drucklufttechnik - >>> IMME 2000 · 6., überarbeitete Auflage 2004 Das vorliegende Buch wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autor und Verlag für die Richtigkeit von

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druckluft kompendium

Hoppenstedt Bonnier Zeitschriften GmbHHavelstraße 9, D-64295 Darmstadtwww.hoppenstedt-zeitschriften.de

6., überarbeitete Auflage 2004

Das vorliegende Buch wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autor und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie für evtl. Druckfehler keine Haftung.

Alle Rechte vorbehalten.Nachdruck, auch auszugsweise, verboten.Kein Teil dieses Werkes darf ohne schriftliche Einwilligung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden.© 2004. Alle Rechte bei BOGE.

Herausgegeben von BOGE, Otto-Boge-Str. 1–7, 33739 BielefeldVerfasser der 1. bis 5. Auflage Ulrich Bierbaum (BOGE)6. Auflage überarbeitet von Jürgen Hütter (BOGE)

Gedruckt auf 80gr holzfreiem Papier mit mineralölfreien Farben

Vertrieb: Hoppenstedt Bonnier Zeitschriften GmbH, 64295 DarmstadtDruck: Druckhaus Darmstadt GmbH, 64295 Darmstadt

Printed in Germany.

ISBN: 3-935772-11-4

I

Inhaltsverzeichnis

Inhalt

1.1 Die Geschichte der Druckluft .................................................11.1.1 Die Anfänge der Druckluft ....................................................11.1.2 Erste Anwendungen der Druckluft ........................................2

1.2 Einheiten und Formelzeichen ................................................61.2.1 Basiseinheiten ......................................................................61.2.2 Einheiten der Drucklufttechnik ..............................................6

1.3 Was ist Druckluft? ...................................................................71.3.1 Zusammensetzung der Luft .................................................71.3.2 Eigenschaften der Druckluft .................................................71.3.3 Wie verhält sich Druckluft? ...................................................7

1.4 Physikalische Grundlagen ......................................................81.4.1 Temperatur ...........................................................................91.4.2 Volumen ...............................................................................91.4.3 Druck ..................................................................................101.4.4 Volumenstrom ....................................................................11

1.5 Bewegte Druckluft .................................................................131.5.1 Strömungsverhalten ...........................................................131.5.2 Stömungsarten ...................................................................13

2.1 Vorteile der Druckluft ............................................................14

2.2 Druckbereiche .......................................................................172.3 Anwendungsmöglichkeiten der Druckluft ...........................182.3.1 Spannen und Klemmen mit Druckluft .................................182.3.2 Transport mit Druckluft .......................................................182.3.3 Antrieb mit Druckluft ...........................................................192.3.4 Spritzen mit Druckluft .........................................................192.3.5 Blasen mit Druckluft ...........................................................192.3.6 Prüfen und Kontrollieren mit Druckluft ................................202.3.7 Steuern und Regeln mit Druckluft ......................................20

2.4 Fachgebietsbezogene Anwendungsbeispiele ....................21

3.1 Kompressoren (Verdichter) ..................................................243.1.1 Dynamische Verdichter ( Turboverdichter ) .........................243.1.2 Verdränger-Verdichter ........................................................24

3.2 Kompressorbauarten ............................................................253.2.1 Marktgerechte Kompressoren ............................................263.2.2 Hubkolbenkompressor .......................................................273.2.3 Membrankompressor .........................................................293.2.4 Freikolbenkompressor ........................................................303.2.5 Vielzellenkompressor .........................................................313.2.6 Flüssigkeitsringkompressor ................................................323.2.7 Schraubenkompressor .......................................................333.2.8 Roots-Verdichter ................................................................343.2.9 Axialverdichter ....................................................................353.2.10 Radialverdichter .................................................................36

Teil 1Grundlagen der Druckluft

Teil 2Einsatzbereicheder Druckluft

Teil 3Drucklufterzeuger

Kapitel Seite

II

Inhaltsverzeichnis

Teil 4Regelung vonKompressoren

Kapitel Seite

3.3 Kolbenkompressoren ............................................................373.3.1 Allgemeines........................................................................373.3.2 Ansaugleistung - Liefermenge............................................383.3.3 Kühlung ..............................................................................393.3.4 Kühlmittel ...........................................................................403.3.5 Regelung von Hubkolbenkompressoren.............................403.3.6 Vorteile von Hubkolbenkompressoren ................................403.3.7 Baugruppen eines Kolbenkompressors ..............................41

3.4 Schraubenkompressoren .....................................................423.4.1 Allgemeines........................................................................423.4.2 Verdichtungsvorgang ..........................................................423.4.2 Funktionsweise...................................................................433.4.3 Ölkreislauf ..........................................................................443.4.4 Luftkreislauf ........................................................................453.4.5 Wärmerückgewinnung........................................................463.4.6 Ansaugregelung .................................................................463.4.7 Vorteile von Schraubenkompressoren ................................463.4.8 Baugruppen eines Schraubenkompressors .......................47

3.5 Baugruppen ...........................................................................483.5.1 Antriebsmotor .....................................................................483.5.2 Keilriemen ..........................................................................483.5.3 Riemenspannvorrichtung ...................................................483.5.4 Saug- und Druckventile ......................................................493.5.5 Sicherheitsventile ...............................................................493.5.6 Ansaugfilter ........................................................................49

3.6 Kompressorschmier- und kühlmittel ...................................50

4.1 Druckdefinitionen ..................................................................51

4.2 Betriebszustände ..................................................................524.2.1 Stillstand ( L0 ) ....................................................................524.2.2 Leerlauf ( L

1) ......................................................................52

4.2.3 Teillast ................................................................................534.2.4 Lastlauf ( L

2) .....................................................................53

4.3 Regelung einzelner Kompressoren .....................................544.3.1 Aussetz-Regelung ..............................................................544.3.2 Leerlauf-Regelung..............................................................544.3.3 Verzögerte Aussetz-Regelung ............................................554.3.4 Teillast-Regelung ................................................................564.3.4.1 Stufenlose Leistungsregelung ............................................564.3.4.2 Frequenzregelung ..............................................................57

4.4. Das ARS-Steuerungskonzept ...............................................594.4.1 Autotronic ...........................................................................604.4.2 Ratiotronic ..........................................................................604.4.3 Supertronic .........................................................................61

III

Inhaltsverzeichnis

Teil 5Druckluftaufbereitung

Kapitel Seite

4.5 Regelung von mehreren Kompressoren .............................624.5.1 MCS 1 und MCS 2 .............................................................624.5.2 MCS 3 ................................................................................634.5.3 MCS 4 ................................................................................644.5.4 MCS 5 ................................................................................654.5.5 MCS 6 ................................................................................664.5.6 MCS 7 ................................................................................67

5.1 Warum Druckluftaufbereitung? ............................................685.1.2 Planungshinweise ..............................................................695.1.3 Folgen schlechter Aufbereitung ..........................................705.1.4 Luftverunreinigungen .........................................................71

5.2 Wasser in der Druckluft ........................................................725.2.1 Luftfeuchtigkeit ...................................................................725.2.2 Taupunkte...........................................................................735.2.3 Wassergehalt der Luft ........................................................735.2.4 Kondensatmenge bei Komprimierung ................................745.2.5 Beispiel zur Kondensatmengenberechnung .......................755.2.6 Kondensatmenge an einem schwülen Sommertag ............765.2.7 Drucktaupunktermittlung ....................................................775.2.8 Drucktaupunkt nach der Entspannung ...............................78

5.3 Druckluftqualität ....................................................................795.3.1 Qualitätsklassen nach DIN ISO 8573-1 ............................79

5.4 Trocknungsmethoden ...........................................................805.4.1 Betriebsbedingungen .........................................................815.4.2 Kondensation durch Überverdichtung ................................825.4.3 Kondensation durch Kältetrocknung ...................................835.4.4 Diffusion durch Membrantrocknung....................................845.4.5 Sorption durch Absorption .................................................855.4.6 Sorption durch Adsorption .................................................865.4.6.1 Kaltregeneration .................................................................875.4.6.2 Interne Warmregeneration .................................................885.4.6.3 Externe Warmregeneration ................................................895.4.6.4 Vakuumregeneration ..........................................................905.4.7 Anordnung des Kälte-Drucklufttrockners ............................915.4.7.1 Trockner vor dem Druckluftbehälter ....................................915.4.7.2 Trockner hinter dem Druckluftbehälter ................................92

5.5 Druckluftfilter .........................................................................935.5.1 Grundbegriffe der Filtertechnik ...........................................935.5.1.1 Filterabscheidegrad η [ % ] .................................................935.5.1.2 Druckabfall ∆p ....................................................................945.5.1.3 Betriebsdruck .....................................................................945.5.2 Zyklonabscheider ...............................................................955.5.3 Vorfilter ...............................................................................965.5.4 Microfilter ...........................................................................975.5.5 Aktivkohlefilter ....................................................................995.5.6 Aktivkohle-Adsorber .........................................................1005.5.7 Sterilfilter ..........................................................................101

IV

Inhaltsverzeichnis

Teil 7Druckluftbedarf

Teil 8Größenbestimmungder Kompressorstation

Kapitel Seite

6.1 Kondensat ............................................................................102

6.2 Kondensatableiter ...............................................................1036.2.1 Kondensatableiter mit handbetätigtem Ventil ....................1046.2.2 Kondensatableiter mit Schwimmersteuerung ...................1046.2.3 Kondensatableiter

mit zeitabhängig öffnendem Magnetventil ........................1056.2.4 Kondensatableiter

mit elektronischer Füllstandsmessung .............................1066.2.5 Kondensatableiter mit Niveauschwimmer

zur Füllstandsmessung ....................................................107

6.3 Kondensataufbereitung ......................................................1086.3.1 Statische Öl-Wasser-Trennung.........................................109

7.1 Druckluftverbrauch von Pneumatikgeräten ......................1107.1.1 Druckluftverbrauch von Düsen .........................................1107.1.1.1 Druckluftverbrauch von zylindrischen Düsen....................1117.1.1.2 Druckluftverbrauch von Farbspritzpistolen .......................1127.1.1.3 Druckluftverbrauch von Strahldüsen ................................1137.1.2 Druckluftverbrauch von Zylindern .....................................1147.1.3 Druckluftverbrauch von Werkzeugen ................................115

7.2 Ermittlung des Druckluftbedarfs ........................................1177.2.1 Mittlere Einschaltdauer .....................................................1177.2.2 Gleichzeitigkeitsfaktor ......................................................1187.2.3 Festlegung des Druckluftbedarfs ......................................1197.2.3.1 Automatische Druckluftverbraucher .................................1197.2.3.2 Allgemeine Druckluftverbraucher .....................................1207.2.3.3 Gesamtdruckluftverbrauch ...............................................1207.2.4 Zuschläge für Verluste und Reserven ..............................1217.2.5 Benötigte Liefermenge L

B.................................................121

7.3 Druckluftverluste .................................................................1227.3.1 Kosten der Druckluftverluste ............................................1227.3.2 Bestimmung der Leckagemenge ......................................1237.3.2.1 Leckagebestimmung durch Behälterentleerung ...............1237.3.2.2 Leckagebestimmung durch Einschaltdauermessung .......1247.3.3 Grenzwerte für Leckagemengen ......................................1257.3.4 Maßnahmen zur Minimierung der Druckluftverluste .........1257.3.5 Sanierung eines Druckluftnetzes ......................................126

8.1 Die Kompressorbauart ........................................................1278.1.1 Schraubenkompressoren .................................................1278.1.2 Kolbenkompressoren .......................................................127

8.2 Höchstdruck pmax .................................................................1288.2.1 Einflußgrößen auf den Ausschaltdruck p

max......................128

8.3 Volumenbestimmung eines Druckluftbehälters ................1298.3.1 Empfehlungen für das Druckluftbehältervolumen .............1298.3.2 Normreihe und Betriebsdrücke

für Druckluftbehältergrößen..............................................1298.3.3 Druckluftbehältervolumen für Kompressoren ...................130

Teil 6Kondensatentsorgung

V

Inhaltsverzeichnis

Teil 9Das Druckluftnetz

Kapitel Seite

8.4 Schaltintervall des Kompressors .......................................1318.4.1 Kompressorstillstandszeit .................................................1318.4.2 Kompressorlaufzeit ...........................................................1318.4.3 Ermittlung der Motorschaltspiele ......................................132

8.5 Beispiele zur Kompressorauslegung ................................1338.5.1 Rechenbeispiel für Kolbenkompressoren .........................1338.5.1.1 Ermittlung des Höchstdruckes p

max...................................133

8.5.1.2 Bestimmung der Kompressorgröße ..................................1348.5.1.3 Volumen des Druckluftbehälters .......................................1348.5.1.4 Schaltintervall des Kompressors ......................................1358.5.1.5 Motorschaltspiele des Kompressors .................................1368.5.2 Rechenbeispiele für Schraubenkompressoren .................1378.5.2.1 Beispiel zu Ermittlung des Höchstdruckes pmax ................1378.5.2.2 Bestimmung der Kompressorgröße ..................................1378.5.2.3 Dimensionierung des Druckluftbehälters ..........................1388.5.2.4 Schaltintervall des Kompressors ......................................1388.5.3 Resümee zur Kompressorauswahl ...................................139

8.6 Hinweise zur Kompressorauslegung .................................1408.6.1 Leistung und Arbeitsdruck ................................................1408.6.2 Variierender Arbeitsdruck der Verbraucher .......................1418.6.3 Kompressorverbundsysteme ............................................141

9.1 Der Druckluftbehälter ..........................................................1429.1.1 Druckluftspeicherung .......................................................1429.1.2 Pulsationsdämpfung .........................................................1429.1.3 Kondensatabscheidung ....................................................1439.1.4 Betrieb von Druckluftbehältern .........................................1439.1.5 Installation von Druckluftbehältern ...................................1439.1.6 Sicherheitsvorschriften für Druckluftbehälter ....................1449.1.6.1 Anmelde- und Überwachungspflichten .............................1449.1.6.2 ZÜS und befähigte Personen ...........................................1449.1.6.3 Prüfung vor Inbetriebnahme .............................................1459.1.6.4 Anmeldepflichten ..............................................................1459.1.6.5 Wiederkehrende Prüfungen .............................................1459.1.7 Armaturen am Druckluftbehälter ......................................1479.1.7.1 Sicherheitsventil ...............................................................148

9.2 Das Rohrleitungsnetz .........................................................1499.2.1 Aufbau eines Rohrleitungsnetzes .....................................1499.2.1.1 Die Hauptleitung ...............................................................1499.2.1.2 Die Verteilerleitung - Ringleitung ......................................1509.2.1.3 Die Verteilerleitung - Stichleitung .....................................1519.2.1.4 Die Anschlußleitung .........................................................1519.2.1.5 Anschluß an eine Sammelleitung bei Mehrfachanlagen ...152

9.3 Planungshinweise für Rohrleitungsnetze .........................1539.3.1 Allgemeine Planungshinweise ..........................................1539.3.2 Rohrleitungsnetz ohne Drucklufttrockner .........................1549.3.3 Druckluftnetz mit Drucklufttrockner ..................................155

VI

Inhaltsverzeichnis

Teil 10Der Betriebsraum

Kapitel Seite

9.4 Druckabfall ∆∆∆∆∆p .....................................................................1569.4.1 Art der Strömung ..............................................................1569.4.2 Die Reynoldssche Zahl Re ...............................................1569.4.3 Druckabfall im Rohrleitungsnetz .......................................157

9.5 Dimensionierung von Rohrleitungen ................................1589.5.1 Maximaler Druckabfall ∆p .................................................1589.5.2 Nennweite von Rohrleitungen

Gegenüberstellung [ DN – Zoll ] .......................................1599.5.3 Gleichwertige Rohrlänge ..................................................1609.5.4 Rechnerische Ermittlung

des Rohrinnendurchmessers di ........................................1619.5.5 Graphische Ermittlung

des Rohrinnendurchmessers di ........................................1629.5.6 Ermittlung des Rohrinnendurchmessers di

mit Hilfe eines Spaltendiagramms ....................................163

9.6 Werkstoffauswahl für Rohrleitungen .................................1649.6.1 Gewinderohre ...................................................................1649.6.2 Nahtlose Stahlrohre .........................................................1659.6.3 Edelstahlrohre ..................................................................1659.6.4 Kupferrohre ......................................................................1669.6.5 Kunststoffrohre .................................................................167

9.7 Kennzeichnung von Rohrleitungen ...................................168

10.1 Kühlung des Kompressors .................................................169

10.2 Kompressoraufstellung ......................................................17010.2.1 Allgemeine Hinweise zum Betriebsraum ..........................17010.2.2 Zulässige Umgebungstemperatur ....................................17010.2.3 Brandschutzvorschriften für Betriebsräume .....................17110.2.4 Entsorgung des anfallenden Kondensates .......................17110.2.5 Aufstellungshinweise für den Kompressor ........................17210.2.6 Platzbedarf eines Kompressors .......................................17210.2.7 Aufstellungsbedingungen von Druckluftbehältern ............173

10.3 Be- und Entlüftung einer Kompressorstation ...................17410.3.1 Einflußgrößen auf den Kühlluftstrom V•K

eines Kompressors ...........................................................17410.3.2 Festlegung der Einflußgrößen auf den

Kühlluftstrom V•K eines Kompressors .................................175

10.3.3 Allgemeine Hinweise für die Lüftungvon Kompressorräumen ...................................................176

10.3.4 Natürliche Be- und Entlüftung ..........................................17710.3.4.1 Erforderliche Abluftöffnung bei natürlicher Belüftung .......17710.3.5 Künstliche Be- und Entlüftung ..........................................17810.3.5.1 Erforderliche Ventilatorleistung

bei künstlicher Belüftung ..................................................17810.3.5.2 Erforderliche Zuluftöffnung bei künstlicher Belüftung .......17910.3.5.3 Beispiel für die künstliche Belüftung

einer Kompressorstation ..................................................18010.3.6 Kühlluftführung mit Zu- und Abluftkanälen .......................18110.3.6.1 Zuluftkanäle......................................................................181

VII

Inhaltsverzeichnis

Teil 11Wärmerückgewinnung

Teil 12Schall

Kapitel Seite

10.3.6.2 Entlüftung durch einen Kühlluftkanal ................................18210.3.6.3 Erforderlicher Kühlluftstrom V•

A

und Kanalquerschnitt AK mit Kühlluftkanal ........................182

10.3.6.4 Hinweise zur Kanalbelüftung ............................................18310.3.6.5 Dimensionierung der Zuluftöffnung

bei Entlüftung durch einen Abluftkanal .............................18410.3.6.6 Varianten der kanalisierten Entlüftung .............................185

10.4 Beispiele für Aufstellungspläne .........................................18610.4.1 Aufstellungsbeispiel

für einen Schraubenkompressor ......................................18610.4.2 Aufstellungsbeispiel für einen Kolbenkompressor ............187

11.1 Wärmebilanz einer Kompressorstation .............................188

11.2 Raumheizung .......................................................................18911.2.1 Raumheizung durch Kanäle .............................................18911.2.2 Funktion einer Raumheizung ...........................................19011.2.3 Wirtschaftlichkeit einer Raumheizung ..............................190

11.3 Die Duotherm Wärmeaustauscher .....................................19111.3.1 Duotherm BPT .................................................................19111.3.2 Duotherm BSW ................................................................19211.3.3 Wieviel Energie kann eingespart werden? .......................193

11.4 Schlußbetrachtung zum ThemaWärmerückgewinnung ........................................................194

12.1 Das Wesen des Schalls .......................................................19512.1.1 Schallempfinden ...............................................................195

12.2 Wichtige Begriffe der Akustik ............................................19612.2.1 Schalldruck .......................................................................19612.2.2 Der Schallpegel ................................................................19612.2.3 Der Schalleistungspegel ...................................................196

12.3 Das Schallempfinden des Menschen ................................19712.3.1 Der Lautstärkepegel .........................................................19712.3.2 Bewertete Schallpegel dB ( A ) .........................................19712.3.3 Lautstärke im Vergleich ....................................................198

12.4 Verhalten des Schalls .........................................................19912.4.1 Entfernung von der Schallquelle .......................................19912.4.2 Reflexion und Absorption .................................................19912.4.3 Dämpfung des Schalls .....................................................20012.4.4 Schallausbreitung in Rohren und Kanälen .......................20012.4.5 Schalldruckpegel mehrerer Schallquellen ........................20112.4.5.1 Mehrere Schallquellen mit gleichem Pegel .......................20112.4.5.2 Zwei Schallquellen mit unterschiedlichem Pegel ..............201

12.5 Auswirkungen von Lärm .....................................................202

12.6 Geräuschmessung ..............................................................20312.7 Schalldämmung bei Kompressoren ..................................203

VIII

Inhaltsverzeichnis

Teil 13Kosten der Druckluft

Teil 14Anhang

Kapitel Seite

13.1 Zusammensetzung der Druckluftkosten ...........................20413.1.1 Anteile der Kostenfaktoren ...............................................204

13.2 Wirtschaftlichkeitsberechnung für Energiekosten ...........205

A.1 Symbole ...............................................................................206A.1.1 Bildsymbole nach DIN 28004 ..........................................206A.1.2 Schaltzeichen nach ISO 1219..........................................208

16.1 Umrechnungstabelle ...........................................................212Teil 15Umrechnungstabelle

1

Grundlagen der Druckluft

Druckluft ist heute, neben dem elektrischen Strom, der inIndustrie und Handwerk am häufigsten genutzte Energieträ-ger. Doch während man den Umgang mit dem elektrischenStrom schon von Kindesbeinen an lernt, sind Bedeutung,Möglichkeiten und Vorteile des Energieträgers Druckluft nochimmer zu wenig bekannt.

Das Wissen über die Druckluft ist mit dem Kenntnisstand desMenschen in den anderen technischen Anwendungen ge-wachsen. Ihre Fortentwicklung im Ablauf der Geschichte fandnur dort statt, wo sie Einsatzvorteile gegenüber anderenTechnologien bot. Zu jeder Zeit fand die Druckluft ihre Anwen-dungen, so daß immer wieder kluge Leute über ihre Weiterent-wicklung nachdachten.

Der erste Kompressor - die Lunge

Viele technische Anwendungsbereiche lassen sich aus derFrühzeit der Menschheit herleiten. Der erste Einsatz vonDruckluft war das Blasen auf Zunder, um Feuer zu entfachen.Die zum Blasen verwendete Luft wurde in der Lunge kompri-miert. Man könnte die Lunge als eine Art natürlichen Kom-pressor bezeichnen. Kapazität und Leistung dieses Kom-pressors sind äußerst beeindruckend. Die menschliche Lungekann 100 l/min oder 6 m3 Luft pro Stunde verarbeiten. Dabeierzeugt sie einen Druck von 0,02 - 0,08 bar. Im gesundenZustand ist der menschliche Kompressor in Bezug auf seineZuverlässigkeit unübertroffen und seine Wartungskosten sindgleich Null.

Die Weiterentwicklung der „Lunge“

Als gänzlich unzureichend erwies sich die Lunge jedoch, alsvor mehr als 5000 Jahren die Menschheit anfing, reine Metal-le, wie Gold, Kupfer, Zinn und Blei zu schmelzen. Als es spätergalt, hochwertige Metalle, wie Eisen, aus Erz herzustellen,war die Weiterentwicklung der Drucklufttechnologie unum-gänglich. Um Temperaturen von über 1000°C zu erzeugen,waren leistungsfähigere Hilfsmittel als die Lunge vonnöten.Zunächst nutzte man den Aufwind an Hügeln und Bergrücken.Später benutzten ägyptische und sumerische Goldschmiedeein Blasrohr. Sie brachten die Luft direkt in die Glut undkonnten somit die Temperatur entscheidend erhöhen. Nochheute nutzen die Goldschmiede in aller Welt ein ähnlichesGerät. Es eignet sich allerdings nur zum Einschmelzen kleine-rer Metallmengen.

1. Grundlagen der Druckluft

1.1 Die Geschichte der Druckluft

1.1.1 Die Anfänge der Druckluft

Bild 1.1 :Der erste Kompressor - die Lunge

2


Bild 1.2:Darstellung der Nutzung fußbetriebener Blasebälgeim antiken Ägypten

1.1.2 Erste Anwendungen der DruckluftErkennen der Drucklufteigenschaften

Der erste mechanische Kompressor - der Blasebalg

Der erste mechanische Kompressor, der handbetriebene Blase-balg, wurde Mitte des dritten Jahrtausends v.Chr. entwickelt.Die sehr viel leistungsfähigeren fußbetriebenen Blasebälgegab es um 1500 v.Chr. Die Entwicklung wurde notwendig, alssich das Legieren von Kupfer und Zinn zur Herstellung vonBronze zu einem stabilen Herstellungsverfahren entwickelthatte. Zu sehen ist die Erfindung auf einer Wandmalerei ineinem alt-ägyptischen Grabmal. Das war die Geburt der Druck-luft im heutigen Sinn.

WasserorgelBevorratung und Pulsationsdämpfung

Die erste bewußte Ausnutzung der Kraft in der Luft ist uns vondem Griechen Ktesibios ( ca. 285 bis 222 v.Chr. ) überliefert.Er baute eine Wasserorgel und nutzte die Druckluft zur Bevor-ratung und zur Verringerung von Schwankungen.

KatapultSpeicherung von Energie

Eine weitere Eigenschaft der Druckluft, die Speicherung vonEnergie, nutzte Ktesibios für sein Katapult. Das Katapult desGriechen erzeugte mit Hilfe der in einem Zylinder zusammen-gepreßten Luft eine Spannung, die Geschosse fortschleuderte.

TempeltürenAusdehnung und Verrichtung von Arbeit

Der im ersten Jahrhundert n.Chr. in Alexandria lebende Me-chaniker Heron verstand es, die Türen eines Tempels auto-matisch zu öffnen, solange das Feuer auf dem Altar im Innerendes Gebäudes brannte. Das Geheimnis bestand in der Aus-dehnung von Heißluft zur Verdrängung von Wasser aus einemBehälter in einen anderen. Die Möglichkeit zur Verrichtungvon Arbeit durch Änderung des Luftzustandes wurde vonHeron zumindest unbewußt erkannt.

