehen, drehzahlabhängig.

Das Medium (z. B. Luft) füllt auf der Saugseite einen Zahngang je Welle aus, der sich beim Weiterdrehen saugseitig am Abwälzpunkt verschließt. Er bildet nun um die Welle spiralförmig einen Luftschlauch. Bei weiterer Drehung wird er Richtung Druckseite befördert. An das druckseitige Ende transportiert, öffnet die Mechanik den Schlauch wieder, die Luft wird durch das Weiterdrehen aus der Maschine gefördert.

Wird eine weitgehend impulslose Verdichtung von den nachfolgend angeordneten Anlagen verlangt, muss im Verdichter schon vorkomprimiert werden. Dazu wird das Gas nicht einfach hinter dem Verdichter freigegeben. Dem sich öffnenden Zahngang auf der Druckseite wird deshalb eine Wand entgegengestellt. Beim Weiterdrehen der Welle verkleinert sich das Volumen des Luftschlauchs, da er quasi gegen die Wand gedrückt wird, er wird verdichtet. Nun kann je nach verlangtem Druck früher oder später dieser zusammengedrückte Luftschlauch durch einen Steuerschlitz freigegeben werden.

Kolbenkompressoren

Bei Kolbenverdichtern, die nach dem Verdrängerprinzip arbeiten, wird das Gas in einem Volumen gekapselt, verdichtet und wieder ausgestoßen. Diese Verdichter arbeiten zyklisch, haben geringe Volumenströme und hohe Druckverhältnisse.

Funktionsweise

Zwei parallel angeordnete, mechanisch zwangsgekoppelte Wellen mit ineinandergreifender, schraubenförmiger Verzahnung in einem Gehäuse sind das Herz dieser Anlage. An der Wälzlinie (die Stelle, an der sich die beiden schraubenförmigen Wellen berühren) zwischen den beiden Wellen ist der Durchgang für das zu fördernde Medium mechanisch (durch die notwendigerweise präzise Fertigung der Zahnung) verschlossen. Das Medium befindet sich in den Zahngängen und wird von der Gehäusewandung darin gehalten. Es wird in Achsrichtung gefördert. An den beiden Stirnseiten der Achsen befinden sich im Gehäuse Steuerschlitze für Ein- (Saugseite) und Auslass (Druckseite). Die Länge der Wellen, Steigung der Spiralen und die Steuerschlitze müssen so angepasst sein, dass kein direkter Durchgang von der Druck- zur Saugseite besteht, also kein Rückfluss entstehen kann. Die geförderte Menge des Mediums ist, von den Verlusten abgesehen, drehzahlabhängig.

Das Medium (z. B. Luft) füllt auf der Saugseite einen Zahngang je Welle aus, der sich beim Weiterdrehen saugseitig am Abwälzpunkt verschließt. Er bildet nun um die Welle spiralförmig einen Luftschlauch. Bei weiterer Drehung wird er Richtung Druckseite befördert. An das druckseitige Ende transportiert, öffnet die Mechanik den Schlauch wieder, die Luft wird durch das Weiterdrehen aus der Maschine gefördert.

Wird eine weitgehend impulslose Verdichtung von den nachfolgend angeordneten Anlagen verlangt, muss im Verdichter schon vorkomprimiert werden. Dazu wird das Gas nicht einfach hinter dem Verdichter freigegeben. Dem sich öffnenden Zahngang auf der Druckseite wird deshalb eine Wand entgegengestellt. Beim Weiterdrehen der Welle verkleinert sich das Volumen des Luftschlauchs, da er quasi gegen die Wand gedrückt wird, er wird verdichtet. Nun kann je nach verlangtem Druck früher oder später dieser zusammengedrückte Luftschlauch durch einen Steuerschlitz freigegeben werden.