Bild 1.3:Das Katapult des Ktesibios

Bild 1.4:Die Tempeltüren des Heron

3


Bild 1.5 :Druckluft als Kraftverstärker

Bild 1.6 :Druckluft als Transportmittel

p1p

2

Das Blaise Pascalsche GesetzKraftverstärkung

Erst im 17. Jahrhundert beschäftigten sich eine Reihe vonGelehrten mit den Gesetzmäßigkeiten der Druckluftanwendung.1663 veröffentlichte Blaise Pascal seine Erkenntnis der Kraft-verstärkung durch Flüssigkeiten ( Hydraulik ), die sich auchauf die Drucklufttechnologie anwenden ließ. Er stellte fest, daßdie an einer Öffnung eines geschlossenen Wasserbehältersaufgegebene Kraft eines Mannes an einer anderen Öffnungmit hundertfacher Größe die Kraft von 100 Männern erzeugte.

Transport von Körpern durch RohrePneumatisches Fördern

Anknüpfend an Heron beschrieb der französische PhysikerDenis Papin im Jahre 1667 die Möglichkeit, Körper durchRohre zu transportieren. Er nutzte die geringe Druckdifferenzin einem Rohr aus. Dabei stellte er fest, daß an einem indiesem Rohr befindlichen Körper Kräfte erzeugt wurden.Hierdurch war der Einsatzvorteil hoher Arbeitsgeschwindig-keiten durch Luft erkannt. Papin legte hiermit den Grundsteinzur pneumatischen Fördertechnik.

Pneumatische BremsenKraftübertragung

Mit Druckluft wurden bereits um 1810 Eisenbahnen angetrie-ben. 1869 stellte Westinghouse seine pneumatische Über-druckbremse vor. Drei Jahre später folgte sein Bremslüfter.Bei diesem System wurden die Bremsen durch Überdruckgelöst. D.h., daß bei Ausfall des Drucks, z.B. durch Platzeneines Schlauches, die volle Bremswirkung erzielt wird.

Die Möglichkeit des Fail-Safe-Verhaltens wurde hier erstmalsausgenutzt. Ein Bremssystem auf dieser Grundlage wird auchheute noch als LKW-Bremse verwendet.

Bild 1.7 :Pneumatische Bremsen ineiner Eisenbahn um 1870

4


RohrpostFördern mit Druckluft

Die Idee der mit Druckluft angetriebenen Eisenbahnen wurdenicht vergessen. 1863 richtete Latimer Clark zusammen mitdem Ingenieur Rammel eine kleine pneumatische Eisenbahnin London ein. Die kleinen Wagen fuhren komplett in einerTreibröhre. Sie waren zur Beförderung von Postbeuteln undPaketen bestimmt. Diese Bahn war wesentlich wendiger alsdie schweren atmosphärischen Eisenbahnen von 1810. Dasführte schließlich zur Entstehung der Rohrpost.

In der Folge entstanden Rohrpostnetze in Berlin, New Yorkund Paris. Das Pariser Netz erreichte 1934 mit 437 km seinegrößte Ausdehnung. Auch heute findet man noch die Rohrpostin größeren Industriebetrieben.

DruckluftwerkzeugeTransportieren von Energie

Beim Tunnelbau durch den Mont Cenis im Jahre 1857 nutzteman die neue Technik eines druckgetriebenen Bohrhammersfür die Bearbeitung des Gesteins. Ab 1861 setzte man Stoß-bohrmaschinen mit pneumatischem Antrieb beim Vortriebdes Tunnels ein, die von Kompressoren an den beiden Tunnel-eingängen mit Druckluft versorgt wurden. In beiden Fällenwurde die Druckluft über weite Strecken transportiert.

Als 1871 der Tunneldurchbruch erfolgte, lagen von beidenSeiten über 7000 m Rohrleitungen. Somit wurde zum erstenMal die Transportierbarkeit von Energie als Einsatzvorteilder Druckluft einer breiten Öffentlichkeit nachgewiesen undbekannt gemacht. Hieraus entstanden immer leistungsfähi-gere und vielseitiger einsetzbare Druckluftwerkzeuge.

DruckluftnetzeZentrale Drucklufterzeugung und Signalübertragung

Die Erfahrung bei der Handhabung von Druckluft-Leitungs-netzen und die Entwicklung leistungsfähigerer Kompressorenführte dazu, daß Paris ein Druckluftnetz in den Abwasser-kanälen erhielt. 1888 wurde es mit einer zentralen Kom-pressorleistung von 1500 kW in Betrieb genommen. Im Jahr1891 betrug die installierte Leistung bereits 18000 kW.

Der umgreifende Erfolg des Druckluftnetztes begründete sichunter anderem in der Erfindung einer Uhr, welche jede Minutedurch einen Impuls aus der Kompressorstation gestellt wurde.Man erkannte damals nicht nur die Möglichkeit der Transpor-tierbarkeit von Energie, sondern auch von Signalen übergroße Entfernungen eines Druckluftnetzes.

Das Pariser Druckluftnetz ist bis heute einzigartig und nochimmer in Betrieb.

Bild 1.8 :Druckluftbohrer beim Tunnelbau

Bild 1.9 :Druckluftstation in Paris 1888

5


Bild 1.10 :Vierstufiges Addierwerk mit Wandstrahlelementen

SignalverarbeitungDruckluft zur Signalübertragung und Verarbeitung

In den 50er Jahren unseres Jahrhunderts entdeckte man inden USA die hohe Strömungsgeschwindigkeit der Druckluftfür die Signalverarbeitung und die Signalübertragung. DieNiedrigstdruckpneumatik, auch Fluidik oder Pneumonik( Pneumatische Logik ) genannt, erlaubt mit Drücken von1,001 bis 1,1 bar die Integration von logischen Schaltfunktionenin Form von strömungsmechanischen Elementen auf klein-stem Raum.Die hohe Betriebssicherheit der fluidischen Logikelementeunter extremen Umweltbedingungen, erlaubte ihren Einsatz inder Raumfahrt- und Wehrtechnik der USA und der UdSSR.Speziell ihre Immunität gegenüber der elektromagnetischenStrahlung explodierender Atombomben verschafft der FluidikEinsatzvorteile in einigen sensiblen Bereichen.Dennoch wurde die Fluidik in den Bereichen der Signal undInformationsverarbeitung im Laufe der Zeit weitgehend vonder Elektrotechnik und Mikroelektronik verdrängt.

6


In der Technik werden von den Basiseinheiten abgeleiteteGrößen verwendet. In der folgenden Aufstellung sind die inder Drucklufttechnik am häufigsten verwendeten Einheitenaufgeführt.

1.2 Einheiten und Formelzeichen

Basiseinheit Formelzeichen Zeichen Name

Länge l [ m ] Meter

Masse m [ kg ] Kilogramm

Zeit t [ s ] Sekunde

Stromstärke I [ A ] Ampere

Temperatur T [ K ] Kelvin

Lichtstärke I [ cd ] Candela

Stoffmenge n [ mol ] Mol

Die SI-Einheiten ( Système International d'Unités ) wurdenauf der 14. Generalkonferenz für Maße und Gewichte verein-bart. Sie sind seit dem 16.10.1971 verbindlich anzuwenden.

Die Basiseinheiten sind definierte Einheiten der voneinanderunabhängigen Basisgrößen als Grundlage des SI-Systems.

Einheit Formelzeichen Zeichen Name

Kraft F [ N ] Newton

Druck p [ Pa ] Pascal[ bar ] Bar 1bar = 100000Pa

Fläche A [ m2 ] Quadratmeter

Volumen V [ m3 ] Kubikmeter[ l ] Liter 1m3 = 1000 l

Geschwindigkeit v [ m / s ] Meter pro Sekunde

Masse m [ kg ] Kilogramm[ t ] Tonne 1t = 1000kg

Dichte ρ [ kg / m3 ] Kilogramm pro Kubikmeter

Temperatur T [ °C ] Grad Celsius

Arbeit W [ J ] Joule

Leistung P [ W ] Watt

Spannung U [ V ] Volt

Frequenz f [ Hz ] Hertz

1.2.1 Basiseinheiten

1.2.2 Einheiten der Drucklufttechnik

7


Die Luft in unserer Umgebung, der Atmosphäre,besteht aus :

78 % Stickstoff

21 % Sauerstoff

1 % weitere Gase( z.B. Kohlendioxyd und Argon )

Druckluft ist verdichtete atmosphärische Luft.

Druckluft ist ein Träger von Wärmeenergie.

Druckluft kann bestimmte Entfernungen überbrücken ( Rohr-leitungen ), gespeichert werden ( Druckluftbehälter ) und Ar-beit leisten ( Entspannung ).

Wie alle Gase besteht die Luft aus Molekülen. Die Molekülesind durch Molekularkräfte aneinander gebunden. Wird dieLuft in einen Behälter eingeschlossen ( konstantes Volumen ) ,dann prallen diese Moleküle auf die Behälterwände und er-zeugen den Druck p.

Je höher die Temperatur, umso größer ist die Bewegung derLuftmoleküle und umso höher ist der erzeugte Druck.

Volumen ( V ) = konstant

Temperatur ( T ) = wird erhöht

Druck ( p ) = steigt

Boyle und Mariotte führten unabhängig voneinander Versu-che mit eingeschlossenem Gasvolumen durch und erkanntenfolgenden Zusammenhang:

Das Gasvolumen ist dem Druck umgekehrt proportional.( Boyle-Mariottesches Gesetz )

1.3 Was ist Druckluft ?

1.3.2 Eigenschaften der Druckluft

Stickstoff78%

Sauerstoff21%

weitere Gase1%

Bild 1.11:Zusammensetzung der Luft

Bild 1.13:Luft in einem geschlossenen Behälter

1.3.1 Zusammensetzung der Luft

p

V

pp

p

pp

p pp

p

p

p

T

1.3.3 Wie verhält sich Druckluft?

Druckluft

DruckenergieWärme

Bild 1.12:Verdichten von Luft

8


p0 , T0

p1 , T1

p0 , V0

p1 , V1

V0 , T0

V1 , T1

Wärme

Wärme

Der Zustand der Druckluft wird durch die 3 thermischenZustandsgrößen bestimmt:

T = Temperatur

V = Volumen

p = Druck

p ××××× V———— = konstant

T

Das bedeutet:

Volumen konstant ( isochor )

Druck und Temperatur variabel

Erhöht man die Temperatur bei konstantem Volumen,so steigt der Druck.

p0 T0—— = ——p1 T1

Temperatur konstant ( isotherm)

Druck und Volumen variabel

Verkleinert man das Volumen bei konstanter Temperatur,so steigt der Druck.

p0 ××××× V0 = p1 ××××× V1 = konstant

Druck konstant ( isobar )

Volumen und Temperatur variabel

Erhöht man die Temperatur bei konstantem Druck,so steigt das Volumen.

V0 T0—— = ——V1 T1

1.4 Physikalische Grundlagen

konstantes Volumenisochore Verdichtung

konstante Temperaturisotherme Verdichtung

konstanter Druckisobare Verdichtung

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Die Temperatur gibt den Wärmezustand eines Körpers an undwird in °C an Thermometern abgelesen oder in Kelvin ( K )umgerechnet.

T [ K ] = t [ °C ] + 273,15

Volumen V [ l, m3 ]Druckluft im entspannten Zustand, freie Luft

Das Volumen ergibt sich z.B. aus den Abmessungen einesZylinders. Es wird in l oder m3 gemessen und auf 20°C und1 bar bezogen.

Die Angaben in unseren Unterlagen beziehen sich immer aufden entspannten Zustand der Druckluft.

d2 ××××× πVZyl = ———— ××××× h

4

VZyl

= Volumen [m3]d = Durchmesser [m]h = Höhe [m]

Normvolumen VNorm [ Nl, Nm3 ]Druckluft im entspannten Zustand bei Normbedingungen

Das Normvolumen ist auf den physikalischen Normzustandnach DIN 1343 bezogen. Es ist 8% kleiner als das Volumenbei 20°C.

760 Torr = 1,01325 barabs

= 101 325 Pa273,15 K = 0°C

Betriebsvolumen VBetrieb [ Bl, Bm3 ]Druckluft im verdichteten Zustand

Das Volumen im Betriebszustand ist auf den tatsächlichenZustand bezogen. Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeitmüssen als Bezugspunkte berücksichtigt werden.

Bei Nennung des Betriebsvolumens ist immer der Druck an-zugeben, z.B. 1m3 bei 7 barü bedeutet, daß 1m3 entspannteLuft auf 7 barü = 8 bar abs. verdichtet ist und nur noch 1/8 desursprünglichen Volumens einnimmt.

0°C

1.4.1 Temperatur

1.4.2 Volumen

Volumen (V)

Normvolumen + 8% = Volumen0°C 20°C

0 barabs 8 barabs

Bild 1.14:Anzeige der Temperatur

10


Atmosphärischer Druck pamb [ bar ]

Der atmosphärische Druck wird erzeugt durch das Gewichtder Lufthülle, die auf uns ruht. Er ist abhängig von der Dichteund der Höhe der Lufthülle.

In Meereshöhe gelten 1 013 mbar = 1,01325 bar= 760 mm/Hg [ Torr ]= 101 325 Pa

Bei konstanten Bedingungen nimmt der atmosphärische Druckmit zunehmender Höhe des Meßortes ab.

Überdruck pü [ barü ]

Der Überdruck ist der Druck über dem atmosphärischen Druck.In der Drucklufttechnik wird der Druck meist als Überdruckangegeben, und zwar in bar ohne den Index „ü “.

Absolutdruck pabs [ bar ]

Der absolute Druck pabs ist die Summe aus dem atmosphä-rischen Druck pamb und dem Überdruck pü.

pabs = pamb + pü

Der Druck wird nach dem SI-System in Pascal [ Pa ] angege-ben. In der Praxis ist z.Zt. noch die Bezeichnung „bar “ üblich.Die alte Bezeichnung atü ( 1 atü = 0,981 barü ) gibt es nichtmehr.

Kraft FDruck = ———— p = ——

Fläche A

1 Newton 1 N1 Pascal = ———— 1 Pa = ——

1 m2 1 m2

1 bar = 10195 mmWS [ mmWassersäule ]

1.4.3 Druck

Bild 1.15:Atmosphärischer Druck

Überdruck

barometr.Luftdruck

Unterdruck

100 % Vakuum

p abs

p üp u

p amb

pamb

= Atmosphärischer Luftdruckp

ü= Überdruck

pu

= Unterdruckpabs = Absoluter Druck

Bild 1.16:Darstellung der unterschiedlichen Drücke

11


Volumenstrom V• [ l/min, m³/min, m³/h ]

Als Volumenstrom wird das Volumen ( l oder m³ ) pro Zeitein-heit (Minuten oder Stunden) bezeichnet.

Man unterscheidet zwischen Hubvolumenstrom ( Ansaug-leistung ) und Volumenstrom ( Liefermenge ) eines Kompres-sors.

Hubvolumenstrom V•Hub [ l/min, m³/min, m³/h ]Ansaugleistung

Der Hubvolumenstrom ist eine rechnerische Größe bei Kol-benkompressoren. Er ergibt sich aus dem Produkt von Zy-linderinhalt ( Hubraum ), Kompressordrehzahl ( Anzahl derHübe ) und Anzahl der ansaugenden Zylinder. Der Hub-volumenstrom wird angegeben in l/min, m3/min bzw. m3/h.

V•Hub = A ××××× h ××××× n ××××× z

V•Hub

= Hubvolumenstrom [ l /min ]A = Zylinderfläche [dm2]h = Hub [dm]n = Anzahl der Hübe [1/min ]

(Kompressordrehzahl)z = Anzahl der ansaugenden Zylinder

Volumenstrom V• [ l/min, m³/min, m³/h ]Liefermenge

Üblicherweise wird die Fördermenge eines Kompressors alsVolumenstrom deklariert.

Im Gegensatz zum Hubvolumenstrom ist der Volumenstromkein errechneter, sondern ein am Druckstutzen des Kompres-sors gemessener und auf den Ansaugzustand zurückge-rechneter Wert. Der Volumenstrom ist abhängig vom Enddruck,bezogen auf die Ansaugbedingungen Druck, Temperatur undrelative Luftfeuchte. Deshalb muß bei der Umrechnung aufden Ansaugzustand der gemessene Volumenstrom auf denAnsaugdruck „entspannt “, auf die Ansaugtemperatur „zurück-gekühlt“ und auf eine relative Luftfeuchte von 0°C „getrock-net“ werden.

Der Volumenstrom wird gemessen nach VDMA 4362, DIN 1945,ISO 1217 oder PN2 CPTC2 und angegeben in l/min, m3/minbzw. m3/h. Der effektive Volumenstrom, also die tatsächlichnutzbare Liefermenge ist eine wesentliche Größe für die Aus-legung eines Kompressors. Untereinander vergleichbar sindVolumenströme nur dann, wenn sie unter gleichen Bedingun-gen gemessen wurden. Es müssen also Ansaugtemperatur,Ansaugdruck, relative Luftfeuchte und Meßdruck übereinstim-men.

1.4.4 Volumenstrom

OT = Oberer TotpunktUT = Unterer Totpunkt

OT

UT

Bild 1.18:Bewegung des Kolbens

�

�

HubvolumenstromAnsaugleistung

VolumenstromLiefermenge

Bild 1.17:Hubvolumenstrom und Volumenstrom

12


Norm-Volumenstrom V•Norm [ Nl/min, Nm3/min, Nm3/h ]

Genau wie der Volumenstrom wird auch der Norm-Volumen-strom gemessen.

Er bezieht sich aber nicht auf den Ansaugzustand, sondernauf einen theoretischen Vergleichswert. Beim physikalischenNorm-Zustand sind die theoretischen Werte:

Temperatur = 273,15 K ( 0°C )Druck = 1,01325 bar ( 760 mm HG )Luftdichte = 1,294 kg/m3 ( trockene Luft )rel. Luftfeucht = 0 %

Betriebs-Volumenstrom V•Betrieb [ Bl/min, Bm3/min, Bm3/h ]

Der Betriebs-Volumenstrom gibt den effektiven Volumenstromder verdichteten Luft an.

Um den Betriebs-Volumenstrom mit anderen Volumenströmenvergleichen zu können, muß neben der Dimension Bl/min,Bm3/min bzw. Bm3/h immer der Druck der verdichteten Luftangegeben werden.

Bild 1.19:Norm-Volumenstrom

Bild 1.20:Betriebs-Volumenstrom

1barabs 8 barabs

Normvolumenstrom + 8% = Volumenstrom0°C 20°C

13


Bei bewegter Druckluft ergeben sich andere Gesetzmäßig-keiten als bei der stationären Druckluft.

Der Volumenstrom wird berechnet aus der Fläche und derGeschwindigkeit.

V• = A1 ××××× v1 = A2 ××××× v2

A1 v2—— = ——A2 v1

V• = VolumenstromA1, A2 = Querschnittv

1, v

2= Geschwindigkeit

Aus der Formel ergibt sich:

Die Strömungsgeschwindigkeit ist umgekehrtproportional zum Querschnitt.

Strömungen können laminar bzw. gleichgerichtet (Ideal) oderturbulent (Rückströmungen und Verwirbelungen) sein.

Laminare Strömung ( gleichmäßige Strömung )

geringer Druckabfallgeringer Wärmeübergang

Turbulente Strömung ( wirblige Strömung )

hoher Druckabfallgroßer Wärmeübergang

1.5 Bewegte Druckluft

1.5.1 Strömungsverhalten

1.5.2 Stömungsarten

Bild 1.21:Strömungsverhalten

A2A1

v1v

2

Bild 1.22:Laminare Strömung

Bild 1.23:Turbulente Strömung

14

Einsatzbereiche der Druckluft

2. Einsatzbereiche der Druckluft

2.1 Vorteile der Druckluft Die Pneumatik tritt auf allen Einsatzgebieten immer mehr inKonkurrenz mit entsprechenden Geräten aus der Mechanik,der Hydraulik und der Elektrik. Aber die pneumatischen Gerä-te haben gegenüber den anderen Technologien grundlegen-de Vorteile :

Leicht transportabel

Luft steht überall in beliebiger Menge zu Verfügung. Da dieAbluft ins Freie entweicht, sind Rückleitungen nicht notwen-dig. Elektrische und hydraulische Systeme erfordern eine Rück-führung zur Quelle.

Druckluft läßt sich in Rohrleitungen über große Entfernungentransportieren. Das ermöglicht die Einrichtung von zentralenErzeugerstationen, die über Ringleitungen die Verbrauchs-stellen mit konstantem Arbeitsdruck versorgen. Die in derDruckluft gespeicherte Energie ist auf diese Weise weit ver-teilbar.

Gut speicherbar

Eine Speicherung der Druckluft in dafür vorgesehenen Behäl-tern ist problemlos möglich. Steht in einem Druckluftnetz einSpeicherbehälter zur Verfügung, arbeitet der Kompressor nur,wenn der Druck unter einen kritischen Wert sinkt. Darüber-hinaus ermöglicht das vorhandene Druckpolster die Been-digung eines begonnenen Arbeitsvorgangs, auch wenn dasEnergienetz ausfällt.

Transportable Druckluftflaschen machen auch den Einsatz anOrten ohne Rohrleitungssystem ( z.B. unter Wasser ) mög-lich.

Sauber und trocken

Druckluft hinterläßt bei Leitungsdefekten keine Verunreinigun-gen und Ölpfützen. Saubere Montage- und Bedienungs-möglichkeiten sind z.B. in den Bereichen der Lebensmittel-,Leder-, Textil- und der Verpackungsindustrie von äußersterWichtigkeit.

Leicht

Pneumatische Geräte sind im Regelfall wesentlich leichter alsvergleichbare Maschinen und Bauelemente mit elektrischemAntrieb. Das macht sich besonders bei Hand- und Schlagwerk-zeugen ( Druckluftschrauber und Drucklufthämmer ) positivbemerkbar.

15


Betriebssicher

Aufbereitete Druckluft arbeitet auch bei großen Temperatur-schwankungen und extremen Temperaturen einwandfrei. Sieist auch bei sehr hohen Temperaturen, wie z.B. bei der Betä-tigung von Schmiedepressen und Schmelzofentüren einsetz-bar.

Undichte Druckluftgeräte und Leitungen beeinträchtigen dieSicherheit und Funktionsfähigkeit der Anlage nicht.

Druckluftanlagen und Bauteile zeigen im allgemeinen einensehr geringen Verschleiß. Daraus folgt eine hohe Lebens-dauer und eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit.

Unfallsicher

Druckluftelemente sind in Bezug auf Brand-, Explosions-und Elektrogefahrenmomente sehr sicher. Auch in feuer-,explosions- und schlagwettergefährdeten Bereichen könnenpneumatische Bauelemente ohne teure und voluminöseSchutzeinrichtungen betrieben werden. In feuchten Räumenoder im Freien ist der Einsatz von pneumatischen Gerätenebenfalls gefahrlos möglich.

Rationell und wirtschaftlich

Pneumatik ist 40 - 50 mal wirtschaftlicher als Muskelkraft. Dasist besonders bei der Mechanisierung und der Automatisie-rung ein wesentlicher Punkt.

Pneumatische Bauelemente sind preiswerter, als die entspre-chenden hydraulischen Bauteile.

Es ist kein regelmäßiger Medienwechsel, wie z.B. bei derHydraulik erforderlich. Das verringert die Kosten und denWartungsaufwand und erhöht die Laufzeiten.

Einfach

Aufbau und Funktion der Druckluftgeräte sind sehr einfach.Aus diesem Grund sind sie sehr robust und nicht störanfällig.

Die pneumatischen Bauelemente sind einfach zu montierenund können nach Gebrauch problemlos wiederverwendetwerden. Durch den einfachen Aufbau ergeben sich niedrigeMontagezeiten. Die Monteure brauchen keine aufwendige Spe-zialausbildung.

Geradlinige Bewegungen können ohne aufwendige mechani-sche Bauteile wie Hebel, Exzenter, Kurvenscheiben, Schrau-benspindeln u.ä. erzeugt werden.

16


Überlastsicher

Druckluftgeräte und pneumatische Arbeitselemente könnenohne Schaden zu nehmen bis zum Stillstand belastet werden.Aus diesem Grund gelten sie als überlastsicher.

Ein Druckluftnetz kann, im Gegensatz zu einem Stromnetz,bedenkenlos durch Entnahme überlastet werden. Fällt derDruck zu stark, kann die verlangte Arbeit nicht mehr ausge-führt werden. Es treten aber keine Schäden am Netz und anden Arbeitselementen auf.

Schnelles Arbeitsmedium

Die sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten ermöglicheneinen schnellen Funktionsablauf der Arbeitsvorgänge. Darausfolgen kurze Ansprechzeiten und schnelle Umwandelungender Energie in Arbeit.

Die Druckluft erreicht Strömungsgeschwindigkeiten über 20 m/s.Die Hydraulik hingegen läßt nur 5 m/s zu.

Die pneumatischen Zylinder erreichen lineare Kolbenge-schwindigkeiten von 15 m/s.

Maximale Steuergeschwindigkeiten in der Signalverarbeitungliegen zwischen 30 und 70 m/sbei Betriebsdrücken zwischen6 und 8 bar. Bei Drücken unter 1 bar lassen sich sogar Signal-geschwindigkeiten von 200 bis 300 m/s erreichen.

Stufenlos regelbar

Verfahrgeschwindigkeiten und ausgeübte Kräfte sind miteinfachen Mitteln stufenlos regelbar. Sowohl bei linearen alsauch bei rotierenden Bewegungen ist die stufenlose Rege-lung der Kräfte, Drehmomente und Geschwindigkeiten pro-blemlos durch verstellbare Drosseln realisierbar.

17


Niederdruckbereich bis 10 bar

Die meisten Anwendungsbereiche der Druckluft in Industrieund Handwerk liegen im Druckbereich bis maximal 10 bar.

Verwendete Kompressoren :

– ein- und zweistufige Kolbenkompressoren

– einstufige Schraubenkompressoren öleinspritzgekühlt

– zweistufige Schraubenkompressoren

– Rotationsverdichter

Mitteldruckbereich bis 15 bar

LKW- und andere Schwerfahrzeugreifen werden mit Druck-luft aus 15 bar Kompressoren gefüllt. Darüberhinaus gibt eseinige Spezialmaschinen die mit solchen Drücken arbeiten.


– zweistufige Kolbenkompressoren

– einstufige Schraubenkompressoren ( bis 14 bar )öleinspritzgekühlt

Hochdruckbereich bis 40 bar

Die in diesem Druckbereich verwendeten Kompressorendienen im allgemeinen zum Anlassen von großen Diesel-motoren, zum Abdrücken von Rohrleitungen und zum Blasenvon Kunststoffbehältern.


– zwei- und dreistufige Kolbenkompressoren

– mehrstufige Schraubenkompressoren

Hochdruckbereich bis 400 bar

Ein Beispiel für den Drucklufteinsatz im Hochdruckbereich istdie Speicherung von Atemluft in Taucherflaschen. Hochdruck-kompressoren werden in Kraft-, Walz- und Hüttenwerken undbei Dichtigkeitsprüfungen eingesetzt. Derartige Kompres-soren finden auch bei der Verdichtung von Nutzgasen, wiez.B. Sauerstoff, Anwendung.


– drei- und vierstufige Kolbenkompressoren

2.2 Druckbereiche

Ver

dic

htu

ng

sdru

ck in

bar

Niederdruckbereich

Mitteldruckbereich

Hochdruckbereich

Hochdruckbereich

Bild 2.1 :Druckbereiche

18


2.3 Anwendungsmöglichkeitender Druckluft

Die Druckluft wird in allen Bereichen von Industrie, Handwerkund täglichem Leben intensiv genutzt. Die Anwendungs-möglichkeiten sind vielfältig und umfassend. Einige Verfahrender technischen Nutzung werden hier kurz angesprochen underläutert.

Aufgrund der Vielseitigkeit dieses Arbeitsmediums ist hier nurein Ausschnitt der Nutzungsmöglichkeiten aufgeführt. DieAufteilung der Kapitel kann nicht eindeutig sein, da auch dieBeurteilungs- und Differenzierungskriterien vielfältig sind.

Das Spannen und Klemmen mit Druckluft findet vor allem inder Mechanisierung und Automatisierung Anwendung. Pneu-matische Zylinder oder Motoren fixieren und positionierenWerkstücke für Arbeitsvorgänge. Dies kann durch lineare undrotierende Bewegung, sowie durch Schwenkbewegung erfol-gen. Die Energie in der Druckluft wird als Druckwirkung direktin Bewegung und Kraft umgesetzt. Die auszuübende Spann-kraft ist genau zu dosieren.

Den Transport mit Druckluft findet man in der Mechanisie-rung und Automatisierung. Hier werden Motoren und Zylinderzum getakteten oder ungetakteten Transport vor oder nachArbeitsvorgängen genutzt. Automatisches Ein- und Auslagernfällt ebenso in diesen Bereich, wie das Umlenken von Werk-stücken und anderen Objekten auf längeren Transportbän-dern.

Eine andere Variante des pneumatischen Transports ist dieBeförderung von Schüttgut und Flüssigkeiten durch Rohre.Auf diese Weise können Granulate, Korn, Pulver und kleineStückgüter bequem und schnell über relativ weite Streckentransportiert werden. In diesen Bereich gehört auch die Rohr-post.

2.3.1 Spannen und Klemmenmit Druckluft

Bild 2.2:Pneumatisch - mechanische Spannvorrichtung

2.3.2 Transport mit Druckluft

Bild 2.3:Höhenüberbrückung mit pneumatischangetriebenem Elevator

19


Pneumatische Antriebe findet man in allen Bereichen vonIndustrie und Handwerk. Sie führen sowohl rotierende als auchlineare Bewegungen aus. Besonders die lineare Bewegungmit Hilfe von Zylindern ist als besonders wirtschaftlich undrationell anzusehen. Die Nutzarbeit wird durch Druckabfall undVolumenänderung der Druckluft verrichtet.

Sehr wichtig im Bereich der pneumatischen Antriebe sind dieschlagenden Druckluftmaschinen und -werkzeuge ( z.B. derDrucklufthammer ). Die Energie der Druckluft wird in kine-tische Energie eines freifliegenden Kolbens umgesetzt. AuchVibratoren und Rüttler gehören in diesen Bereich.

Darüber hinaus werden eine Vielzahl von Ventilen und Schie-bern, Werkzeugen, Verstellungen, Vorschüben und Fahrzeu-gen pneumatisch angetrieben.

Beim Spritzen wird die Energie der expandierenden Druck-luft zum Mitreißen von Materialien oder Flüssigkeiten durcheine Strahldüse genutzt. Dieses Verfahren dient zum Auftra-gen oder Zerstäuben verschiedener Stoffe.

Oberflächenbehandlungsverfahren, wie Sand-, Kies- oderKugelstrahlen und das Lackieren mit Sprühpistolen gehörenin diesen Bereich. Spritzbeton und Mörtel werden ebenfallsauf diese Weise aufgetragen.

Unter zusätzlicher Einwirkung großer Hitze kann die Druckluftauch zum Auftragen von flüssigen Metallen verwendet wer-den. Hier ist z.B. das Lichtbogenspritzen erwähnenswert.

Ein weiterer Bereich ist das Vernebeln von Flüssigkeiten durchSpritzdüsen, z.B. das Versprühen von Unkrautvertilgungsmit-teln und Insektiziden.

Beim Blasen dient die Druckluft selber als Arbeitsmedium,bzw. Werkzeug. Die vom Druckabfall erzeugte Strömungs-geschwindigkeit und/oder die Volumenausdehnung verrichtendie Nutzarbeit.Anzuführen ist hier z.B. das Blasen von Glas- und Kunststoff-flaschen, das Ausblasen und Reinigen von Werkzeugen undFormen, das Fixieren von leichten Werkstücken zur Bearbei-tung oder zum Transport und das Wegblasen von Bearbei-tungsresten. Außerdem wird Druckluft in dieser Form zumAbführen von Wärme eingesetzt.

2.3.4 Spritzen mit Druckluft

2.3.5 Blasen mit Druckluft

2.3.3 Antrieb mit Druckluft

Bild 2.4:Ventilloser Pneumatikhammer

Bild 2.6:Ausblaspistole mit einem PA-Spiralschlauch

Bild 2.5:Lichtbogen-Metall-Spritzanlage

20


2.3.6 Prüfen und Kontrollierenmit Druckluft

2.3.7 Steuern und Regelnmit Druckluft

Bild 2.7:Reflexdüse mit Impulsauswerfer

Bild 2.8:Schema eines BOGE Schraubenkompressors,luftgekühlte Ausführung, mit stufenloser Leistungs-regelung

Beim pneumatischen Prüf- und Kontrollverfahren benutztman die auftretenden Druckveränderungen an der Meßstellezur Feststellung von Abständen, Gewichten und Formverän-derungen. Auf diese Weise kann man durchlaufende Gegen-stände zählen, richtige Positionierung prüfen und das Vor-handensein von Werkstücken feststellen.

Diese Verfahren sind Bestandteil vieler Sortier-, Positionier-und Bearbeitungssysteme.

Jede Art von pneumatischer Anwendung muß auf irgendeineArt und Weise gesteuert oder geregelt werden. Sie muß ihreEinsatzbefehle erhalten.

Im allgemeinen geschieht dies durch Druckschalter, Wege-ventile u.ä. Diese Steuermechanismen werden wiederum aufvielfältige Arten betätigt,z.B. durch mechanische Schalter, überNocken, Kurven oder von Hand. Elektrische und magnetischeSchalter sind ebenfalls weit verbreitet. Die von pneumatischenPrüf- und Kontrollverfahren ermittelten Ergebnisse könnendirekt über Wegeventile oder Druckschalter weiterverarbeitetwerden.

Von großer Bedeutung ist die Pneumatik bei der Kontrolle vonFließprozessen von Flüssigkeiten und Gasen. Dabei werdenferngesteuerte Ventile, Schieber und Klappen der industriel-len Großanlagen gesteuert.

Auch in den Bereichen der Informationsverarbeitung und derLogischen Schaltungen ist die Pneumatik ( Fluidik ) im Ein-satz. Diese Logikpläne sind mit den integrierten Schaltkrei-sen der Elektronik zu vergleichen. Sie benötigen erheblichmehr Platz, zeichnen sich aber durch eine höhere Betriebs-sicherheit in bestimmten Einsatzgebieten aus. Wenn die An-forderungen an die Logikelemente nicht zu hoch sind, ist dieFluidik eine Alternative.

21


2.4 FachgebietsbezogeneAnwendungsbeispiele

Anhand einer Aufzählung soll hier die Vielzahl der Anwen-dungsgebiete in Industrie, Handwerk und täglichem Lebenaufgezeigt werden. Eine Aufführung aller Möglichkeiten derPneumatik ist zwangsläufig unvollständig, da sich durch dieEntwicklung und Wandlung ständig neue Einsatzgebiete er-geben und alte verschwinden. Darum ist hier nur eine unvoll-ständige Zusammenfassung der typischen Anwendungen inden verschiedenen Industriezweigen zu finden.Auf eine Aufführung des allgemeinen Maschinenbaus wurdeverzichtet, da die Anwendungen dort alle Bereiche berühren,und eine Aufzählung der Typischen Anwendungen den Rah-men sprengt.

Baugewerbe

– Bohr- und Abbruchhämmer ( Handrammen )

– Betonverdichter

– Transporteinrichtungen für Ziegeleienund Kunststeinfabriken

– Förderanlagen für Beton und Mörtel

Bergbau

– Gesteinsbohrhämmer und Vorschubeinrichtungen

– Lademaschinen, Pendel- und Sprengwagen

– Preßlufthämmer und pneumatische Meißel

– Bewetterungsanlagen

Chemische Industrie

– Rohstoff für Oxidationsvorgänge

– Prozeßanlagenregelung

– Ferngesteuerte Ventile und Schieber in denVerfahrenskreisläufen

Energiewirtschaft

– Ein- und Ausfahren von Reaktorbrennstäben

– Ferngesteuerte Ventile und Schieber in Dampf-und Kühlwasserkreisläufen

– Belüftungsanlagen für Kesselhäuser

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Gesundheitswesen

– Antriebe für Zahnarztbohrer

– Atemluft in der Medizintechnik

– Narkosegasabsaugung

Handwerksbetriebe

– Klammergeräte und Nagler

– Farbenspritzpistole

– Bohrmaschinen und Schrauber

– Winkelschleifer

Holzverarbeitende Industrie

– Walzenverstellung für Gattersägen

– Bohrvorschubeinrichtungen

– Rahmen-, Leim- und Furnierpressen

– Anschlag- und Transportsteuerung von Holzplatten

– Entfernen von Holzresten aus dem Arbeitsbereich

– Automatische Palettennagler

Hüttenwesen und Gießereien

– Kohlenstoffreduktion in der Stahlerzeugung

– Rüttelformmaschinen

– Bündeleinrichtungen für Halbzeuge

– Kühlmittel für heiße Werkzeuge und Anlagen

Kunststoffindustrie

– Granulatförderung in Transportröhren

– Schneid- und Schweißvorrichtungen

– Ausblasen von Werkstücken aus Fertigungsformen

– Verschlußmechanismen für Gußformen

– Form- und Klebevorrichtungen

Land- und Forstwirtschaft

– Pflanzenschutz und Unkrautbekämpfung

– Futtermittel und Korntransport in und aus Silos

– Dosiereinrichtungen

– Belüftungsanlagen von Gewächshäusern

23


Nahrungs- und Genußmittelindustrie

– Abfüllvorrichtungen für Getränke

– Verschluß- und Prüfvorrichtungen

– Sammelpacker und Palletieranlagen

– Etikettiermaschinen

– Wiegeeinrichtungen

Papierverarbeitende Industrie

– Walzenverstell- und Andrückeinrichtungen

– Schneide-, Präge- und Presseinrichtungen

– Papierbahnenüberwachung

Textilindustrie

– Fadenwächter

– Klemm- und Fixiereinrichtungen an Nähmaschinen

– Nähnadel- und Systemkühlung

– Abstapeleinrichtungen

– Ausblasen von Stoffresten und Nähstaub

Umwelttechnik

– Bilden von Ölbarrieren im Wasser

– Anreichern von Gewässern mit Sauerstoff

– Eisfreihalten von Schleusen

– Schieberbetätigung in Kläranlagen

– Druckerhöhung in der Trinkwasserversorgung

– Mammutpumpe in der Unterwasserförderung

Verkehrswesen

– Druckluftbremsen in LKW's und Schienenfahrzeugen

– Stellen von Signalen, Weichen und Schranken

– Fahrbahnmarkierungsgeräte

– Starthilfe für große Dieselmotoren

– Ausblasen von Tauchtanks in U-Booten

24

Drucklufterzeuger

Kompressoren ( Verdichter )

sind Arbeitsmaschinen, die zur Förderung bzw. zur Verdich-tung von Gasen bis zu beliebig hohen Drücken eingesetztwerden.

Ventilatoren

sind Strömungsmaschinen, die nahezu atmosphärische Luftfördern.

Beim Ventilator treten nur geringe Dichte- und Temperatur-änderungen auf.

Vakuumpumpen

sind Maschinen, die Gase und Dämpfe ansaugen, um einVakuum zu erzeugen.

3. Drucklufterzeuger

Dynamische Verdichter sind z.B. Turboverdichter, bei denenmit Schaufeln versehene Laufräder das zu verdichtende Gasbeschleunigen. Feststehende Leitapparate an den Schaufelnwandeln Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie um.

Dynamische Verdichter sind bei großen Förder-mengen und kleinen Förderdrücken zu bevor-zugen.

Bei Verdichtern der Verdränger-Bauart schließt der Verdich-tungsraum nach dem Ansaugen der Luft vollständig. UnterKrafteinwirkung wird das Volumen verkleinert und die Luftverdichtet.

Verdichter der Verdränger-Bauart sind bei klei-nen Fördermengen und großen Förderdrückenzu bevorzugen.

3.1 Kompressoren (Verdichter )

3.1.1 Dynamische Verdichter( Turboverdichter )

3.1.2 Verdränger-Verdichter

25

Drucklufterzeuger

Verdrängerverdichter Turboverdichter

Axialverdichter Radialverdichter

oszillierend rotierend

mit Kurbeltriebohne

Kurbeltriebeinwellig mehrwellig

Vielzellen-kompressor

Flüssigkeits-ringkompressor

Schrauben-kompressor

Roots-verdichter

Hubkolben-kompressor

Tauchkolben-kompressor

Membran-kompressor

Kreuzkopf-kompressor

Freikolben-kompressor

Kompressoren ( Verdichter )

3.2 Kompressorbauarten In der Übersicht sind die Kompressoren entsprechend ihremArbeitsprinzip aufgeteilt.

Bei allen Kompressoren unterscheidet man zwischen ölfreiverdichtenden und ölgeschmierten Kompressoren.

Spiral-kompressor

26

Drucklufterzeuger

3.2.1 Marktgerechte Kompressoren In der Tabelle sind die typischen Arbeitsbereiche für verschie-dene marktgerechte Kompressorbauarten aufgeführt.

Typ Symbol Funktionsbild Druckbereich Volumenstrom[ bar ] [ m3 / h ]

Tauchkolben- 10 ( 1-stufig ) 120kompressor 35 ( 2-stufig ) 600

Kreuzkopf- 10 ( 1-stufig ) 120kompressor 35 ( 2-stufig ) 600

Membran- gering kleinkompressor

Freikolben- begrenzter Einsatzkompressor als Gasgenerator

Vielzellen- 16 4500kompressor

Flüssigkeits- 10ringkompressor

Schrauben- 22 3000kompressor

Roots- 1,6 1200verdichter

Axial- 10 200000verdichter

Radial- 10 200000verdichter

27

Drucklufterzeuger

3.2.2 Hubkolbenkompressor Hubkolbenkompressoren saugen die Luft durch auf- und ab-gleitende Kolben an, verdichten sie und stoßen sie wiederaus. Die Vorgänge steuern Saug- und Druckventile.

Durch Hintereinanderschalten mehrerer Verdichtungsstufenkönnen verschiedene Drücke und durch Anordnung mehre-rer Zylinder können unterschiedliche Luftmengen erzeugtwerden.

Tauchkolbenkompressor

Beim Tauchkolbenkompressor ist der Kolben über die Pleuel-stange direkt mit der Kurbelwelle verbunden.

Kreuzkopfkompressor

Der Kolben wird durch eine Kolbenstange und diese über denKreuzkopf angetrieben.

Eigenschaften der Hubkolbenkompressoren:

– Hoher Wirkungsgrad.

– Hohe Drücke.

Bild 3.1:Symbol Hubkolben-Kompressor

Bild 3.2:Funktionsbild Tauchkolbenkompressor

Bild 3.3:Funktionsbild Kreuzkopfkompressor

Kreuzkopf

28

Drucklufterzeuger

Die Hubkolbenkompressoren werden unterschieden nach derZylinderanordnung in :

– Stehende Zylinder ( vertikale Bauart ).Keine Belastung des Kolbens bzw. der Kolbenringe durchdas Kolbengewicht.Geringe Grundfläche.

– Liegende Zylinder (horizontale Bauart ).Nur als Mehrzylinderkompressor in Boxer-Bauart.Geringe Massenkräfte. Dieser Vorteil macht sich erst beigrößeren Leistungen bemerkbar.

– Kompressoren in V-, W- oder L-Bauart.Guter Massenausgleich.Geringer Platzbedarf.

Bild 3.6:KreuzkopfkompressorenLiegend, L-Bauart, V-Bauart, W-Bauart

Bild 3.4:Tauchkolbenkompressor V-Bauart

Bild 3.5:Tauchkolbenkompressor W-Bauart

29

Drucklufterzeuger

3.2.3 Membrankompressor Der Membrankompressor gehört zu den Verdrängerverdich-tern.

Eine elastische Membrane erzeugt die Verdichtung. Anstelledes Kolbens, der sich linear zwischen zwei Endlagen bewegt,wird die Membrane in nicht lineare Schwingungen versetzt.Die Membrane ist an ihrem Rand befestigt. Eine Pleuelstangebewegt sie. Der Hub der Pleuelstange ist abhängig von derVerformbarkeit der Membrane.

Eigenschaften:

– Großer Zylinderdurchmesser.

– Kleiner Hub.

– Wirtschaftlich bei kleinen Liefermengen, niedrigenDrücken und beim Erzeugen von Vakuum.

Bild 3.7:

Bild 3.8:Funktionsbild Membrankompressor

Symbol Membrankompressor

30

Drucklufterzeuger

3.2.4 Freikolbenkompressor Der Freikolbenkompressor gehört zu den Verdrängerver-dichtern.

Es handelt sich um einen mit einem Zweitaktdieselmotorzusammengebauten Verdichter.

Druckluft wirkt auf die in Außenstellung gebrachten Kolben,schleudert diese nach innen und läßt dadurch den Verdichteranlaufen. Die dadurch im Motorzylinder komprimierte Verbren-nungsluft treibt bei Verbrennung des eingespritzten Kraftstof-fes die Kolben wieder auseinander. Die eingeschlossene Luftverdichtet. Nach Abzug der erforderlichen Spülluft wird dieverdichtete Luft zum größten Teil durch ein Druckhaltungs-ventil ausgeschoben. Der verbliebene Rest schleudert dieKolben zum neuen Arbeitsspiel wieder nach innen. Die Saug-ventile saugen wieder neue Luft an.

Eigenschaften:

– Hoher Wirkungsgrad.

– Erschütterungsfreier Lauf.

– Einfaches Prinzip, aber selten verwendet.In der Praxis sind die Kolbenbewegungen zu synchroni-sieren und umfangreiche Steuerungen vorzusehen.

a = Druckluftauslaßöffnungb = Einlaßöffnungc = Kraftstoffeinspritzdüsed = Abluftöffnung

Bild 3.9:Funktionsbild Freikolbenkompressor

a

b bc

d

31

Drucklufterzeuger

3.2.5 Vielzellenkompressor Der Vielzellenkompressor ( Lamellen- bzw. Drehschieber-kompressor ) gehört zu den rotierend arbeitenden Verdrän-gerverdichtern.

Das Fördergehäuse und sich darin bewegende Drehkolbenbilden den zum Ansaugen und Verdichten des Fördermittelsdienenden Raum.

In einem geschlossenen Gehäuse dreht sich ein zylindrischerRotor, der exzentrisch gelagert ist. Der Rotor (Läufer, Trom-mel ) ist über die gesamte Länge mit radialen Längsschlitzenversehen. In den Schlitzen bewegen sich Schieber in radialerRichtung.

Ab einer bestimmten Drehzahl des Läufers werden die Arbeits-schieber durch die Zentrifugalkraft nach außen gegen die In-nenwand des umgebenden Gehäuses gedrückt. Der zwischenRotor und Gehäuse liegende Verdichtungsraum unterteilt sichdurch die Schieber in einzelne Zellen (Arbeitsräume).

Durch die exzentrische Anordnung des Rotors vergrößert bzw.verkleinert sich das Volumen während einer Umdrehung.

Die Druckräume werden durch Verlustschmierung oder Öl-einspritzung geschmiert.

Durch das Einspritzen großer Ölmengen in den Verdichtungs-raum erreicht man neben der Schmierung auch eine Kühlungund eine Abdichtung der Schieber gegen die Gehäuseinnen-wand. Das eingespritzte Öl kann man nach der Verdichtungaus dem Luft- /Ölgemisch wieder separieren und in den Öl-kreislauf zurückführen.

Eigenschaften:

– Sehr ruhiger Lauf.

– Stoßfreie und gleichmäßige Förderung der Luft.

– Geringer Platzbedarf und einfache Wartung.

– Geringer Wirkungsgrad.

– Hohe Instandhaltungskosten durch Verschleiß derSchieber.

Bild 3.10:Symbol Vielzellenkompressor

Bild 3.11:Funktionsbild Vielzellenkompressor

32

Drucklufterzeuger

3.2.6 Flüssigkeitsringkompressor Der Flüssigkeitsringkompressor gehört zu den rotierend arbei-tenden Verdrängerverdichtern.

Die exzentrisch im Gehäuse gelagerte Welle mit festen radi-alen Schaufeln versetzt die Sperrflüssigkeit in Drehung. Esbildet sich der Flüssigkeitsring, der die zwischen den Schau-feln liegenden Räume gegen das Gehäuse abdichtet.

Der Rauminhalt ändert sich mit der Wellendrehung, dadurchwird Luft angesaugt, verdichtet und gefördert.

Als Flüssigkeit setzt man im allgemeinen Wasser ein.

Eigenschaften:

– Ölfreie Luft (durch ölfreies Fördermittel ).

– Geringe Empfindlichkeit gegen Verschmutzungen undchemische Angriffe.

– Flüssigkeitsabscheider erforderlich, weil die Hilfsflüssigkeitkontinuierlich in den Druckraum gefördert wird.

– Niedriger Wirkungsgrad.

a = Schaufelradb = Gehäusec = Einlaßöffnungd = Auslaßöffnunge = Flüssigkeit

Bild 3.13:Funktionsbild Flüssigkeitsringkompressor

Bild 3.12:Symbol Flüssigkeitsringkompressor

33

Drucklufterzeuger

3.2.7 Schraubenkompressor

Bild 3.14:Symbol Schraubenkompressor

Bild 3.15:Funktionsbild Schraubenkompressorstufe

Der Schraubenkompressor gehört zu den rotierend arbeiten-den Verdrängerverdichtern.

Zwei parallele, mit unterschiedlichem Profil versehene Dreh-kolben, arbeiten gegenläufig in einem Gehäuse.

Die von dem Herz eines Schraubenkompressors, der Kom-pressorstufe, angesaugte Luft wird während des Transporteszum Druckstutzen in sich stetig verkleinernde Kammern bisauf den Enddruck verdichtet und anschließend in den Druck-stutzen ausgeschoben. Die Kammern bilden die Gehäuse-wandungen und die ineinandergreifenden Gänge der beidenRotoren.

Schraubenkompressoren ölfrei

Bei ölfrei verdichtenden Schraubenkompressoren, bei denendie zu verdichtende Luft im Druckraum nicht mit Öl in Berüh-rung kommt, sind die beiden Rotoren durch ein Gleichlauf-getriebe verbunden, so daß sich die Profiloberflächen nichtberühren.

Schraubenkompressoren mit Öleinspritzkühlung

Bei Schraubenkompressoren mit Öleinspritzkühlung wird nurder Hauptläufer angetrieben. Der Nebenläufer dreht sichberührungsfrei mit.

Eigenschaften:

– Geringe Baugröße.

– Kontinuierliche Luftförderung.

– Niedrige Verdichtungsendtemperatur.(bei Öleinspritzkühlung)

Bild 3.16:Schnittbild Schraubenkompressorstufe

34

Drucklufterzeuger

3.2.8 Roots-Verdichter Der Roots-Verdichter gehört zu den Verdrängerverdichtern.

In einem zylindrischen Raum rotieren gegenläufig 2 sym-metrisch geformte Drehkolben. Sie sind über ein Gleichlauf-getriebe verbunden und arbeiten berührungsfrei.

Die zu verdichtende Luft wird von der Saugseite in das Ver-dichtergehäuse geführt. Sie ist in der Kammer zwischen Flü-gel und Gehäuse eingeschlossen. In dem Augenblick, in demder Kolben die Kante zur Druckseite hin freigibt, strömt dasGas in den Druckstutzen und füllt die Druckkammer auf. BeimWeiterdrehen des Flügels wird der Inhalt der Förderkammergegen den vollen Gegendruck ausgeschoben. Es erfolgt kei-ne ständige Verdichtung. Der Verdichter muß immer gegenden vollen Staudruck arbeiten.

Eigenschaften:

– Kein Verschleiß der Drehkolben und deshalb keineSchmierung erforderlich.

– Ölfreie Luft.

– Empfindlich gegen Staub und Sand.

Bild 3.17:Symbol Roots-Verdichter

Bild 3.18:Funktionsbild Roots-Verdichter

35

Drucklufterzeuger

3.2.9 Axialverdichter Axialverdichter sind Strömungsmaschinen, bei denen die Luftin axialer Richtung abwechselnd durch eine Reihe rotieren-der und stationärer Schaufeln strömt.

Die Luft wird zunächst beschleunigt und dann verdichtet. DieSchaufelkanäle bilden diffusorartig erweiterte Kanäle, indenen die durch den Umlauf erzeugte kinetische Energie derLuft verzögert und in Druckenergie umgesetzt wird.

Eigenschaften:

– Gleichmäßige Förderung.

– Ölfreie Luft.

– Empfindlich bei Belastungsänderungen.

– Mindestfördermengen erforderlich.

Bild 3.19:Symbol Turboverdichter

Bild 3.20:Funktionsbild Axialverdichter

36

Drucklufterzeuger

3.2.10 Radialverdichter Radialverdichter sind Strömungsmaschinen, bei denen die Luftdem Zentrum des rotierenden Laufrades zugeführt wird.

Die Luft schleudert aufgrund der Fliehkraft gegen die Peri-pherie. Der Druckanstieg wird dadurch bewirkt, daß man diebeschleunigte Luft vor Erreichen des nächsten Laufrades durcheinen Diffusor leitet. Die kinetische Energie (Geschwindig-keitsenergie) wandelt sich dabei in statischen Druck um.

Eigenschaften:

– Gleichmäßige Förderung.

– Ölfreie Luft.

– Empfindlich bei Belastungsänderungen.

– Mindestfördermengen erforderlich.

Bild 3.21:Symbol Turboverdichter

Bild 3.22:Funktionsbild Radialverdichter

37

Drucklufterzeuger

Hubkolbenkompressoren arbeiten nach dem Verdrängungs-prinzip. Der Kolben saugt während des Abwärtshubes Luftüber das Saugventil an. Es schließt bei Beginn des Aufwärts-hubes. Die Luft wird verdichtet und über das Druckventil aus-gestoßen. Der Antrieb der Kolben erfolgt über einen Kurbel-trieb mit Kurbelwelle und Pleuelstangen.

Kolbenkompressoren gibt es in ein- und mehrzylindrigen, so-wie in ein- und mehrstufigen Ausführungen.

Mehrzylindrige Kompressoren verwendet man bei höherenLiefermengen, mehrstufige Kompressoren bei höheren Drük-ken.

Einstufige VerdichtungVerdichtung bis zum Enddruck mit einem Kolbenhub.

Zweistufige VerdichtungDie im Zylinder der ersten Stufe ( Niederdruckstufe ) verdich-tete Luft wird im Zwischenkühler abgekühlt und dann in derzweiten Stufe ( Hochdruckzylinder ) auf den Enddruck verdich-tet.

Einfachwirkende VerdichterEin Verdichtungsvorgang bei einer Umdrehung der Kurbel-welle.

Doppelt wirkende VerdichterZwei Verdichtungsvorgänge bei einer Umdrehung der Kurbel-welle.

Kolbengeschwindigkeiten

Bei Kompressoren ist die Kompressordrehzahl oder auch dieMotordrehzahl nur von sekundärer Bedeutung. Entscheidendbei der Beurteilung des Verschleißes ist die Kolbengeschwin-digkeit. So kann ein Kompressor mit geringer Drehzahl undgroßem Hub eine hohe Kolbengeschwindigkeit haben. Im Ge-gensatz dazu können Kompressoren mit hohen Drehzahlenund kleinem Hub geringe Kolbengeschwindigkeiten haben. DieKolbengeschwindigkeit, gemessen in m/s, liegt bei BOGE-Kolbenkompressoren extrem niedrig. Das bedeutet minima-len Verschleiß.

3.3 Kolbenkompressoren

3.3.1 Allgemeines

Bild 3.23:BOGE-Kolbenkompressoranlage

Bild 3.24:Prinzipbild

Ansaugen Verdichten

38

Drucklufterzeuger

Ansaugleistung - LiefermengeHubvolumenstrom - Volumenstrom

Die Ansaugleistung ( Hubvolumenstrom ) ist eine rechneri-sche Größe bei Kolbenkompressoren. Sie ergibt sich aus demProdukt von Zylinderinhalt ( Hubraum ), Kompressordrehzahl( Anzahl der Hübe ) und Anzahl der ansaugenden Zylinder.Der Hubvolumenstrom wird angegeben in l/min, m3/min bzw.m3/h.

Die Liefermenge ( Volumenstrom ) wird gemessen nach demVDMA Einheitsblatt 4362, DIN 1945, ISO 1217 oder nachPN2 CPTC2.

Das Verhältnis von Liefermenge zu Ansaugleistung ist dervolumetrische Wirkungsgrad.

Schädlicher Raum

Der schädliche Raum ist eine konstruktive Größe. Er befindetsich zwischen dem oberen Totpunkt des Kolbens und der Unter-kante des Ventils.

Der schädliche Raum ergibt sich aus:

– Fertigungstoleranzen

– Freie Räume in den Ventilen und Ventiltaschen

– Konstruktiven Eigenarten

Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens expandiert die Luft imschädlichen Raum (Rückexpansion) bis auf den atmosphä-rischen Druck. Erst dann wird bei der weiteren Abwärtsbe-wegung des Kolbens Luft von außerhalb angesaugt.

Der Unterschied zwischen Ansaugleistung und Liefermengeliegt darin begründet, daß beim Ansaugen im Ansaugfilter derDruck der Ansaugluft bereits abfällt, außerdem treten Leck-verluste auf, die Ansaugluft erwärmt sich und durch den schäd-lichen Raum tritt außerdem noch eine Rückexpansion auf.

3.3.2 Ansaugleistung - Liefermenge

�

�

HubvolumenstromAnsaugleistung

VolumenstromLiefermenge

Bild 3.25:Hubvolumenstrom und Volumenstrom

Bild 3.26:Schädlicher Raum

S

R

H

S = Schädlicher RaumH = HubR = Rückexpansion

39

Drucklufterzeuger

3.3.3 Kühlung Bei allen Verdichtungsvorgängen entsteht Wärme. Der Gradder Erwärmung ist abhängig vom Enddruck des Kompressors.Je höher der Enddruck ist, desto höher ist auch die Verdich-tungstemperatur.

Laut Unfallverhütungsvorschrift darf die Verdichtungsendtem-peratur bei Kompressoren mit ölgeschmierten Druckräumenund einstufiger Verdichtung sowie maximal 20 kW Motor-leistung und maximal 10 bar bis zu 220°C betragen.

Bei größeren Drücken und höheren Motorleistungen ist einemaximale Temperatur von 200°C zugelassen. Bei mehrstufi-ger Verdichtung und Drücken von mehr als 10 bar beträgt diemaximale Verdichtungsendtemperatur 160°C.

Der größte Teil der Verdichtungswärme muß somit abgeführtwerden. Zu hohe Drucklufttemperaturen bedeuten eine Ge-fahr, denn ein geringer Teil des zur Schmierung eingesetztenÖles gelangt als Restöl während der Verdichtung in die Druck-luft. Es kann sich entzünden. Ein Leitungs- bzw. Kompressor-brand wäre noch das geringste Übel. Von bestimmten Tempe-raturen an ist gerade bei der Druckluft die Explosionsgefahrbesonders groß, denn auf das Volumen bezogen enthält sieweit mehr Sauerstoff als die Umgebungsluft.

Damit möglichst kalte Druckluft erzeugt wird, ist jeder Kom-pressorstufe ein Zwischen- und Nachkühler nachgeschaltet.

Die durch Kühlung abzuführende Wärmemenge ist abhängigvom Volumenstrom und vom Druck. Verdichter mit größerenLeistungen erhalten zwei, drei oder mehr Zylinder. Die Zylin-der sind so angeordnet, daß sie möglichst günstig im Luft-strom des Kühlluftventilators liegen. Um die Wärmeabfuhr zuintensivieren, werden die Oberflächen der Zylinder und Zylin-derköpfe durch eine großzügige Verrippung vergrößert. Füreine möglichst niedrige Drucklufttemperatur reicht aber dieintensive Kühlung und große Verrippung des Kompressorsnicht aus. Zusätzlich muß die Druckluft im Zwischenkühlerzwischen der ersten und zweiten Stufe bzw. im Nachkühlerhinter der zweiten Stufe gekühlt werden. Reicht die Kühlungimmer noch nicht aus, so ist eine mehrstufige Verdichtungnotwendig.

Bei ölgeschmierten Kolbenkompressoren muß die Abkühlungnach der letzten Stufe gemäß Unfallverhütungsvorschrift VBG16 § 9 auf mindestens 60°C bzw. 80°C erfolgen. Eine mög-lichst niedrige Druckluftaustrittstemperatur hat außerdem fürden Verbraucher den Vorteil, daß die Druckluft nur noch einengeringen Anteil an Feuchtigkeit hat. Außerdem können die demKompressor nachgeschalteten Komponenten, wie Druckluft-behälter oder Druckluftaufbereitungsgeräte nur für die gerin-ge Drucklufttemperatur ausgelegt und somit kostengünstigerbeschafft werden. Die Druckluftaustrittstemperatur liegt beiluftgekühlten Kolbenkompressoren je nach Qualität des Kom-pressors bei ca. 10 - 15°C über Umgebungstemperatur.

Bild 3.27:Kühlluftführung beim Kolbenkompressor

Bild 3.28:Nachkühler als Turbulenz-Lamellen-Kühler

40

Drucklufterzeuger

– Verdichtung fast aller technischen Gase möglich

– wirtschaftliche Verdichtung bis zu Drücken von 40 bar

– einsetzbar als Nachverdichter

– einfache Steuerung

– wirtschaftlicher Start-Stop-Betrieb ( keine Leerlaufzeit )

3.3.6 Vorteilevon Hubkolbenkompressoren

Die Kolbenkompressoren werden vorwiegend in luftgekühl-ter Ausführung geliefert. Die Kühlluft hat den Vorteil, daß siefast überall in jeder beliebigen Menge kostenlos zur Verfü-gung steht.

Die Kühlluft wird von einem Ventilator erzeugt. Der Ventilatordrückt die Kühlluft über den Zwischen- bzw. Nachkühler undüber den Kompressor.

Beim Verdichten bzw. Abkühlen der Druckluft fällt innerhalbdes Kühlers Kondensat aus. Das Kondensat wird aufgrundder Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft aus dem Nach-kühler in das Leitungsnetz bzw. den nachgeschalteten Druck-luftbehälter mitgerissen.

3.3.4 Kühlmittel

Kolbenkompressoren werden normalerweise über Druckschal-ter geregelt. Die Druckschalter müssen an einer Stelle ange-ordnet sein, wo die Druckluft beruhigt ist. Das ist zum Beispielder Druckbehälter und nicht die Rohrleitung zwischen Kom-pressor und Behälter.

Der Druckschalter schaltet den Kompressor bei Höchstdruckaus und bei 20 % unter Höchstdruck wieder ein. Die Schal-tung ist also 8 :10 bar bzw. 12 :15 bar.

Eine kleine Schaltdifferenz ist nicht zu empfehlen, da derKompressor dann zu häufig schaltet und der Verschleiß vonKompressor und Motor zunimmt. Der Einschaltdruck kann beigleichbleibendem Ausschaltdruck gesenkt werden. Das hatden Vorteil, daß der Kompressor längere Laufzeiten, aber auchgleichzeitig längere Stillstandzeiten hat. Der eingestellte Ein-schaltdruck darf den Mindestdruck des Druckluftnetztes nichtunterschreiten.

Kolbenkompressoren laufen nicht nach, sondern schaltensofort nach Erreichen des Höchstdruckes aus (Aussetzbetrieb).

Kolbenkompressoren eignen sich dadurch besonders alsSpitzenlastmaschinen. Der Kompressor schaltet nur bei er-höhten Luftbedarf ein und bei Erreichen des Höchstdrucksohne Nachlaufzeit, also ohne ca. 30 % Energiebedarf im Leer-lauf, aus.

3.3.5 Regelungvon Hubkolbenkompressoren

Abb. 3.29:Druckschalter

41

Drucklufterzeuger

3.3.7 Baugruppen einesKolbenkompressors

Kurbelgehäuse Ansaugfilter

Sicherheits-ventil

Druckschalter

Kühler

Antriebs-motor

Bild 3.30:Baugruppen eines Kolbenkompressors

Kondensat-ablaß

Druckluft-anschluß

42

Drucklufterzeuger

Im Gegensatz zum Kolbenkompressor ist der Schrauben-kompressor eine relativ junge Verdichter-Bauart. Obwohl dasPrinzip schon 1878 von Heinrich Krigar in Hannover entwik-kelt wurde, reifte die Konstruktion aber erst nach dem zweitenWeltkrieg aus. Die schwedische Firma "Svenska RotorMaskiner" ( SRM ) entwickelte den Schraubenkompressortechnisch zur Serienreife.

Schraubenkompressoren arbeiten nach dem Verdrängungs-prinzip. Zwei parallele, mit unterschiedlichem Profil verse-hene Drehkolben, arbeiten gegenläufig in einem Gehäuse.

3.4 Schraubenkompressoren

3.4.1 Allgemeines

3.4.2 Verdichtungsvorgang Die angesaugte Luft wird in Kammern, die sich durch die Ro-tation der Schraubenkörper ständig verkleinern, bis auf denEnddruck verdichtet. Anschließend gelangt die Luft in denDruckstutzen. Die Gehäusewandungen und die ineinander-greifenden Gänge der Rotoren bilden die Kammern.

Ansaugen ( 1 )

Die Luft tritt durch die Einlaßöffnung in die saugseitig offenenSchraubengänge der Rotoren.

Verdichten ( 2 ) + ( 3 )

Durch fortschreitende Drehung der Rotoren wird die Luft-einlaßöffnung verschlossen, das Volumen verkleinert und derDruck erhöht.

Während dieses Vorgangs wird Öl eingespritzt.

Ausströmen ( 4 )

Die Verdichtung ist beendet. Der Enddruck ist erreicht unddas Ausströmen beginnt.

Bild 3.31:Schnittbild Schraubenkompressor

Bild 3.32:Verdichtungsvorgang beim Schraubenkompressor

43

Drucklufterzeuger

BOGE-Schraubenkompressoren saugen Luft über denAnsaugfilter 1 mit Microfiltereinsatz, Staubzyklon und Ver-schmutzungsanzeige an. Nach Passieren des Ansaugreglers 2strömt die Luft zum Verdichten in die Verdichterstufe 4. In denVerdichtungsraum wird kontinuierlich gekühltes Öl 3 mit ca.55°C dosiert eingespritzt. Das Öl nimmt die beim Verdich-tungsvorgang entstehende Wärme auf und erwärmt sich aufca. 85°C. Die maximale Verdichtungsendtemperatur darf nachEG-Maschinenrichtlinie 110°C betragen.Im kombinierten Druckluft-/Ölabscheide-Behälter 5 wird dasÖl aus der Druckluft weitestgehend abgeschieden. Der Öl-feinabscheider 6 übernimmt die Restabscheidung so sorg-fältig, daß der Restölgehalt in der Druckluft danach nur nochca. 1-3 mg/m3 beträgt.Die Druckluft gelangt dann über ein Mindestdruck-Rückschlag-ventil 7 in den Druckluftnachkühler 9 und wird hier auf diegünstige Temperatur von nur ca. 8°C über Ansaugtemperaturabgekühlt und danach über das bei BOGE serienmäßige Ab-sperrventil ins Betriebs-Druckluftnetz geleitet.Das im Ölabscheider separierte Öl wird in einem reichlichdimensionierten Ölkühler 8 von 85°C auf 55°C zurückgekühlt.Es passiert einen Ölfilter mit Austauschpatrone 10. Im Ölkreis-lauf ist zusätzlich ein Thermostatventil 11 angeordnet, daskaltes Öl am Ölkühler vorbei direkt wieder zur Stufe 4 führt.

3.4.2 Funktionsweise

Bild 3.33:Funktionsbild einesBOGE-Schraubenkompressors

1 = Ansaugfilter mit Papier-Microfiltereinsatz

2 = Multifunktions-Ansaugregler

3 = Öleinspritzung

4 = Verdichterstufe

5 = Ölabscheidebehälter

6 = Ölabscheidepatrone

7 = Mindestdruck-Rückschlagventil

8 = Ölkühler

9 = Nachkühler parallel zum Kühlluftstrom

10 = Microfilter

11 = Thermostatventil

12 = Reinigungsöffnung

4

7

6

1

2

10

9

5

11

8

3

12

44

Drucklufterzeuger

3.4.3 Ölkreislauf Das in die Kompressorstufe eingespritzte Öl hat folgende Auf-gaben:

– Abführen der Kompressionswärme (Kühlung)– Abdichtung der Spalte zwischen den Läufern, sowie

zwischen Läufern und Gehäuse– Schmierung der Lager

1 = Druckluft-Öl-BehälterIm Druckluft-Öl-Behälter sammelt sich das aus der Druckluftdurch Schwerkraft abgeschiedene Öl.Der Systemdruck drückt dieses aus dem Behälter in die Kom-pressorstufe.

2 = Thermostatisches ÖlregelventilDas thermostatische Ölregelventil lenkt das Öl abhängig vondessen Temperatur entweder durch den Ölkühler oder durcheinen Bypass (z.B. in der Anlaufphase) am Ölkühler vorbei.Das Öl hält so stets seine optimale Betriebstemperatur.

3 = Ölkühler (luft- oder wassergekühlt)Der Ölkühler kühlt das heiße Öl auf Betriebstemperatur ab.

4 = ÖlfilterDer Ölfilter hält Verunreinigungen im Öl zurück.

5 = KompressorstufeDas eingespritzte Öl gelangt mit der Druckluft zurück in denDruckluft-Öl-Behälter. Dort wird es durch Schwerkraft abge-schieden.

6 = DrainageleitungÜber die Drainageleitung saugt die Kompressorstufe das Rest-öl, das sich im Ölabscheider angesammelt hat, zurück in denÖlkreislauf.

Bild 3.34:Bauteile des Ölkreislaufes

4

5 6

2

1

3

45

Drucklufterzeuger

Durch die Rotoren wird die angesaugte Luft in den Kammernder Kompressorstufe bis auf den Enddruck verdichtet.

1 = AnsaugfilterDer Ansaugfilter reinigt die von der Kompressorstufe ange-saugte Luft.

2 = AnsaugreglerDer Ansaugregler öffnet (Lastlauf) oder schließt (Leerlauf undStillstand) die Saugleitung abhängig vom Betriebszustand desKompressors.

3 = KompressorstufeDie Kompressorstufe verdichtet die angesaugte Luft.

4 = Druckluft-Öl-BehälterIm Druckluft-Öl-Behälter trennen sich Druckluft und Öl durchSchwerkraft voneinander.

5 = ÖlabscheiderDer Ölabscheider scheidet das in der Druckluft enthalteneRestöl ab.

6 = Mindestdruck-RückschlagventilDas Mindestdruck-Rückschlagventil öffnet erst, wenn derSystemdruck auf 3,5 bar angestiegen ist. Dies bewirkt einenschnellen Aufbau des Systemdrucks und stellt die Schmie-rung in der Anlauf- und Netzdruckaufbauphase sicher. Nachdem Ausschalten des Kompressors verhindert das Rück-schlagventil, daß die Druckluft aus dem Netz zurückströmt.

7 = Druckluft-Nachkühler (luftgekühlt)Im Druckluft-Nachkühler wird die verdichtete Luft abgekühlt.Dabei kondensiert ein Großteil des in der Luft enthaltenenWassers aus.

8 = AbsperrventilÜber das Absperrventil kann der Schraubenkompressor vomNetz getrennt werden.

3.4.4 Luftkreislauf

Bild 3.35:Bauteile des Luftkreislaufes

78 6

543

21

46

Drucklufterzeuger

– wenn kontinuierlich Druckluft benötigt wird

– ideal als Grundlastmaschine

– wirtschaftlich bei 100 % Einschaltdauer

– stufenlose Leistungsregelung möglich

– ideal für Frequenzregelung

Bei Schraubenkompressoren mit Öleinspritzkühlung nimmt dasÖl ca. 85% der Wärme auf. Über Wärmeaustauscher kanndem Öl die Wärme entzogen und Brauch- oder Heizungs-wasser erwärmt werden.

Das im Gegenstrom durch den Wärmeaustauscher strömen-de Wasser wird auf bis zu +70°C erwärmt. Die erhitzte Was-sermenge ist dabei von der Temperaturdifferenz abhängig.

3.4.5 Wärmerückgewinnung

3.4.7 Vorteilevon Schraubenkompressoren

Bild 3.36:Wärmeaustauscher BOGE-DUOTHERM

�

Bild 3.37:Ansaugregelung mit Entlüftungs-/ Steuerventil

Der Ansaugregler steuert die Saugleitung des Schraubenkom-pressors.

– Voll entlasteter Anlauf durch geschlossenen Regler.

– Schließt hermetisch bei Leerlauf, Stillstand und Not-Aus.

3.4.6 Ansaugregelung

47

Drucklufterzeuger

3.4.8 Baugruppeneines Schraubenkompressors

AnsaugfilterSteuerung

Antriebsmotor

Bild 3.38:Baugruppen eines Schraubenkompressors

Kompressorstufe

Ölfilter

Druckluft-Öl-Behälter

Druckluft-Öl-Kühler

Ölabscheider

Ansaugregler

Zuluftfilter

48

Drucklufterzeuger

3.5 Baugruppen

3.5.1 Antriebsmotor Die Antriebsmotoren, vorwiegend Drehstrommotoren, arbeitenmeist mit einer Drehzahl von 3.000 min-1. Die entsprechendeKompressordrehzahl wird durch die Keilriemenübersetzungerreicht.

Stand der Technik sind Drehstrommotoren der Schutzart IP 55und der Isolierstoffklasse F.

Bild 3.39:Antriebsmotor mit Keilriemen und Riemen-spannvorrichtung

3.5.2 Keilriemen Der Antrieb des Kompressors erfolgt über Keilriemen.

Durch das patentierte GM-Antriebssystem bei Schrauben-kompressoren arbeiten die Keilriemen praktisch wartungsfreimit rechnerischen Standzeiten bis 25.000 Betriebsstunden.

3.5.3 Riemenspannvorrichtung Bei Kolbenkompressoren sitzt der Motor auf einer Riemen-spannvorrichtung. Zum Nachspannen der Riemen wird derMotor über eine zentrale Gewindespindel bewegt und gleich-zeitig parallel geführt. Der Keilriemen kann einwandfrei lau-fen.

Die BOGE-Schraubenkompressoren sind mit dem patentier-ten BOGE-GM-Antriebssystem ausgerüstet. Durch diesesSystem entfällt das Nachspannen und das Ausrichten beimRiemenwechsel. Während des Betriebes wird die Riemen-spannung in jeder Betriebsphase optimal angepaßt.

Bild 3.40:BOGE-GM-Antriebssystem

49

Drucklufterzeuger

3.5.4 Saug- und Druckventile Das Zungenventil steuert den Lufteintritt und den Luftaustrittin den Zylinderraum des Kolbenkompressors.

BOGE-ferax ®-Zugenventile haben weniger Bauteile als her-kömmliche Ventile. Sie arbeiten reibungsfrei, haben nur kleineschädliche Räume und geringe Strömungswiderstände. Dasbedeutet eine höhere Liefermenge, lange Ventilstandzeitenund praktisch keine Ölkohleablagerungen. Ölkohleablage-rungen sind Verschmutzungen, die durch hohe Verdichtungs-temperaturen entstehen und sich an den Ventilen ablagern.

Bild 3.41:BOGE-ferax®-Zugenventil

3.5.5 Sicherheitsventile Das Sicherheitsventil muß beim 1,1fachen Nenndruck desDruckluftbehälters die volle Liefermenge des Kompressorsabblasen.

Bild 3.42:Sicherheitsventil am Schraubenkompressor

3.5.6 Ansaugfilter Die zu verdichtende Luft wird über den Ansaugfilter aus demKompressorraum angesaugt. Der Ansaugfilter scheidet festeVerunreinigungen (Staubteilchen) aus der angesaugten Luftaus. Damit wird der Verschleiß des Kompressors minimiertund dem Kunden saubere Druckluft zur Verfügung gestellt.

Bei staubhaltiger Umgebungsluft (z.B. in Zementbetrieben)werden Papieransaugfilter eingesetzt, die einen höherenAb-scheidegrad als übliche Naßluftfilter bzw. Filter mit Schaum-stoffeinsatz haben.

Die Filtereinsätze lassen sich bei größeren Kompressorenreinigen. Es besteht die Möglichkeit, die Ansaugfilter aufDifferenzdruck zu überwachen. Die Verschmutzung des Fil-ters kann hierdurch frühzeitig erkannt werden.

Bild 3.43:Ansaugfilter mit Papiereinsatz

Staubzyklon Papierfiltereinsatz

Automatischer Staubaustrag

50

Drucklufterzeuger

3.6 Kompressorschmier-und kühlmittel

Kompressoröle sind genormt nach DIN 51506. Es dürfen kei-ne HD-Öle zum Schmieren des Kompressors eingesetzt wer-den. HD-Öle neigen zum Emulgieren und verlieren so schnellihre Schmierfähigkeit.

Zugelassen sind Mineral- und Synthetische Öle. Mineralölehaben unter normalen Betriebsbedingungen eine Standzeitvon ca. 2.000 Betriebsstunden. Synthetische Öle können inlängeren Intervallen gewechselt werden.

Der Ölstand des Kompressors ist in regelmäßigen Abständenzu prüfen.

Der erste Ölwechsel ist nach der Einlaufzeit (ca. 300 bis 500Betriebsstunden) durchzuführen.

Kompressoren dürfen nicht mit zu geringer Ölmenge betrie-ben werden. Auch ein kurzzeitiger Probelauf ohne Öl (z.B.zur Feststellung der richtigen Drehrichtung) kann zu Schädenführen.

Bei jedem Ölwechsel müssen die Ölfilter gereinigt bzw. aus-getauscht werden.

Kompressoröle und das Kondensat ölgeschmierter Kompres-soren dürfen nicht ins Abwasser gelangen. Sie müssen alsAltöl entsorgt werden.

Ölhaltiges Kondensat kann über geeignete Geräte aufberei-tet werden, um Entsorgungskosten zu sparen.

Kolbenkompressor

Öle auf synthetischer Basis lassen Kompressorlaufzeiten biszu 8.000 Betriebsstunden zu.

Schraubenkompressor

Die Standzeiten von mineralischen Kompressorölen liegentypischerweise bei ca. 3000 Betriebsstunden, von syntheti-schen Ölen teilweise sogar bei bis zu 9000 Betriebsstunden.

Synthetische Öle haben eine höhere Oxidationsstabilität alsmineralische Öle und somit eine weitaus bessere Alterungs-beständigkeit. Daraus ergibt sich die vielfache Laufleistung.Durch die Oxidationsstabilität werden auch schädliche Ab-lagerungen im Ölkreislauf vermieden.Als weitere Vorteile von synthetischen Ölen sind die geringe-re Verdampfungsneigung zu nennen, die, insbesondere beihohen Betriebstemperaturen, den Ölverbrauch und den Öl-dampfgehalt in der Druckluft senken kann und das bessereViskositäts-Temperatur-Verhalten, das zu einer stabileren undgleichmäßigeren Schmierung über einen weiten Temperatur-bereich verhilft.

Wenn Druckluft mit Lebensmitteln in Berührung kommt, sindUSDA-H1 Öle einzusetzen, die den strengen Anforderungender Pharma- und Lebensmittelindustrie gerecht werden.

Bild 3.44:Ölstandsüberwachung mit Niveausonde

51

Regelung von Kompressoren

4. Regelung von Kompressoren

Das Ziel der Regelung ist die Minimierung von Energiever-brauch und Verschleiß und die Maximierung der Verfügbar-keit.

Es gibt verschiedene Regelgrößen, abhängig von Bauart,Größe und Einsatzbereich:

– der Verdichtungs-Enddruck (Netzdruck ).

– der Saugdruck.

– der geförderte Volumenstrom.

– die aufgenommene elektrische Leistungdes Verdichtermotors.

– die Luftfeuchtigkeit hinter dem Verdichter.

Die Regelung des Verdichter-Enddruckes hat gegenüber allenanderen Regelgrößen die größte Bedeutung.

Netzdruck pN [ barü ]

Der Netzdruck pN ist der Druck am Kompressorausgang hin-ter dem Rückschlagventil. Dabei handelt es sich um den Druckim Leitungsnetz.

Der Netzdruck-Sollwert pNs [ barü ]

Der Netzdruck-Sollwert pNs ist der Druck der im Leitungsnetzmindestens vorhanden sein muß.

Systemdruck pS [ barü ]

Der Systemdruck pS ist der Druck im Innern eines Schrauben-kompressors bis zum Mindestdruck-Rückschlagventil.

Einschaltdruck pmin [ barü ]

Der Einschaltdruck pmin ist der Druck, bei dessen Unterschrei-ten der Kompressor einschaltet.Der Einschaltdruck pmin sollte mindestens 0,5 bar über demSollwert des Netzdrucks pN liegen.

Ausschaltdruck pmax [ barü ]

Der Ausschaltdruck pmax ist der Druck, bei dessen Überschrei-ten der Kompressor abschaltet.Der Ausschaltdruck pmax sollte bei Kolbenkompressorenca. 20% über dem Einschaltdruck liegen ( z.B. Einschaltdruck8 bar, Ausschaltdruck 10 bar ).Bei Schraubenkompressoren sollte der Ausschaltdruck pmax0,5 bis 1 bar über dem Einschaltdruck liegen ( z.B. Einschalt-druck 9 bar, Ausschaltdruck 10 bar ).

4.1 Druckdefinitionen

52


Der Betriebszustand ist die aktuelle Situation in der sich einKompressor befindet. Die Betriebszustände sind die Grund-lage für die Kompressorregelungen.

Der Kompressor steht still, ist aber betriebsbereit. Bei Druckluft-bedarf schaltet er automatisch in den Lastlauf.

Der Antrieb des Kompressor läuft, es wird keine Luft verdich-tet. Der Kompressor spart die zur Verdichtung notwendigeEnergie teilweise ein. Bei Druckluftbedarf schaltet er ohne Ver-zögerung in den Lastlauf.

Der Leerlaufbetrieb reduziert die Motorschaltspiele und ver-mindert damit den Verschleiß.

Zur Verwirklichung der Leerlaufregelung werden verschiede-ne Techniken angewendet :

Umlaufschaltung

Die Saugleitung wird direkt mit der Druckleitung verbunden.Es treten hohe Druckverluste auf und der Einbau eines Rück-schlagventils ist unbedingt erforderlich.

Rückströmschaltung

Die Saugventile des Kompressors werden während des Ver-dichtungsvorgangs nicht geschlossen. Die Luft komprimiertnicht, sie strömt zur Ansaugseite zurück.

Die Rückströmschaltung ist auch zur Anlauf-Entlastung ge-eignet, da schon der erste Arbeitshub voll entlastet ist.

Saugleitungsverschluß

Ein Ventil verschließt die Saugleitung des Kompressors. DerAnsaugvolumenstrom wird auf Null reduziert und es steht keineLuft für die Verdichtung zur Verfügung. Die Druckverluste sindnur gering.

Druckleitungsverschluß

Ein Ventil verschließt die Druckleitung des Kompressors. DasAusschieben der komprimierten Druckluft wird verhindert. Eskann kein Volumenstrom entstehen.

4.2 Betriebszustände

4.2.1 Stillstand ( L0 )

4.2.2 Leerlauf ( L1 )

53


Die Liefermenge des Verdichters wird dem jeweiligen Bedarfan Druckluft angepaßt. Der Energiebedarf geht bei verringer-ter Liefermenge zurück. Der Netzdruck pN ist konstant.

Es gibt verschiedene Methoden den Volumenstrom zu variie-ren. Gegebenenfalls können diese auch miteinander kombi-niert werden :

Drehzahl-Regelung

Eine Veränderung der Motordrehzahl variiert die Liefermengedes Kompressors. Bei elektrisch angetriebenen Kompresso-ren wird die Drehzahl-Regelung meist mit Hilfe eines Frequenz-umrichters realisiert.

Die Liefermenge wird wirtschaftlich stufenlos von 25-100%geregelt.

Zuschaltraum-Regelung ( nur Kolbenkompressoren )

Durch Vergrößerung des schädlichen Raums kommt es zueiner stärkeren Rückexpansion der verdichteten Luft. Öffnetman mehrere Zuschalträume nacheinander, läßt sich dieLiefermenge stufenförmig senken. Es gibt auch Varianten, beidenen ein Zuschaltraum stufenlos erweitert werden kann.

Rückström-Regelung ( nur Kolbenkompressoren )

Die Liefermenge des Kompressors wird durch Öffnen derSaugventile während des Verdichtungshubes reduziert. DieÖffnungszeit der Saugventile bestimmt die Verminderung desverdichteten Volumenstromes.

Es ist eine Teillastregelung von ca. 25 - 100% der Liefermengemöglich. Bleibt das Saugventil während des gesamtenVerdichtungshubes geöffnet, geht die Liefermenge auf Nullzurück.

Saugdrossel-Regelung

Eine verstellbare Drossel in der Ansaugleitung reduziert dasAnsaugvolumen. Nimmt der Netzdruck ab, so öffnet sich dasDrosselventil entsprechend und der Kompressor saugt mehrLuft an, die Liefermenge steigt. Sobald der Netzdruck stabilbleibt schließt das Drosselventil und der Kompressor arbeitetim Leerlauf.

Die Liefermenge variiert stufenlos von 0 - 100%. Dabei sinktder elektrische Leistungsbedarf nicht unter 70%.

4.2.3 Teillast

4.2.4 Lastlauf ( L2 ) Der Kompressor liefert seine maximale Liefermenge.Er verbraucht dabei die maximale Energie.

54


Die Regelung von Kompressoren verfolgt zwei Ziele:Energieersparnis und Verschleißminimierung.

Um diese Ziele zu erreichen, werden die 4 Betriebszuständeder Kompressoren in den verschiedenen Regelungsarten mit-einander kombiniert. Welche Regelung zum Einsatz kommt,hängt von den Randbedingungen ab.

Bei der Aussetzregelung schaltet ein Druckschalter, ein Druck-sensor oder ein Kontaktmanometer den Kompressor netz-druckabhängig.

Der Verdichter hat zwei Betriebszustände, Lastlauf ( L2 ) undStillstand ( L 0 ).

Diese Regelung hat die günstigste Energiebilanz aller Rege-lungsarten. Sie empfiehlt sich, wenn ein großer Druckluft-behälter zur Verfügung steht. Ein großes Speichervolumenreduziert außerdem die Zahl der Motorschaltspiele.

– Der Netzdruck pN steigt bis zum Ausschaltdruck pmax.Der Kompressor schaltet in den Stillstand ( L0 ).

– Der Netzdruck pN fällt auf den Einschaltdruck pmin.Der Kompressor schaltet in den Lastlauf ( L2 ).

Die Aussetzregelung ist die typische Regelung von Kolbenkom-pressoren.

Ein Druckschalter oder ein Kontaktmanometer schaltet denKompressor netzdruckabhängig in Last- oder Leerlauf.

Im Leerlauf ( L1 ) läuft der Antriebsmotor ununterbrochen wei-ter, ohne daß der Kompressor Druckluft fördert. Der elektri-sche Leistungsbedarf sinkt auf ca. 30% des Lastlaufbedarfs.

Der kontinuierliche Lauf des Antriebs minimiert die Motorschalt-spiele, die besonders bei großen Motoren erhöhten Verschleißverursachen.

Der Leerlaufbetrieb wird bei Druckluftnetzen mit relativ klei-nem Speichervolumen eingesetzt um die zulässige Schalt-häufigkeit des Antriebsmotors nicht zu überschreiten.

– Der Netzdruck pN steigt bis zum Ausschaltdruck pmax.Der Kompressor schaltet in den Leerlauf ( L1 ).

– Der Netzdruck pN fällt auf Einschaltdruck pmin.Der Kompressor schaltet in den Lastlauf ( L2 ).

4.3 Regelung einzelnerKompressoren

4.3.1 Aussetz-Regelung

Bild 4.1 :Funktionsdiagramm der Ausschalt-Regelung

Verhalten des Druckes

Verhalten der elektrischen Leistung

4.3.2 Leerlauf-Regelung

Bild 4.2 :Funktionsdiagramm der Leerlauf-Regelung



55


Ein Druckschalter, ein Drucksensor oder ein Kontaktmano-meter arbeitet mit einem Zeitelement zusammen und steuertden Kompressor netzdruckabhängig.

Der Kompressor durchläuft die Betriebszustände Lastlauf( L2 ), Leerlauf ( L1 ) und Stillstand ( L0 ). Die Betriebszuständewerden über das Zeitelement tV miteinander verknüpft.Die verzögerte Aussetzregelung verbindet die Vorteile der Aus-setzregelung und der Leerlaufregelung miteinander. Sie istein Mittelweg mit günstigerem Energieverbrauch als die Leer-laufregelung.

Die verzögerte Aussetz-Regelung arbeitet mit zwei Schalt-varianten :

1. Variante


– Der Netzdruck pN hat den Einschaltdruck pmin nach Ablaufder Zeit tV nicht erreicht.Der Kompressor schaltet in den Stillstand ( L0 ).

– Der Netzdruck pN fällt unter den Einschaltdruck pmin.Der Kompressor schaltet in den Lastlauf ( L2 ).

2. Variante


– Der Netzdruck pN erreicht den Einschaltdruck pmin vor Ab-lauf der Zeit tV .Der Kompressor schaltet in den Lastlauf ( L2 ).

Es gibt 2 Möglichkeiten der Aktivierung des Zeitelements tV :

1. Beim Einschalten des Kompressors ( pmin ) startet dasZeitelement tV (Mindest-Motor-Laufzeit MML).Hier ergeben sich geringere Leerlaufzeiten und somit ge-ringere Energiekosten als bei 2.

2. Beim Erreichen des Ausschaltdrucks ( pmax ) startet dasZeitelement tV (Feste Nachlaufzeit NLZ).

4.3.3 Verzögerte Aussetz-Regelung

Bild 4.3Funktionsdiagramm der verzögertenAusschalt-Regelung



1. 2.

56


Der Volumenstrom des Verdichters wird dem jeweiligen Be-darf an Druckluft angepaßt.

Der Netzdruck pN ist auf Grund der variablen Leistungsrege-lung weitgehend konstant. Die Schwankungen von pN sind,je nach Methode der Teillast-Regelung, unterschiedlich.

Die Teillast-Regelung wird bei Systemen mit kleinem Speicher-volumen und /oder starken Verbrauchsschwankungen einge-setzt. Die Anzahl der Schaltspiele sinkt.

Unabhängig von der ARS-Steuerung bietet BOGE optionaleine stufenlose Leistungsregelung für Schraubenkompres-soren mit Öleinspritzkühlung an. Diese Regelung greift in dieVorgänge des Ansaugreglers ein und arbeitet nach dem Saug-drosselprinzip. Sie paßt die tatsächliche Liefermenge an denaktuellen Druckluftbedarf an.

Die stufenlose Leistungsregelung von BOGE ist werkseitigauf eine Fördermenge zwischen 50 und 100% der Liefermengeeingestellt. Sinkt die Liefermenge unter 50% arbeitet der Kom-pressor unwirtschaftlich. Je nach Schaltzyklus schaltet derKompressor aus oder arbeitet im Leerlaufbetrieb weiter. Ge-nerell werden durch die Liefermengenanpassung Schaltvor-gänge und Leerlaufverluste minimiert und dadurch zusätzlichEnergie eingespart.

Durch die stufenlose Anpassung der Liefermenge an den tat-sächlichen Verbrauch erhält man einen konstanten Netzdruck,da immer nur so viel gefördert wird, wie verbraucht wird. DerNetzdruck kann so auf den tatsächlich benötigten Druck re-duziert und energieaufwendige Höherverdichtung vermiedenwerden. Diese Art der Liefermengenregulierung ist im Ver-gleich zur meist üblichen Frequenzregelung preiswerter in derAnschaffung und ideal einzusetzen in einem Spitzenlast-kompressor, bei kleinem Druckluftbehälter und bei schwan-kendem Druckluftbedarf.

Im alltäglichen Betrieb lassen sich bei durch den Einsatz einerstufenlosen Leistungsregelung teilweise erhebliche Einspar-potentale realisieren.

4.3.4 Teillast-Regelung

4.3.4.1 Stufenlose Leistungsregelung

Bild 4.4Funktionsdiagramm der Teillast-Regelung

Verhalten des Drucks


Bild 4.5a:Zusammenhang zwischen Liefermenge undLeistungsbedarf beim Einsatz der stufenlosenLeistungsregelung.

Lei

stu

ng

sau

fnah

me

[%]

Liefermenge [ % ]

UnwirtschaftlicherBereich

WirtschaftlichsinnvollerBereich

Regelkennliniestufenlose Leistungsregelung

IdealeRegel-kennlinie

Leistungs-aufnahmeim Leerlauf

57


4.3.4.2 Frequenzregelung

Die Frequenzregelung ermöglicht eine sehr breite Liefermen-genregelung von 25% bis 100%. Die Anpassung an denDruckluftbedarf erfolgt durch stufenlose Drehzahländerung desAntriebsmotors, der durch einen Frequenzumrichter angesteu-ert wird. Gleichzeitig wird dadurch die Drehzahl der Verdichter-stufe verändert.

Der Frequenzumrichter ermöglicht weiche Starts und Stoppsdes Antriebsmotors. Die Anlaufströme liegen ohne Stromspit-zen beim Einschalten im Bereich der Nennströme. Geradebei größeren Antriebsleistungen ist dies ein Vorteil in der Ener-giebereitstellung.

Sinkt die Liefermenge unter 25% arbeitet der Kompressorunwirtschaftlich. Je nach Schaltzyklus schaltet der Kompres-sor aus oder arbeitet im Leerlaufbetrieb weiter. Durch dievariable Anpassung der Liefermenge werden Schaltvorgängeund Leerlaufbetrieb aber weitgehend vermieden, so daß derSchraubenkompressor tatsächlich in dem für ihn günstigstenDurchlaufbetrieb arbeiten kann.

Die Leistungsaufnahme eines frequenzgeregelten Kompres-sors ist, bedingt durch die Verluste des Frequenzumrichters,bei Volllast ca. 3 bis 5% höher als die eines ungeregeltenKompressors. Demgegenüber hat die Frequenzregelung denVorteil, daß bei einer Regelung der Liefermenge durch dieDrehzahl des Motors, und damit der Drehzahl der Verdichter-stufe, die Leistungsaufnahme gleichzeitig nahezu proportio-nal abnimmt. Die Vorteile der Frequenzregelung liegen daherbei der Regelung in kleineren Liefermengenbereichen, wo diestufenlose Leistungsregelung über den Ansaugregler unwirt-schaftlich arbeitet. Anhand des Vergleichs der beiden Regel-kennlinien erkennt man, daß bei durchschnittlichen Liefer-mengen von 100% bis ca. 85% die stufenlose Leistungsrege-lung über den Ansaugregler Vorteile hat und darunter dieFrequenzregelung weit wirtschaftlicher arbeitet. Daraus ergibtsich der ideale Einsatzbereich für die Frequenzregelung beistark schwankendem Druckluftbedarf bis in kleine Liefer-mengenbereiche.

Durch den sehr breiten Regelbereich bei der Frequenzregelungist es auch bei kleinem Druckluftbedarf möglich, die Liefer-menge dem Luftbedarf anzupassen. Kompressorschaltspieleund Leerlaufzeiten werden so fast gänzlich vermieden.

Durch die Liefermengenanpassung kann der Netzdruck imIdealfall bis auf 0,1 bar konstant auf den benötigten Netzdruckgehalten werden. Die bei ungeregelten Kompressoren durchdie Differenz zwischen Ein- und Ausschaltdruck vorgegebeneÜberverdichtung wird vermieden, und pro bar Höherverdich-tung ca. 6% bis 10% Energie eingespart.

Bild 4.5b:Gegenüberstellung Zusammenhang Liefermengeund Leistungsbedarf bei stufenloser Leistungs-regelung und Frequenzregelung

Lei

stu

ng

sau

fnah

me

[%]

Liefermenge [ % ]

Regelkennliniestufenlose Leistungsregelung

IdealeRegel-kennlinie

Leistungs-aufnahmeim Leerlauf

RegelkennlinieFrequenzregelung

58


Durch die sehr breite, kontinuierliche Volumenstromregelungist die Frequenzregelung sehr gut geeignet für stark schwan-kende Druckluftverbräuche. Und zwar gleichermaßen als ein-zelner Kompressor wie auch als Spitzenlastkompressor ineinem Kompressorenverbund.

Die Energieeinsparungen, die sich durch Nutzung einer Fre-quenzregelung ergeben können sind, je nach Ausgangssitua-tion, immens. Einsparpotentiale ergeben sich durch Einspa-rung der Höherverdichtung, Minimierung der Leerlaufzeitenund Verluste durch Schaltspiele des Kompressors und An-passung der Leistungsaufnahme an die tatsächlich benötigteund gelieferte Druckluftmenge.In dem für die stufenlose Leistungsregelung am Ansaugreglerangesprochene kleinere Liefermengenschwankung gelten die-se Einsparpotentiale in ähnlicher Weise.

59


BOGE-Schraubenkompressoren und superschallgedämmteKolbenkompressoren sind mit dem modernen ARS-Steue-rungskonzept ( Autotronic, Ratiotronic, Supertronic ) ausge-stattet.Die ARS-Steuerung unterscheidet sich in der Ausstattung undden Überwachungsfunktionen.

ARS ist ein integriertes Steuerungs- und Überwachungs-konzept, das zwei Ziele anstrebt:

– Energieeinsparung und damit Reduzierung der laufendenKosten.

– Verlängerung der Lebensdauer des Kompressors durchmöglichst geringen Verschleiß.

Die ARS-Steuerung strebt bei Schraubenkompressoren übereinen Microcontroller den kostengünstigen Aussetzbetriebunter Berücksichtigung der max. zulässigen Motorschaltspielean. Kolbenkompressoren arbeiten nur im wirtschaftlichen Aus-setzbetrieb.

Alle programmierten Daten werden in einem Speicherbaustein( EEPROM ) gespeichert, der elektrisch beschrieben und wie-der gelöscht werden kann. Die gespeicherten Informationensind dadurch auch nach einem Spannungsausfall wieder ver-fügbar.

Modularer Aufbau

Die ARS-Steuerung setzt sich aus einzeln erhältlichen Stan-dardkomponenten zusammen. Die einzelnen Bauteile könnenauch nachträglich leicht ergänzt werden. Die Steuerungenlassen sich auf diese Weise optimal den individuellen Aus-stattungswünschen des Kunden anpassen. Die schnelle Aus-tauschbarkeit der Steuerungen bei Ausfällen erhöht die Ver-fügbarkeit des Kompressors. Die zeit- und kostenaufwendigeFehlersuche durch Spezialisten entfällt.

4.4 Das ARS-Steuerungskonzept

60


4.4.1 Autotronic

4.4.2 Ratiotronic

Bild 4.6 :Die BOGE Autotronic

Bild 4.7 :Die BOGE Ratiotronic

Die Autotronic ist eine intelligente Steuerungs- und Über-wachungseinheit für Schrauben- und Kolbenkompressoren.Sie bietet:

– Komfortables und übersichtliches LC-Display mit7-Segment Anzeige und internationaler Symbolik,alle Daten werden direkt und präzise angezeigt.

– automatische Wahl der günstigsten Betriebsart.

– Betriebsstundenanzeige.

– programmierbare Steuerung.

– Schutz der wichtigen Programm-Parameter durch Code-abfrage.

– Drucksensortechnik statt Druckschalter.

– Permanente Ist-Verdichtungstemperatur- und Ist-Druck-anzeige.

– Digitale Druck- und Temperaturanzeige.

– Automatischer Frostschutzbetrieb.

– Leerlaufregelung bei extremen Kurzzeitbetrieb.

– Anzeige von Stör- und Wartungsmeldungen,Überwachungsmöglichkeiten, Autorestart.

– Softwareupdate vor Ort möglich.

– RS 485 Schnittstelle

Die Ratiotronic ist eine Erweiterung der Autotronic für Schrau-ben- oder Kolbenkompressoren. Sie bietet folgende zusätz-liche Möglichkeiten:

– Anbindung an diverse Bus-Systeme.

– Fern Ein-Aus (z.B. durch Leitwarte).

– Überwachung einer Druckluft-Aufbereitungskomponente.

– Zusätzlicher Systemdrucksensor.

– Ringspeicher der 30 letzten Fehler.

– Potentialfreie Kontakte für Stör- und Wartungsmeldungenund Betriebszustand.

61


4.4.3 Supertronic

Bild 4.8 :Die BOGE Supertronic für Schraubenkompressoren

Die Supertronic ist eine komplexe Bedien- und Überwachungs-einheit für Schraubenkompressoren. Im Vergleich zu den ande-ren Steuerungen hat sie umfangreiche zusätzliche Funktionen:

– Übersichtliche LCD-Anzeige mit 4 x 20 Zeichenmit Klartextausgabe.

– Einstellung des Netzdruckes über Tastatur.

– Umfangreiche Anzeige und Überwachung derwichtigen Betriebsdaten.

– Umfassende Überwachung des KompressorsAnzeige der Störungs- und Warnmeldungen in derLCD-Anzeige.

– Integrierte, elektronische Echtzeituhr für Ein- / Ausschal-tung. Die Bedienung erfolgt über Tastatur.

– Einstellbarkeit aller Betriebsparameter über die Tastatur.

– Zugriffmöglichkeit auf alle Funktionen mit wenigenzusätzlichen Tasten.

62

Regelung von Kompressoren1.1

Für Druckluftanwender mit hohem, stark schwankendem Ver-brauch ist es ungünstig, einen einzelnen Großkompressor zuinstallieren. In diesen Fällen ist ein Kompressorverbundsystem,das aus mehreren Kompressoren besteht, die Alternative.Dafür spricht eine größere Betriebssicherheit und die höhereWirtschaftlichkeit.

Betriebe, die stark von Druckluft abhängig sind, können durchein Kompressorverbundsystem ihre Versorgung zu jeder Zeitsicherstellen. Fällt ein Kompressor aus, oder sind Wartungs-arbeiten nötig, übernehmen die anderen Kompressoren dieVersorgung.

Mehrere unterschiedlich große Kompressoren können leich-ter dem Druckluftverbrauch angepaßt werden als ein großerKompressor. Darüber hinaus sind die Leerlaufkosten einesgroßen Kompressors höher als die des kleinen Bereitschafts-kompressors eines Verbundsystems. Aus diesen Tatsachenergibt sich die höhere Wirtschaftlichkeit.

Ein Kompressorverbundsystem wird mit Hilfe einer übergeord-neten Regelung wirtschaftlich und verschleißarm gesteuert.

MCS 1 steuert 2 Kompressoren gleicher Größe als Grundlastund Spitzenlast. Die Kompressoren werden zyklisch getauschtund über eigene Druckschalter ein- und ausgeschaltet. DieSteuerung bietet:

– Zyklisches Vertauschen über eine Schaltuhr.

– Zeitversetztes Zu- bzw. Abschalten der Kompressorenbei Anforderung der Steuerung durch eine Druck-staffelung.

– Gleichmäßige Auslastung der Kompressoren.

– Konstanten Druck im Druckbandbereich.

– Minimale Schaltdifferenz ∆p = 0,8 bar

MCS 2 steuert bis zu 3 Kompressoren gleicher Größe alsGrundlast, Mittellast und Spitzenlast. Die Kompressoren wer-den zyklisch getauscht und über eigene Druckschalter ein-und ausgeschaltet. Die Erweiterung auf 3 Kompressoren istneben der größeren Schaltdifferenz der einzige Unterschiedzur MCS 1. Ansonsten bietet sie dieselbe Ausstattung.

– Minimale Schaltdifferenz ∆p = 1,1 bar

4.5.1 MCS 1 und MCS 2

Bild 4.9 :Das BOGE Master Control System 2

Bild 4.10 :Das Schaltdiagramm der BOGE MCS 2

4.5 Regelungvon mehreren Kompressoren

63


4.5.2 MCS 3 MCS 3 steuert maximal 4, 8, oder 12 Kompressoren gleicherund/oder unterschiedlicher Größe und Bauart in einem Kom-pressorverbundsystem. Alle Kompressoren werden dabei übereinen gemeinsamen Drucksensor am Druckluftbehälter ge-regelt.Die MCS 3 hat mit 0,5 bar eine sehr kleine Schaltdifferenz.Den einzelnen Kompressoren sind keine festen Ein- und Aus-schaltdrücke zugewiesen. Alle Kompressoren arbeiten imgleichen Druckbandbereich ( ∆∆∆∆∆p = 0,5 bar ). Die Kompresso-ren schalten dynamisch-bedarfsabhängig über eingestellteZwischendruckwerte zu- und ab. Es wird die Druckabfall- bzw.Druckanstiegsgeschwindigkeit gemessen. Die Kompressorenschalten entsprechend dynamisch zu- bzw. ab.

Die Steuerung bietet:

– Dynamische Druckregelung durch Microcontroller inVerbindung mit dem elektronischen Druckregler für eineminimale Schaltdifferenz von 0,5 bar.( keine Überverdichtung → Energieersparnis )

– Zeitabhängige Einteilung der Kompressoren in Rang-stufen für Schichtbetrieb mit unterschiedlichem Druckluft-bedarf.

– Individuelle Zuordnung der einzelnen Kompressoren indie Lastbereichsgruppen mit gleichmäßiger Auslastungder Kompressoren.

– Einstellbarer Grundlast-Wechselzyklus.

– Unabhängige Rotation der Kompressoren in den Last-bereichsgruppen.

– Zeitversetztes Zu- bzw. Abschalten der Kompressorenbei Anforderung durch die Steuerung.

– Übersichtliche LCD-Anzeige mit 4 x 20 Zeichenund Klartextausgabe.

– Überprüfungsmöglichkeit aller Ein- / Ausgängeüber ein Testmenü.

– Automatische Umschaltung auf die Druckschalter bzw.-sensoren der Einzelkompressoren bei Spannungs-ausfall.

– Die einzelnen Kompressoren arbeiten ohne die MCS 3selbstständig. Sie werden dann von ihren eigenen Druck-schaltern gesteuert.



64


MCS 4 steuert maximal 4 oder 8 Kompressoren gleicher und/oder unterschiedlicher Größe und Bauart in einem Kompres-sorverbundsystem. Alle Kompressoren werden dabei übereinen gemeinsamen Drucksensor am Druckbehälter geregelt.

Die Grundlast deckt bei dieser Steuerung üblicherweise dergrößte Kompressor oder die größte Kompressorkombination.Der kleinste Kompressor bestreitet die Spitzenlast. Kompres-soren gleicher Größe wechseln in der Grundlast.

Aus den programmierten Kompressorleistungen und den In-formationen des Drucksensors errechnet die MCS 4 ständigden Druckluftverbrauch. Sie wählt den Kompressor aus, derdem Bedarf am nächsten liegt.

Die Steuerung bietet :

– Bedarfsorientierten Einsatz der verschiedenenKompressoren und Kompressorkombinationen.

– Optimale Ausnutzung der Vorteile der Schrauben- undKolbenkompressoren.

– Minimale Schaltdifferenz von 0,5 bar.( keine Überverdichtung → Energieersparnis )

– Drei unterschiedliche Druckprofile pro Tag durch einSchaltuhrprogramm zur Anpassung der Steuerung anunterschiedlichen Druckluftbedarf.





– Die einzelnen Kompressoren arbeiten ohne die MCS 4selbstständig. Sie werden dann von ihren eigenenDruckschaltern / Drucksensoren gesteuert.

– Mehrere potentialfreie Kontakte für die Ansteuerung vonZusatzkomponenten.



4.5.3 MCS 4

65


4.5.4 MCS 5


MCS 5 steuert maximal 4, 8, oder 12 Kompressoren mit stu-fenloser Leistungsregelung gleicher und/oder unterschied-licher Größe und Bauart in einem Kompressorverbundsystem.Alle Kompressoren werden dabei über einen gemeinsamenDrucksensor am Druckluftbehälter geregelt. Der Spitzenlast-kompressor regelt entsprechend dem Druckluftbedarf überseine stufenlose Leistungsregelung.

Bei sinkendem Druckluftbedarf schaltet dieser Kompressor ausund der Mittellastkompressor übernimmt nun die Regelungüber seine stufenlose Leistungsregelung je nach Rangstufe.

Bis auf die Nutzung der stufenlosen Leistungsregelung äh-neln sich die MCS 3 und die MCS 5.


– Anpassung der Liefermenge an den Druckluftbedarfdurch Stufenlose Leistungsregelung des Spitzenlast-kompressors.

– Minimale Druckschwankungen im Druckluftnetz.


– Zeitabhängige Einteilung der Kompressoren in Rang-stufen für Schichtbetrieb mit unterschiedlichem Druck-luftbedarf.







– Automatische Umschaltung auf die Druckschalter /Drucksensoren der Einzelkompressoren bei Spannungs-ausfall.

– Die einzelnen Kompressoren arbeiten ohne die MCS 5selbstständig. Sie werden dann von ihren eigenen Druck-schaltern bzw. Drucksensoren gesteuert.


66


4.5.5 MCS 6 MCS 6 steuert maximal 4, 8 oder 12 Kompressoren mit Dreh-zahl-Frequenzregelung gleicher und/oder unterschiedlicherGröße und Bauart in einem Kompressorverbundsystem. AlleKompressoren werden dabei über einen gemeinsamen Druck-sensor am Druckluftbehälter geregelt. Der Spitzenlastkom-pressor regelt entsprechend dem Druckluftbedarf über seineDrehzahl-Frequenzregelung.

Bei sinkendem Druckluftbedarf schaltet dieser Kompressor ausund der Mittellastkompressor übernimmt nun die Regelungüber seine Drehzahl-Frequenzregelung.

Bis auf die Nutzung der Drehzahl-Frequenzregelung ähnelnsich die MCS 3 und die MCS 6 Steuerungen.


– Anpassung der Liefermenge an den Druckluftbedarfdurch Drehzahl-Frequenzregelung des Spitzenlastkom-pressors.

– Minimale Druckschwankungen im Druckluftnetz.


– Zeitabhängige Einteilung der Kompressoren in Rang-stufen für Schichtbetrieb mit unterschiedlichem Druck-luftbedarf.








– Die einzelnen Kompressoren arbeiten ohne die MCS 6selbstständig. Sie werden dann von ihren eigenen Druck-schaltern / Drucksensoren gesteuert.



67


4.5.6 MCS 7 MCS 7 steuert, regelt und überwacht eine komplette Druck-luftstation mit der Siemens-Steuerung S 5 ( S7 ) und demBedienerterminal OP 15.

Zur Grundausstattung gehören :

– 8 Kompressoren.

– 2 Kälte-Drucklufttrockner.

– 2 Adsorptionstrockner.

– 10 Bekomaten.

– 2 potentionalfreie Schaltkanäle für die Ansteuerung vonZusatzgeräten.

Die MCS 7 ist in drei Ausführungsvarianten lieferbar :

Ausführung 1

Die Ausführung 1 bietet ein erweitertes Software-Programmder MCS 3. Sie realisiert eine druckabhängige Regelung bis8 oder 12 Kompressoren gleicher und / oder unterschiedlicherGröße durch Rangstufen und Schaltuhrprogramme.

Ausführung 2

Die Ausführung 2 bietet ein erweitertes Software-Programmder MCS 5. Sie realisiert eine druckabhängige Regelung bis8 oder 12 Kompressoren gleicher und / oder unterschiedlicherGröße mit stufenloser Leistungsregelung.

Ausführung 3

Die Ausführung 3 bietet ein erweitertes Software-Programmder MCS 6. Sie realisiert eine druckabhängige Regelung bis8 oder 12 Kompressoren gleicher und / oder unterschiedlicherGröße mit Drehzahl-Frequenzregelung.

Die Steuerung bietet zusätzlich zu den Funktionen der je-weiligen Basissoftware :

– Betriebszustandserfassung für die Kompressoren unddie weiteren Komponenten der Kompressorstation.

– Speicherung der Betriebs-, Warnungs- und Stör-meldungen. Die Wartung und die Reparatur derKompressoranlage wird erheblich vereinfacht.

– Steuerung und Überwachung von Komponenten derDruckluftaufbereitung und des Druckluftnetzes.

– BUS-Kopplung über Profibus ( Option )Dadurch wird eine Anbindung an eine zentrale Leit-technik ermöglicht.

– Anlagenvisualisierung in übergeordnete Leittechnik( Option )Es können umfangreiche Informationen über diegesamte Druckluftversorgung abgerufen werden.



68

Druckluftaufbereitung

5. Druckluftaufbereitung

5.1 Warum Druckluftaufbereitung ? Moderne Produktionstechnik braucht Druckluft. Die Vielfalt derAnwendungen reicht von der nicht aufbereiteten Blasluft biszur absolut trockenen, ölfreien und sterilen Druckluft.

Die in unserer Umgebungsluft vorhandenen Verunreinigun-gen sind mit dem bloßen Auge meist nicht sichtbar. Trotzdemkönnen sie die zuverlässigen Funktionen des Druckluftnetzesund der Verbraucher beeinträchtigen und die Qualität der Pro-dukte mindern.

1 m3 Umgebungsluft enthält eine Vielzahl von Verunreinigun-gen wie z.B. :

– Bis zu 180 Millionen Schmutzpartikel.Größe zwischen 0,01 und 100 µm.

– 5 – 40 g/m³ Wasser in Form von Luftfeuchtigkeit.

– 0,01 bis 0,03 mg/m3 Öl in Form von Mineralölaerosolenund unverbrannten Kohlenwasserstoffen.

– Spuren von Schwermetallen wie Blei, Cadmium, Queck-silber, Eisen.

Kompressoren saugen die Umgebungsluft und damit die Luft-verunreinigungen an und konzentrieren sie auf ein Vielfaches.Bei einer Verdichtung auf 10 barü ( 10 bar Überdruck = 11 barabsolut ) erhöht sich die Konzentration der Schmutzpartikelauf das 11fache. In 1 m3 Druckluft befinden sich dann bis zu2 Milliarden Schmutzpartikel. Dabei gelangen noch zusätzlichSchmieröl und Abriebteilchen aus dem Kompressor in dieDruckluft.

Richtige Druckluftaufbereitung hat Vorteile :

– Erhöhte Lebensdauer der nachgeschaltetenDruckluft-Verbraucher.

– Verbesserte, konstante Qualität der Erzeugnisse.

– Kondensat- und rostfreie Druckluftleitungen.

– Weniger Betriebsstörungen.

– Rohrleitungen ohne Kondensatsammler.

– Geringer Wartungsaufwand.

– Geringere Druckverluste durch Leckageund Strömungswiderstände.

– Weniger Energieverbrauch durch geringere Druckverluste.

Bild 5.1 :Konzentration von Luftverunreinigungenbei der Verdichtung

69


5.1.2 Planungshinweise BOGE empfiehlt für die verschiedenen Anwendungsbereicheder Druckluft die Aufbereitung entsprechend der Auflistungauf dieser Seite.

BO

GE

-Sch

rau

ben

-un

d K

olb

enko

mp

ress

ore

n

Anwendungsgebiet Qualitätsklassender Druckluft DIN ISO 8573-1**)

allgemeine Brauchluft — — —

Blasluft — — —

Sandstrahlen — 3 —

Einfache Lackierarbeiten — 3 —

Allgemeine Werksluft 5 3 4

Förderluft 5 3 4

Einfaches Farbspritzen 5 3 4

Sandstrahlen mit erhöhtenQualitätsanforderungen 5 3 4

Druckluftwerkzeuge 1 1 4

Steuerluft 1 1 4

Meß- und Regeltechnik 1 1 4

Farbspritzen 1 1 4

Konditionierung 1 1 4

Fluidicelemente 1 1 4

Dentallabor 1 1 4

Fotolabor 1 1 4

Atemluft 1 1 1-3

Instrumentenluft 1 1 1-3

Pneumatik 1 1 1-3

Farbspritzen mit erhöhtenQualitätsanforderungen 1 1 1-3

Oberflächentechnik 1 1 1-3

Medizintechnik 1 1 3-4

Förderluft mit erhöhtenQualitätsanforderungen 1 1 3-4

Nahrungs- undGenußmittelindustrie 1 1 3-4

Brauereien 1 1 1-3

Molkereien 1 1 1-3

Pharmazeutische Industrie 1 1 1-3

Öl

Par

tike

l

Was

ser

Dru

cklu

fter

zeu

ger

Zyk

lon

absc

hei

der

*)

Vorf

ilter

Käl

tetr

ock

ner

Mic

rofi

lter

Mem

bra

ntr

ock

ner

Ad

sorp

tio

ns-

tro

ckn

er

Vorf

ilter

Akt

ivko

hle

filt

er

Akt

ivko

hle

-ab

sorb

er

Ste

rilf

ilter

*) Der Zyklonabscheider kann unter bestimmen Vorraussetzungen entfallen.**) DIN ISO 8573-1; 1991

70


Bleiben die Verunreinigungen und das Wasser aus der Um-gebungsluft in der Druckluft, kann das unangenehme Folgenhaben. Das betrifft sowohl das Leitungsnetz, als auch die Ver-braucher. Teilweise leiden auch die Produkte unter schlechterDruckluftqualität. In manchen Einsatzbereichen ist der Ein-satz von Druckluft ohne entsprechende Aufbereitung gefähr-lich und gesundheitsschädlich.

Festkörperpartikel in der Druckluft

– Verschleißwirkung in Pneumatikanlagen.Staub und andere Partikel führen zu Abrieb. Wenn Partikelmit Schmieröl- oder Fett eine Schleifpaste bilden, wird die-se Wirkung noch verstärkt.

– Gesundheitsschädliche Partikel.

– chemisch agressive Partikel.

Öl in der Druckluft

– Alt- und Fremdöl in der Pneumatikanlage.Verharztes Öl kann zu Durchmesserreduzierung und Blok-kaden in Rohrleitungen führen. Das hat erhöhten Strö-mungswiderstand zur Folge.

– Ölfreie Druckluft.In der pneumatischen Förderung kann Öl das Fördergutverkleben und so zu Verstopfungen führen.In der Nahrungs- und Genußmittelindustrie, sowie in derPharmazeutischen Industrie muß die Druckluft aus gesund-heitlichen Gründen ölfrei sein.

Wasser in der Druckluft

– Korrosion in der Pneumatikanlage.Rost entsteht in den Leitungen und Funktionselementenund führt zu Leckagen.

– Unterbrechen von Schmierfilmen.Unterbrochene Schmierfilme führen zu mechanischenDefekten.

– Bildung von elektrischen Elementen.Wenn verschiedene Metalle mit Wasser in Berührung kom-men, können elektrische Elemente entstehen.

– Eisbildung im Druckluftnetz.Bei niedrigen Temperaturen kann das Wasser im Druckluft-netz gefrieren und dort Frostschäden, Durchmesserredu-zierung und Blockaden verursachen.

5.1.3 Folgen schlechter Aufbereitung

71


5.1.4 Luftverunreinigungen In unserer Umgebungsluft sind Schmutzpartikel vorhanden,die mit bloßem Auge nicht zu sehen sind. Einen allgemeinenÜberblick über die Art, Größe und Konzentration dieserSchmutzpartikel enthält dieses Kapitel.

Konzentration von Partikeln Grenzwerte Durchschnittswert

in der Umgebungsluft [ mg/m³ ] [ mg/m³ ]

Auf dem Land 5 - 50 15

In der Stadt 10 - 100 30

Im Industriegebiet 20 - 500 100

In großen Fabrikanlagen 50 - 900 200

Partikeldurchmesser [ µm ]

72


5.2.1 Luftfeuchtigkeit

Max

imal

e F

euch

te f

max

[g

/m³]

Taupunkt [ °C ]

5.2 Wasser in der Druckluft

Bild 5.2 :Maximale Feuchtein Abhängigkeit vom Taupunkt

In der atmosphärischen Luft befinden sich immer gewisseMengen Wasserdampf. Der Gehalt schwankt zeitlich und ört-lich und wird als Luftfeuchtigkeit ( Feuchte ) bezeichnet. Beijeder Temperatur kann ein bestimmtes Luftvolumen nur eineHöchstmenge Wasserdampf enthalten. Meist enthält dieUmgebungsluft jedoch nicht die maximale Menge Wasser-dampf.

Maximale Feuchte fmax [ g/m³ ]

Unter der maximalen Feuchte fmax ( Sättigungsmenge ) ver-steht man die maximale Menge Wasserdampf, die 1 m³ Luftbei einer bestimmten Temperatur enthalten kann. Die maxi-male Feuchte ist druckunabhängig.

Absolute Feuchte f [ g/m³ ]

Unter der absoluten Feuchte f versteht man die in 1 m³ Lufttatsächlich enthaltene Menge Wasserdampf.

Relative Feuchte ϕϕϕϕϕ [ % ]

Unter der relativen Feuchte ϕϕϕϕϕ versteht man das Verhältnis derabsoluten zur maximalen Feuchte.

fϕϕϕϕϕ = ——— ××××× 100 %

fmax

ϕ = relative Feuchte [ % ]f = absolute Feuchte [ g/m³ ]fmax

= maximale Feuchte [ g/m³ ]

Da die maximale Feuchte fmax temperaturabhängig ist, ändertsich mit der Temperatur die relative Feuchte, auch wenn dieabsolute Feuchte konstant bleibt. Bei einer Abkühlung bis zumTaupunkt steigt die relative Feuchte auf 100 %.

73


Atmosphärischer Taupunkt [ °C ]

Unter atmosphärischem Taupunkt versteht man die Tempe-ratur, auf die atmosphärische Luft ( 1 bar

abs) abgekühlt wer-

den kann, ohne daß Wasser ausfällt.

Der atmosphärische Taupunkt ist für Druckluftsysteme vonuntergeordneter Bedeutung.

Drucktaupunkt [ °C ]

Unter dem Drucktaupunkt versteht man die Temperatur, aufdie verdichtete Luft abgekühlt werden kann, ohne daß Kon-densat ausfällt. Der Druckttaupunkt ist abhängig vom Ver-dichtungs-Enddruck. Bei sinkendem Druck sinkt auch derDrucktaupunkt.

5.2.2 Taupunkte

5.2.3 Wassergehalt der Luft Die folgende Tabelle gibt die maximale Feuchte der Luft beieinem bestimmten Taupunkt an :

+100° 588,208

+99° 569,071

+98° 550,375

+97° 532,125

+96° 514,401

+95° 497,209

+94° 480,394

+93° 464,119

+92° 448,308

+91° 432,885

+90° 417,935

+89° 403,380

+88° 389,225

+87° 375,471

+86° 362,124

+85° 340,186

+84° 336,660

+83° 324,469

+82° 311,616

+81° 301,186

+80° 290,017

+79° 279,278

+78° 268,806

+77° 258,827

+76° 248,840

+75° 239,351

+74° 230,142

+73° 221,212

+72° 212,648

+71° 204,286

+70° 196,213

+69° 188,429

+68° 180,855

+67° 173,575

+66° 166,507

+65° 159,654

+64° 153,103

+63° 146,771

+62° 140,659

+61° 134,684

+60° 129,020

+59° 123,495

+58° 118,199

+57° 113,130

+56° 108,200

+55° 103,453

+54° 98,883

+53° 94,483

+52° 90,247

+51° 86,173

+50° 82,257

+49° 78,491

+48° 74,871

+47° 71,395

+46° 68,056

+45° 64,848

+44° 61,772

+43° 58,820

+42° 55,989

+41° 53,274

+40° 50,672

+39° 48,181

+38° 45,593

+37° 43,508

+36° 41,322

+35° 39,286

+34° 37,229

+33° 35,317

+32° 33,490

+31° 31,744

+30° 30,078

+29° 28,488

+28° 26,970

+27° 25,524

+26° 24,143

+25° 22,830

+24° 21,578

+23° 20,386

+22° 19,252

+21° 18,191

+20° 17,148

+19° 16,172

+18° 15,246

+17° 14,367

+16° 13,531

+15° 12,739

+14° 11,987

+13° 11,276

+12° 10,600

+11° 9,961

+10° 9,356

+9° 8,784

+8° 8,234

+7° 7,732

+6° 7,246

+5° 6,790

+4° 6,359

+3° 5,953

+2° 5,570

+1° 5,209

0° 4,868

-1° 4,487

-2° 4,135

-3° 3,889

-4° 3,513

-5° 3,238

-6° 2,984

-7° 2,751

-8° 2,537

-9° 2,339

-10° 2,156

-11° 1,960

-12° 1,800

-13° 1,650

-14° 1,510

-15° 1,380

-16° 1,270

-17° 1,150

-18° 1,050

-19° 0,960

-20° 0,880

-21° 0,800

-22° 0,730

-23° 0,660

-24° 0,600

-25° 0,550

-26° 0,510

-27° 0,460

-28° 0,410

-29° 0,370

-30° 0,330

-31° 0,301

-32° 0,271

-33° 0,244

-34° 0,220

-35° 0,198

-36° 0,178

-37° 0,160

-38° 0,144

-39° 0,130

-40° 0,117

-41° 0,104

-42° 0,093

-43° 0,083

-44° 0,075

-45° 0,067

-46° 0,060

-47° 0,054

-48° 0,048

-49° 0,043

-50° 0,038

-51° 0,034

-52° 0,030

-53° 0,027

-54° 0,024

-55° 0,021

-56° 0,019

-57° 0,017

-58° 0,015

-59° 0,013

-60° 0,010

-65° 0,00640

-70° 0,00330

-75° 0,00130

-80° 0,00060

-85° 0,00025

-90° 0,00010

Tau- max.punkt Feuchte

[ °C ] [ g/m³ ]


[ °C ] [ g/m³ ]


[ °C ] [ g/m³ ]


[ °C ] [ g/m³ ]


[ °C ] [ g/m³ ]


[ °C ] [ g/m³ ]


[ °C ] [ g/m³ ]

74


Luft enthält immer Wasser in Form von Dampf. Da Luft imGegensatz zu Wasser komprimierbar ist, fällt bei der Verdich-tung das Wasser in Form von Kondensat aus. Die maximaleFeuchte der Luft ist temperatur- und volumenabhängig. Sie istnicht mengenabhängig.

Die Umgebungsluft kann man sich als feuchten Schwammvorstellen. Er kann im entspannten Zustand eine bestimmteMenge Wasser aufnehmen. Drückt man diesen Schwammzusammen, läuft ein Teil des Wassers heraus. Ein Rest Was-ser wird auch bei starkem Druck im Schwamm zurückbleiben.Ahnlich verhält es sich mit komprimierter Luft.

Das folgende Beispiel verdeutlicht, mit welcher Kondensat-menge mK bei der Komprimierung von Luft zu rechnen ist .Ausgangslage ist ein schwüler Sommertag mit 35°C und 80 %Luftfeuchtigkeit.

V1 ××××× fmax 1 ××××× ϕϕϕϕϕ11111 V2 ××××× fmax 1 ××××× ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ22222mK = —————— - ————————100 100

6,5 ××××× 39,286 ××××× 80 0,59 ××××× 39,286 × × × × × 100mK = ————–———– - ————–————–

100 100

m³ ××××× g /m³ ××××× % m³ ××××× g /m³ × × × × × %mK = ———————– - ————————–

% %

mK = 181,108 g

mK = Ausgefallenes Kondensat [ g ]

V1 = Volumen bei 0 barü [ m³ ]

V2

= Volumen bei 10 barü

[ m³ ]

fmax 1

= maximale Feuchte bei 35°C [ g/m³ ]

ϕ1

= relative Feuchte von V1

[ % ]

ϕ2

= relative Feuchte von V2

[ % ]

Da aus der komprimierten Luft nur das Wasser ausfällt, dasnicht gespeichert werden kann, steigt die relative Luftfeuch-tigkeit ϕϕϕϕϕ der verdichteten Luft auf 100 %.

Bei der Komprimierung von 6,5 m³ Luft auf 10 bar Über-druck fallen bei konstanter Temperatur 181,108 g Wasserals Kondensat aus.

5.2.4 Kondensatmengebei Komprimierung

V1 = 6,5 m³ V2 = 0,59 m³

p1

= 0 barü = 1 bar

absp

2= 10 bar

ü= 11 bar

abs

T = 35° C T = 35° C

ϕ1 = 80 % ϕ2 = 100 %

fmax

= 39,286 g/m³

mK

Bild 5.4 :Kondensatausfall bei Verdichtung

Bild 5.3 :Ein nasser Schwamm wird zusammengedrückt

75


5.2.5 Beispielzur Kondensatmengenberechnung

Ein Beispiel zeigt die Kondensatmenge mK, die tatsächlichbei der Verdichtung von Luft anfällt. Dabei fällt das Kondensatan mehreren Stellen der Kompressorstation zu unterschied-lichen Zeitpunkten aus.

Der Kondensatanfall eines Schraubenkompressors mit einerLiefermenge V• = 2720 m³/h bei einem Verdichtungsenddruckvon pü = 10,5 bar wird hier ermittelt. Dem Verdichter nach-geschaltet sind ein Druckluftbehälter und ein Kälte-Druckluft-trockner.

Die Umgebungsluft enthält bei diesen Bedingungen eine be-stimmte Menge Wasser :

mw = V•1 ××××× fmax 1 ××××× ϕϕϕϕϕ1 /100

g/h = m³/h ××××× g/m³ ××××× %/%

mw = 2720 ××××× 35,317 ××××× 80/100

mW = 76849,79 g/h =̂ 76,85 l/h

Bei der Verdichtung selbst steigt die Temperatur über denDrucktaupunkt der verdichteten Luft. Es fällt also noch keineFeuchtigkeit aus. Im Nachkühler des Kompressors wird dieverdichtete Luft auf T

2= 40°C abgekühlt. Das erste Konden-

sat fällt aus und wird in den Druckluftbehälter mitgerissen.Dort beruhigt sich der Volumenstrom und die Wassertröpfchensetzen sich ab. Hier sammelt sich eine beträchtliche MengeKondensat :

mK1 = mW – ( V•

2 ××××× fmax 2 ××××× ϕϕϕϕϕ2 /100 )

mK1 = 76849,79 – ( 236,5 ××××× 50,672 ××××× 100/100 )

mK1 = 64865,86 g/h=̂ 64,87 l/h

Anschließend wird die Druckluft im Kälte-Drucklufttrocknerauf eine Temperatur abgekühlt, die einem Drucktaupunkt von3°C entspricht. Das Kondensat fällt im Trockner an und wirdabgeleitet.

mK2 = ( V•

2 ××××× fmax 2 ) – ( V•

2 ××××× fmax 3 )

mK2 = ( 236,5 ××××× 50,672 ) – ( 236,5 ××××× 5,953 )

mK2 = 10576,04 g/h=̂ 10,58 l/h

Umgebungsluft

p1

= 1 barabs

T1 = 33° C

ϕ1

= 80 %

fmax 1

= 35,317 g/m³

mK2

mK1

V•1 = 2720 m³/h

Bild 5.5 :Kondensatanfall bei der Verdichtung mit Trockner

Kompressor

p2

= 11,5 barabs

T2

= 40° C

ϕ2 = 100 %

fmax 2

= 50,672 g/m³

Kälte-Drucklufttrockner

p3

= 11,5 barabs

T3

= 3° C

ϕ3 = 100 %

fmax 3

= 5,953 g/m³

V•1V•2 = –––––– = 236,5 Bm³/hP2

V• = 236,5 m³/h

V•2 = 236,5 Bm³/h

76


Aus der Addition der einzelnen Kondensatströme ergibt sichdie Kondensatmenge, die von der Kondensataufbereitung be-wältigt werden muß.

Kondensatmenge mK = mK1 + mK2

Kondensatmenge mK = 75441,9 g/h= 75,4 l/h

Bei Dreischichtbetrieb mit einer Auslastung von 100 % läuftder Kompressor 24 Std. täglich. Das bedeutet bei unverän-derten Grundvorraussetzungen :

Kondensatmenge mKT = 1810605,6 g/T= 1810,6 l/T

In einem Jahr fällt dann folgende Menge an Kondensat an :

Kondensatmenge mKJ = 659060438 g/J= 659060 l/J

Die Druckluftqualität muß bei veränderten Umgebungsbe-dingungen immer gleich bleiben. D.h., daß der Drucktaupunktder verdichteten Druckluft auch an einem schwülen Sommer-tag mit 40°C Lufttemperatur und 90 % Luftfeuchtigkeit bei 3°Cliegen muß.

Liefermenge V•1

= 2720 m³/h

Ansaugdruck p1

= 1 barabs

Ansaugtemperatur T1

= 40° C

Relative Feuchte ϕ1

= 90 %

Drucktaupunkt T3

= 2° C

Unter diesen Bedingungen fällt bei gleicher Druckluftqualitäteine sehr viel größere Menge Kondensat an.

Kondensatmenge mK = 122,6 l/h

Bei Dreischichtbetrieb mit einer Auslastung von 100 % läuftder Kompressor 24 Std. täglich. Das bedeutet bei unverän-derten Grundvorraussetzungen :

Kondensatmenge mKT = 2943,3 l/T

In einem Jahr fällt dann folgende Menge an Kondensat an :

Kondensatmenge mKJ = 1071358 l/J

5.2.6 Kondensatmenge an einemschwülen Sommertag

Bild 5.6 :In einer Stunde fallen ca. acht 10 l EimerKondensat an.

77


Unter dem Drucktaupunkt versteht man die Temperatur, aufdie verdichtete Luft abgekühlt werden kann, ohne daß Kon-densat ausfällt. Der Druckttaupunkt ist abhängig vom Ver-dichtungs-Enddruck. Bei sinkendem Druck fällt auch der Druck-taupunkt.

Zur Ermittlung des Drucktaupunktes der Druckluft nach derVerdichtung werden folgende Diagramme herangezogen:

5.2.7 Drucktaupunktermittlung

Beispiel 1

Angesaugte Luft

– relative Luftfeuchtigkeit ϕ = 70 %

– Ansaugtemperatur T = 35°C

Verdichtete Luft

– Verdichtungs-Enddruck pabs

= 8 bar

⇒⇒⇒⇒⇒ Der Drucktaupunkt liegt bei ca. 73°C

Beispiel 2

Angesaugte Luft

– relative Luftfeuchtigkeit ϕ = 80 %

– Ansaugtemperatur T = 35°C

Verdichtete Luft

– Verdichtungs-Enddruck pabs

= 10 bar

⇒⇒⇒⇒⇒ Der Drucktaupunkt liegt bei ca. 82°C

Relative Feuchte ϕ [ % ] Drucktaupunkt [ °C ]

Verd

icht

ungs

-End

druc

k [a

bs]

Beispiel 2

Beispiel 1

Ansa

ugte

mpe

ratu

r

78


5.2.8 Drucktaupunktnach der Entspannung

Wenn Druckluft entspannt, sinkt der Drucktaupunkt. Zur Er-mittlung des neuen Drucktaupunktes, bzw. des atmosphä-rischen Taupunktes nach der Entspannung wird folgendesDiagramm benutzt :

Beispiel 1

Druckluft

– pabs = 35 bar Luftdruck

– Drucktaupunkt 10°C

entspannte Druckluft

– pabs

= 2,8 bar Luftdruck

⇒⇒⇒⇒⇒ Der neue Drucktaupunkt liegt bei ca. –22°C

Beispiel 2

Druckluft

– pabs = 7 bar Luftdruck

– Drucktaupunkt 20°C

entspannte Druckluft

– atmosphärischer Luftdruck pabs

= 1 bar

⇒⇒⇒⇒⇒ Der atmosphärische Taupunkt liegt bei ca. –8°C

Dru

ckta

up

un

kt [

°C]

Atmosphärischer Taupunkt [ °C ]

maximale Feuchte [ g/m³ ]

Abs

olut

druc

k p ab

s [

bar ab

s]

Beispiel 1

Beispiel 2

79


Die Druckluft-Qualitätsklassen nach DIN ISO 8573-1 erleich-tern dem Anwender die Definition seiner Anforderungen unddie Auswahl der Aufbereitungskomponenten. Die Norm ba-siert auf den Herstellerangaben, die erlaubte Grenzwertebezüglich der Druckluftreinheit für ihre Anlagen und Maschi-nen ermittelt haben.

Die Norm DIN ISO 8573-1 definiert die Qualitätsklassen derDruckluft bezüglich :

ÖlgehaltFestlegung der Restmenge an Aerosolen und Kohlenwasser-stoffen, die in der Druckluft enthalten sein dürfen.

Partikelgröße und DichteFestlegung von Größe und Konzentration der Feststoffteilchen,die noch in der Druckluft enthalten sein dürfen.

DrucktaupunktFestlegung der Temperatur, auf die man die verdichtete Luftabkühlen kann, ohne daß der in ihr enthaltene Wasserdampfkondensiert. Der Drucktaupunkt verändert sich mit dem Luft-druck.

5.3.1 Qualitätsklassennach DIN ISO 8573-1

5.3 Druckluftqualität

Verunreinigungen und Qualitätsklassennach DIN ISO 8573-1; 2001

80


5.4 Trocknungsmethoden In der Übersicht sind die Trocknungsmethoden für Druckluftentsprechend ihrem Arbeitsprinzip aufgeteilt. Grundsätzlichwird zwischen der Kondensation, der Sorption und der Diffu-sion unterschieden.

Kondensation ist die Wasserabscheidung durch die Unter-schreitung des Taupunkts.

Sorption ist die Trocknung durch Feuchtigkeitsentzug.

Diffusion ist die Trocknung durch Molekültransfer.

Verfahren der Drucklufttrocknung

Kondensation

Kältetrocknung

Überverdichtung

Absorption

Feste Trocknungsmittel

Lösliche Trocknungsmittel

Flüssige Trocknungsmittel

Kaltregeneration

Interne Warmregeneration

Externe Warmregeneration

Vakuumregeneration

Sorption

Adsorption

Diffusion Membrantrocknung

81


5.4.1 Betriebsbedingungen Die Durchflußleistung eines Trockner bezieht sich auf denAnsaugzustand der Luft bei der Verdichtung durch einen Kom-pressor nach PN2 CPTC2, ISO 1217 ( DIN 1945 Teil 1 ).

– Ansaugdruck p = 0 barü

=̂ 1 barabs

– Ansaugtemperatur T0

= 293 K =̂ 20°C

Trockner werden nach DIN ISO 7183 auf bestimmte Betriebs-bedingungen ausgelegt. Die für den Trockner angegebenenLeistungsdaten sind nur unter diesen Bedingungen richtig :

– Betriebsdruck p = 7 barü =̂ 8 barabs

– Umgebungstemperatur tU = 298 K =̂ 25°C

– Eintrittstemperatur tEin

= 308 K =̂ 35°C

Soll ein Trockner unter anderen Betriebsbedingungen genutztwerden, sind entsprechende Umrechnungsfaktoren zu berück-sichtigen. Diese Faktoren unterscheiden sich bei den verschie-denen Trocknungsverfahren.

Beispiel für die Auslegung eines Kälte-Drucklufttrockners

Umrechnungsfaktoren für Betriebsdruck und Umgebungs-temperatur :

Ein BOGE-Kälte-Drucklufttrockner Modell D8 hat eine Durch-flußleistung L von 45 m³/h. Er soll bei einer durchschnittlichenUmgebungstemperatur von t

U = 40°C und einem Betriebsdruck

von p = 10 barü betrieben werden.

Betriebsdruck p [ barü ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 16

Faktor f 0,62 0,72 0,81 0,89 0,94 1 1,04 1,06 1,09 1,1 1,12 1,15 1,17

Umgebungstemperatur tU [ °C ] 25 30 35 40 43

Faktor t 1,00 0,92 0,85 0,79 0,75

L = 45 m³/h

p = 10 barü

⇒ f = 1,09

tU

= 40°C ⇒ t = 0,79

LA

= Angepaßte Durchflußleistung [ m³/h ]

L = Durchflußleistung [ m³/h ]

f = Umrechnungsfaktor für p =10 barü

t = Umrechnungsfaktor für tU = 40°C

Der Kälte-Drucklufttrockner hat bei geänderten Betriebs-bedingungen eine Durchflußleistung von 38,75 m³/h.

LA = L ××××× f ××××× t

LA = 45 m³/h ××××× 1,09 ××××× 0,79

LA = 38,75 m³/h

82


5.4.2 Kondensationdurch Überverdichtung

Bei der Überverdichtung wird die Luft weit über den benötig-ten Druck hinaus komprimiert, anschließend abgekühlt undauf den Betriebsdruck entspannt.

Funktionsprinzip

Die Luft kann mit zunehmendem Druck und damit abnehmen-dem Volumen immer weniger Wasser speichern. Bei der Vor-verdichtung auf einen hohen Druck scheidet viel Kondensataus. Dieses Kondensat wird abgeleitet. Die absolute Feuchteder Luft nimmt ab. Wird die Druckluft nun entspannt, sinkt dierelative Feuchte und damit der Drucktaupunkt.

Beispiel :

Druckluft wird auf 36 bar vorverdichtet. Dabei beträgt der Druck-taupunkt 10°C. Das Kondensat scheidet aus. Nach der Ent-spannung auf 4 bar hat die Druckluft einen neuen Druck-taupunkt von ca. –18°C.

Eigenschaften

– Einfaches Verfahren mit kontinuierlichem Volumenstrom.

– Keine aufwendige Kühl- und Trocknungsanlagen.

– Wirtschaftlich nur für kleine Liefermengen.

– Sehr hoher Energieverbrauch.

mK

p = 1 bar p = 36 bar p = 4 bar

Bild 5.7 :Überverdichtung mit anschließender Entspannung

Druck-taupunkt

[ °C ]

ca. –70°C

Volumen-strom[ m³/h ]

Kompressorabhängig

Eintritts-temperatur

[ °C ]

–

Betriebs-druck[ bar

ü]

Kompressorabhängig

83


5.4.3 Kondensationdurch Kältetrocknung

Druck-taupunkt

[ °C ]

bis +2°C

Durchfluß-leistung[ m³/h ]

11-35000


[ °C ]

bis +60°C

Betriebs-druck[ bar

ü]

bis 210

Bei sinkenden Temperaturen verringert sich die Fähigkeit derLuft, Wasser mit sich zu führen. Um den Feuchtegehalt zuverringern, kann Druckluft in einem Kältetrockner abgekühltwerden.

Die Kältetrocknung ist ein Vorgang, bei dem die Druckluft durchein Kältemittel in einem Wärmeaustauscher gekühlt wird. Da-bei scheidet der in der Druckluft enthaltene Wasserdampf inForm von Kondensat aus. Die ausfallende Kondensatmengesteigt mit der Differenz zwischen der Drucklufteintritts- undAustrittstemperatur.

Funktionsprinzip

Die Kältetrocknung läuft in zwei Phasen ab. Das geschiehtzur Verbesserung des Wirkungsgrades und zur optimalen Nut-zung der zugeführten Kälte.

1. Phase

In einem Luft / Luft- Wärmeaustauscher kühlt die bereits durchden Kältetrockner geströmte Druckluft die neu einströmendeLuft. Hier fallen 70 % des enthaltenen Wasserdampfes als Kon-densat aus.

2. Phase

Die Druckluft durchströmt einen Kältemittel / Luft- Wärme-austauscher und kühlt fast bis zum Gefrierpunkt ab. Das aus-gefallene Kondensat wird vor der Wiedererwärmung in derersten Kühlphase abgeleitet.

Eigenschaften

– Hohe Wirtschaftlichkeit.Für ca. 90 % aller Anwendungsfälle für Trockner ist dieKältetrocknung das wirtschaftlichste Verfahren.

– Abscheidung von Fremdstoffen.Nahezu 100 % aller Festoffpartikel und Wassertröpfchen,die größer als 3 µm sind, werden abgeschieden.

– Geringer Druckverlust im Trockner.Der Druckabfall ∆∆∆∆∆p durch den Trockner liegt bei ca. 0,2 bar.

Trockene Druckluft

Feuchte Druckluft 3

2

1

4

46

5

Bild 5.8 :Funktionsschema eines Kälte-Drucklufttrockners

1 = Luft/Luft Wärmeaustauscher2 = Luft/Kältemittel Wärmeaustauscher3 = Kältemittel/Luft Wärmeaustauscher4 = Kondensatableiter5 = Kältekompressor6 = Ausdampfer

84


Das Prinzip des Membrantrockners beruht auf der Tatsache,daß Wasser eine speziell beschichtete Hohlfaser über 20000mal schneller durchdringt als Luft.

Der Membrantrockner besteht aus einem Bündel von tausen-den beschichteter Hohlfasermembranen. Diese Hohlfasernsind aus einem festen, temperatur- und druckbeständigenKunststoff hergestellt. Ihre Innenoberfläche ist mit einer ultra-dünnen (weniger als eine Lichtwellenlänge) Schicht eineszweiten Kunststoffes beschichtet. Die Hohlfasern ( Membra-nen ) sind in ein Rohr eingearbeitet, wobei der Innenkanal derFasern am Ende offen ist.

Funktionsprinzip

Die feuchte Druckluft durchströmt das Innere der Hohlfasern( Innenstrom ). Der in der Druckluft enthaltene Wasserdampfdringt dabei durch den beschichteten Mantel der Hohlfasernnach außen. Dazu ist ein Konzentrationsgefälle des Wasser-dampfes zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Hohl-faser nötig.

Vom getrockneten Hauptvolumenstrom des Kompressors wirdein Spülluftstrom abgezweigt und entspannt. Da die maxi-male Luftfeuchtigkeit volumenabhängig ist, sinkt die relativeLuftfeuchtigkeit. Die Spülluft wird sehr trocken. Der trockeneSpülluftstrom umfließt die Hohlfasern und sorgt für das nötigeKonzentrationsgefälle des Wasserdampfes. Der Spülluftstromkann ungefiltert ins Freie entweichen. Bei dieser Trocknungs-fläche fällt kein flüssiges Kondensat an. Die Feuchtigkeit wirdmit der Spülluft in Form von Wasserdampf abgeführt.

Eigenschaften

– Geringe Partikelbelastung der Luft.Dem Membrantrockner muß immer ein Filter vorgeschal-tet werden, der Partikel bis zu einer Größe von 0,01 µmausfiltert. Bei einer Installation direkt hinter dem Kompres-sor ist dem Filter ein Zyklonabscheider vorzuschalten.

– Geringer Druckverlust im Trockner.Der Druckabfall ∆∆∆∆∆p durch den Trockner liegt bei max. 0,2 bar.

– Kompakte Bauweise.Der Trockner kann als Teilstück der Rohrleitung installiertwerden.

– Kein Wartungsaufwand.Im Trockner gibt es keine beweglichen Teile.

– Kein Kondensatausfall bei der Trocknung

– Keine zusätzlichen Energiekosten.

– Geräuschfrei.

– Kein FCKW.

– Keine beweglichen Teile.

– Kein Motor.

5.4.4 Diffusiondurch Membrantrocknung

Druck-taupunkt

[ °C ]

0 bis –20°C


11 - 130


[ °C ]

2° bis 60°C

Betriebs-druck[ bar

ü]

5 -12,5

feuchte Luft

trockene Luft

FeuchteSpülluft

Innenstrom

TrockeneSpülluft

Bild 5.9 :Prinzipdarstellung eines Membrantrockners

Wasser-dampf

85


5.4.5 Sorption durch Absorption Bei der Absorptionstrocknung wird der Wasserdampf durcheine chemische Reaktion mit einem hygroskopischen Trock-nungsmittel ausgeschieden. Da die Absorptionsfähigkeit desTrocknungsmittels mit der Zeit nachläßt, ist eine periodischeErneuerung notwendig.

Zu unterscheiden sind dabei 3 unterschiedliche Trocknungs-mitteltypen. Die löslichen Trocknungsmittel verflüssigen sichmit fortschreitender Absorption. Die festen und flüssigen Trock-nungsmittel reagieren mit dem Wasserdampf, ohne ihrenAggregatzustand zu verändern.

Funktionsprinzip

Bei der Absorption durchströmt die Druckluft von unten nachoben ein Trocknungsmittelbett. Dabei gibt sie einen Teil desWasserdampfes an das Trocknungsmittel ab. Ein Ableiter führtdas anfallende Kondensat aus einem Bodenbehälter ab. DerDrucktaupunkt wird um 8 – 12 % gesenkt.

Beispiel

Druckluft gelangt mit einer Eintrittstemperatur von + 30°C ineinen Trockner, der mit Kalziumchlorid arbeitet. Hier erreichtman einen Drucktaupunkt zwischen 18 und 22°C.

Eigenschaften

– niedrige Eintrittstemperatur.Hohe Temperaturen weichen das Trocknungsmittel auf undbacken es zusammen.

– Stark korrosive Wirkung der Trocknungsmittel.Die getrocknete Druckluft kann Trocknungsmittel ins Druck-luftnetz mitreißen. Dort verursacht es erhebliche Schäden.

– Keine Zufuhr von Fremdenergie.

Aufgrund ihrer Eigenschaften konnte sich die Absorptions-trocknung nur in Randbereichen der Drucklufttechnik etablie-ren. Zu nennen wäre z.B. die Druckluftaufbereitung in Labo-ratorien.

Druck-taupunkt

[ °C ]

Eintritts-Temperaturabhängig


–


[ °C ]

bis 30°C

Betriebs-druck[ bar

ü]

–

Trocknungsmittel

Fest Löslich Flüssig

dehydrierte Lithiumchlorid SchwefelsäureKreide

übersaures Kalziumchlorid PhosphorsäureMagnesiumsalz

Glyzerin

Triäthylenglykol

Bild 5.10 :Absorptionstrockner mit festem Trocknungsmittel

1 = Sieb2 = Festes Trocknungsmittel3 = Deckel4 = Kondensatablaß

1

1

2

34

86


5.4.6 Sorption durch Adsorption Die Trocknung der Druckluft durch Adsorption ist ein rein phy-sikalischer Vorgang. Die Luftfeuchtigkeit wird durch Adhäsions-kräfte ( unausgeglichene molekulare Anziehungskräfte ) andas Trocknungsmittel gebunden. An der inneren und äußerenOberfläche des Adsorptionsmittels lagert sich der Wasser-dampf an, ohne daß eine chemische Verbindung stattfindet.

Das Adsorptionsmittel hat eine offene Porenstruktur und einegroße innere Oberfläche. Die gebräuchlichsten Adsorptions-mittel sind Aluminiumoxid, Silicagel, Aktivkohle und Molekular-siebe. Für die verschiedenen Regenerationsverfahren werdenunterschiedliche Adsorptionsmittel eingesetzt.

Funktionsprinzip

Während des Trocknungsvorganges strömt die feuchte Druck-luft durch den Adsorptionsmittelbehälter. Der Wasserdampfwird gebunden und die Druckluft dadurch getrocknet. DieserProzeß erzeugt Wärme. Wenn die Adhäsionskräfte durch Was-seranlagerungen ausgeglichen sind, muß das Adsorptions-mittel regeneriert werden. D.h., Wasser muß dem Adsorptions-mittel wieder entzogen werden. Aus diesem Grund müssenbei kontinuierlichem Betrieb zwei parallel geschaltete Trock-nungsbehälter vorhanden sein. Der aktive Behälter A trocknetdie Druckluft, während sie der inaktive Behälter B drucklosregeneriert.

Zur Regenerierung des Adsorptionsmittels werden im wesent-lichen folgende Verfahren genutzt :

– die Kaltregeneration

– die interne Warmregeneration

– die externen Warmregeneration

– die Vakuumregeneration

Adsorptionsmittel Eigenschaften der Adsorptionsmittel *)

erreichbarer Eintritts- Regenerations- OberflächeDrucktaupunkt temperatur temperatur

[ °C ] [ °C ] [ °C ] [ m²/g ]

Silicagel ( SiO2

), roh – 50 + 50 120 - 180 500 - 800

Silicagel ( SiO2

), kugelförmig – 50 + 50 120 - 180 200 - 300

Aktiviertes – 60 + 40 175 - 315 230 - 380Aluminiumoxyd ( Al2O3 )

Molekularsiebe – 90 + 140 200 - 350 750 - 800( Na, AlO

2, SiO

2)

*) Die Eigenschaften der Adsorptionsmittel ändern sich mit dem Druck und der Temperatur des zu trocknenden Gases

A B

87


Bei der Kaltregeneration liegen die Trocknungs- und Rege-nerationszeiten bei ca. 5 min. Aus diesem Grund lagert sichdie Feuchte nur an die äußere Oberfläche des Trocknungs-mittels an.

Kaltregenerierende Adsorptionstrockner arbeiten nach demPrinzip des Druckwechselverfahrens. Bei ihnen erfolgt dieDesorption ( Regenerierung ) ohne zusätzliche Wärmezufuhr.Es wird ein Teil des getrockneten Volumenstromes abgezweigt.Dieser Teilstrom entspannt auf einen Druck kurz über 1 barund ist dadurch extrem trocken. Diese trockene Luft strömtanschließend durch den zu regenerierenden Trocknungs-behälter B. Dabei nimmt sie die im Trocknungsmittel gespei-cherte Feuchtigkeit auf und führt sie über ein Austrittsventilins Freie.

Eigenschaften

– Wirtschaftlicher Einsatz bei kleineren Anlagen mitgeringen Volumenströmen.

– Einfacher Aufbau des Trockners.

– Einsetzbar bei hohen Umgebungstemperaturen.

– Geringes Trocknungsmittelvolumen.Trocknungs- und Regenerationszeiten ca. 5 Minuten.

– Hohe Betriebskosten.Die Regenerationsluft wird dem Druckluftsystem entnom-men und kann nicht weiter genutzt werden.

– Regeneration ohne Zufuhr von Fremdenergie.

– Der prozentuale Anteil der Regenerationsluft an der Liefer-menge des Kompressors sinkt bei höherem Verdichtungs-enddruck.

Diese Werte sind physikalisch festgelegt und können nichtunterschritten werden. Sie ergeben sich aus dem Zusam-menhang zwischen der Luftfeuchte und der Druckluft-entspannung.

– Vorfilterung der Eintrittsluft.Ein Vorfilter befreit die Druckluft weitgehend von Ölanteilen,Wassertropfen und Schmutzpartikeln.

– Nachfilterung der getrockneten Druckluft.Aus dem Trocknungsbehälter mitgerissenes Trocknungs-mittel muß wieder aus der Druckluft ausgefiltert werden.

Bild 5.11 :Adsorptionsmittel nach 5 min Trocknungszeit

Druck-taupunkt

[ °C ]

bis –70°C


4 - 5600


[ ° C ]

bis +60°C

Betriebs-druck[ bar

ü]

4 - 16

5.4.6.1 Kaltregeneration

Bild 5.12 :Funktionsschema eines Adsorptionstrockners,kaltregenerierend

1 = Ventilblock2 = Rückschlagventil3 = Lochblende4 = Austrittventil5 = Vorfilter6 = Nachfilter

Trockene Druckluft

Feuchte Druckluft

Regene-rationsluft

A

4 1

2 3 2

B

5

6

Verdichtungs- Regenerationsluftanteil [ % ]enddruck Drucktaupunkt Drucktaupunkt

[ barabs ] –25° bis –40°C –40° bis –100°C

5 25,83 27,14

7 17,22 18,1

10 11,49 12,07

15 7,39 7,77

20 5,46 5,47

88


Bei der Warmregeneration liegen die Trocknungs- und Re-generierungszeiten bei 6 – 8 Std. Während der langen Trock-nungsperiode lagert sich die Feuchte an den inneren undäußeren Oberflächen des Adsorptionsmittels an. Um diesenProzeß umzukehren, muß von außen Wärme zugeführt wer-den. Bei Überschreiten der Regenerationstemperatur desTrocknungsmittels durch Wärmezufuhr, überwinden die auf-tretenden Oberflächenenergien die Adhäsionskräfte desTrocknungsmittels und das Wasser verdampft. Ein geringerRegenerationsluftstrom führt die Feuchtigkeit ab.

Die Regenerationstemperatur ist vom Drucktaupunkt der Re-generationsluft abhängig. Je tiefer er liegt, desto niedriger istdie Regenerationstemperatur des Trockners.

Bei der internen Regeneration wird die Wärme direkt voneiner Heizung im Trocknungsbehälter auf das Adsorptions-mittel übertragen. Sie läuft in zwei Phasen ab :

1. Phase

Der Trocknungsbehälter B wird langsam durch die interne Hei-zung auf die notwendige Regenerationstemperatur erwärmt.Ist die Regenerationstemperatur überschritten, löst sich dieFeuchtigkeit vom Adsorptionsmittel. Durch eine Umgehungs-leitung werden ca. 2 – 3 % des getrockneten Druckluftstromsaus dem Kompressor entspannt und mit leichtem Überdruckdurch den Trocknungsbehälter B geleitet. Dieser Regene-rationsluftstrom nimmt den Wasserdampf auf und transpor-tiert ihn über ein Austrittsventil ins Freie.

2. Phase

In einer Kühlphase sinkt die Betriebstemperatur wieder aufdie Temperatur des Trocknungsbettes. Zu diesem Zweck öff-net eine zweite Umgehungsleitung. Dann werden ca. 5 % derLiefermenge des Kompressors durch den TrocknungsbehälterB geleitet. Die interne Heizung arbeitet zu diesem Zeitpunktnicht mehr.

Eigenschaften

– Wirtschaftlicher Einsatz bei hohen Volumenströmen.

– Einfacher Aufbau des Trockners.

– Es wird wenig getrocknete Druckluft benötigt um denTrockner zu regenerieren.



Druck-taupunkt

[ °C ]

bis –40°C


200 - 5600


[ °C ]

bis +50°C

Betriebs-druck[ bar

ü]

2 - 16

Bild 5.13 :Adsorptionsmittel nach 6 - 8 Std. Trocknungszeit

1 = Ventilblock2 = Rückschlagventil3 = Umgehungsleitung mit Lochblende 1. Phase4 = Umgehungsleitung mit Lochblende 2. Phase5 = Heizung6 = Absperrventil7 = Austrittventil8 = Vorfilter9 = Nachfilter

Bild 5.14 :Funktionsschema eines Adsorptionstrockners,intern warmregenerierend

Trockene Druckluft

BA

Regenerations-luft

Feuchte Druckluft

1

6

7

5

23

4

5.4.6.2 Interne Warmregeneration

8

9

89


Bei der Warmregeneration liegen die Trocknungs- und Rege-nerierungszeiten bei 6 - 8 Std. Während der langen Trock-nungsperiode lagert sich die Feuchte an den inneren undäußeren Oberflächen des Adsorptionsmittels an. Um diesenProzeß umzukehren muß, von außen Wärme zugeführt wer-den. Bei Überschreiten der Regenerationstemperatur desTrocknungsmittels durch Wärmezufuhr, überwinden die auf-tretenden Oberflächenenergien die Adhäsionskräfte desTrocknungsmittels und das Wasser verdampft. Ein Regene-rationsluftstrom führt die Feuchtigkeit ab.

Die Regenerationstemperatur ist vom Drucktaupunkt der Rege-nerationsluft abhängig. Je tiefer er liegt, desto niedriger ist dieRegenerationstemperatur des Trockners.

Bei der externen Regeneration wird Umgebungsluft durchein Gebläse angesaugt und in einem Heizregister erhitzt. Siefindet in drei Phasen statt :

1. Phase

Der Trocknungsbehälter B wird langsam durch den heißenLuftstrom auf die notwendige Regenerationstemperatur er-wärmt. Ist die Regenerationstemperatur erreicht, löst sich dasWasser vom Adsorptionsmittel. Das Gebläse pumpt weiter hei-ße Regenerationsluft durch den Trocknerbehälter B. DieserRegenerationsluftstrom nimmt den Wasserdampf auf undtransportiert ihn über ein Austrittsventil ins Freie.

2. Phase

In einer Kühlphase sinkt die Betriebstemperatur wieder aufdie Temperatur des Trocknungsbehälters B. Zu diesem Zweckwird das Heizregister des Gebläses abgeschaltet und kalteUmgebungsluft durch den Trocknerbehälter geleitet.

3. Phase

Am Ende der Kühlung fließt trockene, entspannte Druckluftaus dem Kompressor durch den Trocknungsbehälter, damitdie Umgebungsluft den Trockner nicht wieder mit Feuchtigkeitbelastet.

Eigenschaften

– Wirtschaftlicher Einsatz bei hohen Volumenströmen

– Höhere Regenerierungstemperaturen ermöglichen einenniedrigeren Drucktaupunkt.

– Geringer zusätzlicher Druckluftverbrauch.Die Regenerationsluft wird nur zu einem kleinen Teil ausdem Druckluftsystem entnommen.




Druck-taupunkt

[ °C ]

bis –40°C


500 - 15000


[ °C ]

bis +50°C

Betriebs-druck[ bar

ü]

2 - 16

5.4.6.3 Externe Warmregeneration

Trockene Druckluft

BA

Regenerations-luft

1 6

7

1 = Unterer Ventilblock2 = Oberer Ventilblock3 = Umgehungsleitung mit Lochblende 3. Phase4 = Heizregister5 = Gebläse6 = Absperrventil7 = Rückschlagventil8 = Vorfilter9 = Nachfilter

Feuchte Druckluft

5

2 3

4

Bild 5.16 :Funktionsschema eines Adsorptionstrockners,extern warmregenerierend

8

9

90


Die Vakuumregeneration ist eine Variante der externen Warm-regeneration. Wie bei der Warmregeneration liegen die Trock-nungs- und Regenerierungszeiten bei 6 - 8 Std. Während derlangen Trocknungsperiode lagert sich die Feuchte an deninneren und äußeren Oberflächen des Adsorptionsmittels an.Um diesen Prozeß umzukehren, muß von außen Wärme zu-geführt werden. Bei Überschreiten der Regenerationstempe-ratur des Trocknungsmittels durch Wärmezufuhr, überwindendie auftretenden Oberflächenenergien die Adhäsionskräfte desTrocknungsmittels und das Wasser verdampft. Ein Regene-rationsluftstrom führt die Feuchtigkeit ab.

Die Regenerationstemperatur ist vom Drucktaupunkt der Rege-nerationsluft abhängig. Je tiefer er liegt, desto niedriger ist dieRegenerationstemperatur des Trockners.

Bei der Vakuumregeneration wird Umgebungsluft mit Unter-druck durch den Trocknungsbehälter gesaugt. Dieser Luftstromerhitzt extern. Die Vakuumregeneration läuft in zwei Phasenab.

1. Phase

Eine Vakuumpumpe saugt Umgebungsluft an. In einem Heiz-register wird dieser Luftstrom erhitzt und durch den Trock-nungsbehälter gesaugt. Ist die Regenerationstemperaturerreicht, löst sich das Wasser vom Adsorptionsmittel. DerRegenerationsluftstrom nimmt den Wasserdampf auf. Anschlie-ßend wird er ins Freie abgeführt.

2. Phase

In einer Kühlphase sinkt die Betriebstemperatur wieder aufdie Temperatur des Trocknungsbehälters. Zu diesem Zweckwird das Heizregister abgeschaltet und die kalte Umgebungs-luft durch den Trocknungsbehälter gesaugt.

Eigenschaften

– Wirtschaftlicher Einsatz bei hohen Volumenströmen

– Kein zusätzlicher Druckluftverbrauch.Es wird keine Druckluft zur Regeneration aus demSystem entnommen.

– Hohe Standzeiten des Trockenmittels.Die thermische Belastung des Trockenmittels ist gering.

– Energiekosteneinsparung durch niedrigereRegenerationstemperatur.




Druck-taupunkt

[ °C ]

bis –80°C


400 - 7400


[ °C ]

bis +40°C

Betriebs-druck[ bar

ü]

4 - 16 bar

Trockene Druckluft

BA

Regenerations-luft

1

6

1 = Unterer Ventilblock2 = Oberer Ventilblock3 = Absperrventil4 = Heizregister5 = Gebläse6 = Schalldämpfer7 = Vorfilter8 = Nachfilter

Feuchte Druckluft

5

23

4

Bild 5.18 :Funktionsschema eines Adsorptionstrockners,Vakuumregenerierend

5.4.6.4 Vakuumregeneration

7

8

91


5.4.7 Anordnungdes Kälte-Drucklufttrockners

Für die Anordnung eines Kälte-Drucklufttrockners in einer Kom-pressorstation gibt es zwei grundsätzliche Möglichkeiten. DieInstallation des Trockners vor oder hinter dem Druckluftbe-hälter. Eine generelle Festlegung kann man nicht treffen, dabeide Varianten Vor- und Nachteile bei bestimmten Anwen-dungskonstellationen haben.

Vorteile :

– Getrocknete Luft im Druckluftbehälter.Es gibt keinen Kondensatausfall im Druckluftbehälter.

– Gleichbleibende Druckluftqualität.Auch bei schlagartiger, hoher Druckluftentnahme bleibtder Drucktaupunkt der Druckluft unverändert.

Nachteile :

– Große Dimensionierung des Trockners.Der Trockner muß nach der effektiven Gesamtliefermengedes vorgeschalteten Kompressors ausgelegt werden. Beiniedrigem Verbrauch ist der Trockner oft überdimensioniert.

– Trocknung pulsierender Druckluft.Besonders Kolbenkompressoren liefern bauartbedingt ei-nen pulsierenden Luftstrom. Das belastet den Trockner.

– Hohe Druckluft-Eintrittstemperatur.Die Druckluft kommt direkt vom Nachkühler desKompressors.

– Trocknung eines Teilluftstroms ist nicht möglich.

– Große Kondensatmenge.Die gesamte Kondensatmenge beaufschlagt den Trockner.

– Bei Kompressor-Mehrfachanlagen muß jeden Kompressorein Trockner nachgeschaltet werden.

Fazit

Die Anordnung des Trockners vor dem Druckbehälter ist dannzu empfehlen, wenn oft mit plötzlichen Bedarfsspitzen zu rech-nen ist und die Druckluftqualität nicht leiden darf.

Bild 5.19 :Trockner vor dem Druckluftbehälter

5.4.7.1 Trockner vor dem Druckluftbehälter

92


Vorteile :

– Günstige Dimensionierung des Trockners.Der Trockner kann nach dem tatsächlichen Druckluftver-brauch, oder einem zu trocknenden Teilstrom der Druck-luft dimensioniert werden.

– Trocknung eines beruhigten Volumenstromes.

– Niedrige Druckluft-Eintrittstemperatur.Die Druckluft hat Gelegenheit, sich im Druckluftbehälterweiter abzukühlen.

– Kleine Kondensatmengen.Die ausgefallenen Kondensattröpfchen sammeln sich imDruckluftbehälter und belasten den Rest des Systems nicht.

Nachteile :

– Kondensat im Druckluftbehälter.Feuchtigkeit im Druckluftbehälter führt zu Korrosion.

– Überlastung des Trockners.Bei schlagartiger, hoher Druckluftentnahme wird der Trock-ner überlastet. Der Drucktaupunkt der Druckluft steigt.

Fazit

Für die Installation des Trockners hinter dem Druckluftbehältersprechen besonders wirtschaftliche Gründe. Es kann üblicher-weise ein kleinerer Trockner gewählt werden. Er ist besserausgelastet.

Bild 5.20 :Trockner hinter dem Druckluftbehälter

5.4.7.2 Trocknerhinter dem Druckluftbehälter

93


5.5 Druckluftfilter

5.5.1 Grundbegriffe der Filtertechnik Für die Beurteilung und das Betreiben von Filtern ist es not-wendig, bestimmte Größen und Faktoren zu definieren undzu erklären.

Der Filterabscheidegrad ηηηηη gibt den Konzentrationsunterschiedder Schmutzpartikel vor und nach dem Filter an. Er wird viel-fach auch als Wirkungsgrad bezeichnet. Der Filterabscheide-grad ηηηηη ist ein Maß für die Wirksamkeit des Filters. Dabei mußimmer die minimale Korngröße [ µm ] angegeben werden, dieder Filter noch ausfiltern kann.

K1 = Konzentration der Schmutzpartikel vordem Filter.

K2 = Konzentration der Schmutzpartikel nachdem Filter.

η = Filterabscheidegrad [ % ]

Die Konzentration wird meist in Gewichtsanteilen pro Volumen-einheit [ g/m³ ] der Druckluft gemessen. Bei schwächerenKonzentrationen bestimmt man die Konzentration meist durchAuszählen der Teilchen pro Volumeneinheit [ Z/cm³ ]. Beson-ders bei der Bestimmung des Abscheidegrades von Hoch-leistungsfiltern werden fast immer die Teichen pro Volumen-einheit ermittelt. Um die Gewichtsanteile pro Volumeneinheitin ausreichender Genauigkeit zu ermitteln, wäre der Meßauf-wand unverhältnismäßig hoch.

Beispiel

Druckluft ist vor der Filterung mit einer Partikelkonzentrationvon K

1= 30 mg/m³ belastet. Die Reinluft nach dem Filter hat

noch eine Partikelkonzentration von K2= 0,003 mg/m³ bei

Partikelgrößen über 3 µm.

Der Filter hat einen prozentualen Abscheidegrad von 99,99 %bezogen auf 3 µm.

K2 ηηηηη = 100 – ——– ××××× 100

K1

ungefilterteDruckluft( K1 )

Reinluft( K

2)

Bild 5.21 :BOGE Vorfilter, Baureihe Vη = 99,99 % bezogen auf 3 µm

0,003 ηηηηη = 100 – ——–– ××××× 100

30

ηηηηη = 99,99 %

5.5.1.1 Filterabscheidegrad ηηηηη [ % ]

94


Der Druckabfall ∆∆∆∆∆p ist der strömungstechnisch bedingte Druck-unterschied vor und nach dem Filter. Der Druckabfall ∆∆∆∆∆p imFilter wächst durch Anlagern von Staub- und Schmutzpartikelnim Filterelement mit der Zeit an.

– ∆∆∆∆∆p0 ist der Druckabfall für neue Filterelemente.Er liegt je nach Filterart zwischen 0,02 und 0,2 bar.

– Der wirtschaftlich vertretbare Grenzwert für den Druck-abfall ∆∆∆∆∆p liegt bei ca. 0,6 bar.

Um den Druckabfall im Filter festzustellen wird in die meistenFilter ein Druck-Differenzmeßgerät eingebaut.

Überschreitet der Druckabfall ∆∆∆∆∆p den Grenzwert ist eine Rei-nigung des Filters oder ein Austausch des Filterelements not-wendig.

Der maximale Volumenstrom eines Filters bezieht sich immerauf den Normdruck pü = 7 bar. Bei verändertem Druck ändertsich die maximale Durchflußmenge des Filters. Die Änderungder Durchflußmenge läßt sich mit Hilfe der entsprechendenUmrechnungsfaktoren f leicht ermitteln.

Beispiel

Ein BOGE-Vorfilter V50 mit einer nominalen Leistung von300 m³/h beim Normdruck p

ü= 7 bar soll bei p

ü= 10 bar be-

trieben werden.

L10

= effektive Leistung bei pü

= 10 bar [ m³/h ]

L7

= effektive Leistung bei pü

= 7 bar [ m³/h ]

f = Umrechnungsfaktor für pü

= 10 bar

Der Filter hat bei einem Druck von pü = 10 bar eine effektiveLeistung von nominal 414 m³/h.

Bild 5.22 :Allgemeiner Filter mit ∆p Meßgerät

L7 = 300 m³/h

pü = 10 bar ⇒ f = 1,38

L10 = L7 ××××× f

L10 = 300 m³/h ××××× 1,38

L10 = 414 m³/h

5.5.1.2 Druckabfall ∆∆∆∆∆p

5.5.1.3 Betriebsdruck

Druck [ barü ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Faktor f 0,25 0,38 0,5 0,65 0,75 0,88 1 1,13 1,25 1,38 1,5 1,63 1,75 1,88 2

95


5.5.2 Zyklonabscheider Die Druckluft enthält nach dem Austritt aus dem Kompressorneben dem Wasser in Form von Wasserdampf auch Was-serkondensattröpfchen. Diese Wassertröpfchen entstehenwährend des Verdichtungsvorganges durch das Absinken derSpeicherfähigkeit der Luft bei Volumenverkleinerung.

Dieses Wasser setzt sich normalerweise im Druckluftbehälterab. Von dort wird das Kondensat abgeleitet.

Funktionsprinzip

Der Zyklonabscheider arbeitet nach dem Massenträgheits-prinzip. Er besteht aus einem Wirbeleinsatz und einem Auf-fangbehälter. Der Wirbeleinsatz ist so gestaltet, daß er dieDruckluft in eine Drehbewegung versetzt. Feste und flüssigeBestandteile der Luft werden durch ihre eigene Massenträgheitnach außen gegen die Behälterinnenwand geschleudert. Da-durch scheiden schwere Schmutzteilchen und Wassertröpf-chen aus. Die ausgeschiedenen Fremdstoffe fließen an einerPrallscheibe vorbei in den Sammelbehälter. Die Prallscheibeverhindert, daß der Luftstrom die abgeschiedene Flüssigkeitwieder mitreißt.

Aus dem Sammelraum kann das Kondensat automatisch odervon Hand abgelassen und fachgerecht entsorgt oder wieder-aufbereitet werden.

Eigenschaften

– Nahezu vollständiges Abscheiden von Wassertröpfchen.

– Ausfiltern von schweren Staub- und Schmutzpartikeln.

– Das Abscheidevermögen der Zyklonabscheider hängt vonder Strömungsgeschwindigkeit der Luft ab. Je höher dieStrömungsgeschwindigkeit ist, desto höher der Abscheide-grad. Allerdings steigt mit der Strömungsgeschwindigkeitauch der Druckverlust im Abscheider.

Anwendungsgebiete

– Kein Druckluftbehälter im Rohrleitungsnetz.

– Große Entfernungen zwischen Kompressor und Behälter.Wenn der Druckluftbehälter weit vom Kompressor entferntist, dann ist die Installation eines Zyklonabscheiders direkthinter dem Kompressor sinnvoll. Er verhindert einen unnö-tigen „Wassertransport“ in der Rohrleitung.

– Steigleitungen zwischen Druckluftbehälter und Kompressor.Die Leitung zwischen Kompressor und Druckluftbehältergeht senkrecht nach oben. Bei Kompressorstillstand fließtKondenswasser zurück in den Kompressor. In diesem Fallist die Installation eines Zyklonabscheiders direkt nach demKompressor sinnvoll.

Druck-differenz∆p [ bar ]

> 0,05 bar

Partikel-größe[ µm ]

> 50 µm

Restöl-gehalt

[ mg/m³ ]

unbeein-flußt

Abscheide-grad[ % ]

95 %

1

2

3

4

Reinluft

EinströmendeDruckluft

Bild 5.23 :Zyklonabscheider

1 = Wirbeleinsatz2 = Prallscheibe3 = Sammelraum4 = Kondensatablaß

96


5.5.3 Vorfilter Vorfilter filtern feste Verunreinigungen bis zu einer Partikel-größe von ca. 3 µm aus der Druckluft während sie Öl undFeuchte nur in sehr geringem Maß ausfiltern. Vorfilter entla-sten bei sehr staubhaltiger Luft Hochleistungsfilter und Trock-ner. Sind die Anforderungen an die Qualität der Druckluftgering, kann auf feinere Filter verzichtet werden.

Funktionsprinzip

Vorfilter arbeiten nach dem Prinzip der Oberflächenfiltration.Sie haben eine reine Siebwirkung. Die Porengröße gibt dabeidie Partikelgröße an, die gerade noch ausgefiltert werden kann.Die Verunreinigungen bleiben nur an der äußeren Oberflächeder Filterelemente zurück. Gebräuchliche Materialien für Filter-elemente sind:

– Sinterbronze.

– Hochmolekulares Polyäthylen.

– Sinterkeramik.

– Bronze oder Messingdraht ( grobe Filterung ).

– gefaltete Zellulose-Papiereinsätze.

Das Filterelement wird von außen nach innen durchströmt.Eine umgekehrte Strömungsrichtung würde die abgeschie-denen Partikel im Inneren des Filterelements aufbauen. Dieansteigende Feststoffansammlung würde die wirksame Filter-fläche zusetzen.

Eigenschaften

– Regenerierbar.Da die Partikelabscheidung der Vorfilter nur auf der Ober-fläche des Filterelements stattfindet, ist das Reinigen derFilterelemente möglich.

Bild 5.24 :Filtrationsmechanismus der Oberflächenfilter


> 0,03 bar


> 3 µm

Restöl-gehalt

[ mg/m³ ]

unbeein-flußt

Abscheide-grad[ % ]

99,99 %

Bild 5.25 :BOGE Vorfilter, Baureihe V

97


5.5.4 Microfilter


> 0,1 bar


> 0,01 µm

Restöl-gehalt

[ mg/m³ ]

> 0,01

Abscheide-grad[ % ]

99,9999 %

Bild 5.26 :Filtrationsmechanismus der Tiefenfilter

Microfilter kommen zum Einsatz, wenn hohe Ansprüche andie Qualität der Druckluft gestellt werden. Sie liefern technischölfreie Druckluft. Microfilter reduzieren den Restöl-Gehalt derDruckluft auf 0,01 mg/m³. Sie filtern Schmutzpartikel mit ei-nem Abscheidegrad von 99,9999 % bezogen auf 0,01 µm aus.

Funktionsprinzip

Microfilter, auch Koaleszenz- oder Hochleistungsfilter genannt,sind Tiefenfilter. Sie filtern die Wasser- und Öl-Kondensatphasein Form von feinen und feinsten Tröpfchen aus der Druckluft.

Der Tiefenfilter ist ein Faservlies, das aus einem Gewirr vonfeinsten Einzelfasern besteht. Die Fasern sind zufällig mit-einander verschlungen und bilden so eine poröse Struktur.Zwischen den Fasern bildet sich ein labyrinthartiges Systemaus Gängen und Öffnungen. Dieses System weist Strömungs-kanäle auf, die teilweise weitaus größer sind als die auszu-scheidenden Partikel. Die Partikelabscheidung erfolgt wäh-rend des gesamten Weges, den die Druckluft durch das Filter-element zurücklegt.

Die Microfilter arbeiten mit plissiertem Filtermaterial. Dadurchvergrößert sich die effektive Filterfläche im Vergleich zu ge-wickelten Filtern um ca. 1/3. Der Druckabfall ∆∆∆∆∆p wird ebenfallserheblich reduziert. Daraus entstehen Vorteile :

– Erhöhte Durchflußleistung.

– Geringerer Energieverlust.

– Längere Standzeiten.

Ein Tiefenfilter wird von innen nach außen durchströmt. DieFlüssigkeitsphase aus Öl und Wasser lagert sich beim Durch-strömen des Filters am Faservlies an. Die Luftströmung treibtdann das Kondensat und die größer werdenden Tropfen wei-ter durch den Filter nach außen. Ein Teil des Kondensat ver-läßt durch diesen Effekt das Filterelement wieder. Der Schwer-kraft folgend sammelt sich das Kondensat im Sammelraumdes Filters.

Die Standzeiten des Filtern nehmen zu, denn das ausgefilter-te Kondensat belastet das Element bei dieser Strömungs-richtung nicht mehr.

Bild 5.28 :BOGE-Microfilter, Baureihe F

Bild 5.27 :Plissiertes und gewickeltes Filtermaterial

Filtermaterial

98


Filtermedium

VerschmutzteDruckluft

Technisch ölfreie undsaubere Druckluft

Bild 5.29Mechanismen der Tiefenfiltration

Filtermechanismen

Um das Abscheiden feinster Teilchen zu erreichen, wirken dreientscheidende Mechanismen zusammen.

– Direkte Berührung.Größere Teilchen und Tropfen treffen direkt auf Fasern desFiltermaterials und werden gebunden.

– Aufprall.Teilchen und Tropfen treffen auf die willkürlich gelagertenFasern des Filtermaterials. Dort prallen sie ab, werden ausder Stömungsbahn geleitet und von der nächsten Faserabsorbiert.

– Diffusion.Kleine und kleinste Partikel koalieren im Strömungsfeld undschließen sich aufgrund der Brown’schen Molekularbewe-gung zu immer größer werdenden Partikeln zusammen.Diese Partikel scheiden dann aus.

Am weitesten verbreitet in der Hochleistungsfiltertechnik istBorsilikatfasermaterial in Form von Glasfaserschichten. Esdient als Material für den Tiefenfilter. Darüber hinaus findetman :

– Metallfasern.

– Kunststofffasern.

Eigenschaften

– Abscheidung von Öl in der Flüssigphase.Man findet Kohlenwasserstoffe in zwei Aggregatzuständenin der Druckluft: - gasförmig als Öldampf.

- flüssig in Form von Tropfen.Die Öltropfen filtert ein Hochleistungsfilter zu nahezu 100 %aus. Der Öldampf kann nicht ausgefiltert werden.

– Niedrige Betriebstemperaturen.Der Abscheidegrad des Filters sinkt mit steigender Betriebs-temperatur. Ein Teil der Öltropfen verdampft und durch-dringt den Filter. Bei einem Temperaturanstieg von +20°auf +30°C strömt bereits die 5fache Ölmenge durch denFilter.

– Recycelbar.Die zum Einsatz kommenden Materialien sind nach um-weltpolitischen Gesichtspunkten ausgewählt.

99


5.5.5 Aktivkohlefilter


> 0,02 bar


0,01

Restöl-gehalt

[ mg/m³ ]

> 0,005

Abscheide-grad[ % ]

99,9999

Bild 5.30 :BOGE-Filterkombination, Baureihe AFEin Aktivkohlefilter mit vorgeschaltetem Microfilter

Nach dem Einsatz von Hochleistungsfiltern und Trocknern ent-hält die technisch ölfreie Druckluft immer noch Kohlenwas-serstoffe, sowie diverse Geruchs- und Geschmacksstoffe.

Es gibt zahlreiche Druckluftanwendungen, bei denen dieseRückstände zu Produktionsstörungen, Qualitätsbeeinträchti-gungen und Geruchsbelästigungen führen würden.

Ein Aktivkohlefilter entfernt die Kohlenwasserstoffdämpfe ausder Druckluft. Der Restöl-Gehalt kann bis auf 0,005 mg/m³reduziert werden. Die Druckluftqualität ist besser als für Atem-luft gefordert. Die auskondensierten Öltröpfchen scheidet be-reits der vorgeschaltete Filter ( BOGE-Microfilter Baureihe F )aus.

Funktionsprinzip

Die Filterung der Druckluft durch Adsorption ist ein rein physi-kalischer Vorgang. Die Kohlenwasserstoffe werden durchAdhäsionskräfte ( unausgeglichene molekulare Anziehungs-kräfte ) an die Aktivkohle gebunden. Dabei kommt es zu kei-ner chemischen Verbindung.

Die getrocknete und vorgefilterte Druckluft wird durch ein plis-siertes Aktivkohle-Filterelement geleitet. Das Erscheinungs-bild dieses Filterelements gleicht dem des Microfilters. Wiedort wird die Druckluft von innen nach außen durch das Filter-element geleitet.

Eigenschaften

– Vorfilterung.Einem Aktivkohle-Filter muß immer ein Hochleistungsfilterund ein Trockner vorgeschaltet sein. Verunreinigte Druck-luft zerstört das Adsorbat und reduziert die Filterwirkung.

– Keine Regenerierung.Die Aktivkohlefüllung läßt sich nicht regenerieren. Je nachSättigungsgrad muß sie ausgetauscht werden.

– Standzeiten.Das Filterelement eines Aktivkohlefilteres muß nach ca.300 - 400 Betriebsstunden ersetzt werden.

Anwendungsgebiete

– Nahrungsmittel- und Genußmittelindustrie.

– Pharmazeutische Industrie.

– Chemischen Industrie.

– Oberflächenbearbeitung.

– Medizintechnik.

100


5.5.6 Aktivkohle-Adsorber


> 0,1 bar


–

Restöl-gehalt

[ mg/m³ ]

> 0,003

Abscheide-grad[ % ]

–

Vorfilter Nachfilter

Bild 5.31 :Funktionsschema einesBOGE-Aktivkohle-Adsorbers Typ DC

Nach dem Einsatz von Hochleistungsfiltern und Trocknern ent-hält die technisch ölfreie Druckluft immer noch Kohlenwas-serstoffe, sowie diverse Geruchs- und Geschmacksstoffe. Esgibt zahlreiche Druckluftanwendungen, bei denen diese Rück-stände zu Produktionsstörungen, Qualitätsbeeinträchtigungenund Geruchsbelästigungen führen würden.

Ein Aktivkohle-Adsorber entfernt die Kohlenwasserstoffdämpfeaus der Druckluft. Der Restöl-Gehalt kann bis auf 0,003 mg/m³reduziert werden. Die Druckluftqualität ist besser als für Atem-luft gefordert. Die auskondensierten Öltröpfchen scheidet be-reits der vorgeschaltete Filter ( BOGE-Microfilter Baureihe F )aus.

Funktionsprinzip

Die Filterung der Druckluft durch Adsorption ist ein rein physi-kalischer Vorgang. Die Kohlenwasserstoffe werden durchAdhäsionskräfte ( unausgeglichene molekulare Anziehungs-kräfte ) an die Aktivkohle gebunden. Dabei kommt es zu kei-ner chemischen Verbindung.

Die getrocknete und gefilterte Druckluft wird durch einen Dif-fusor ins lose aufgeschüttete Aktivkohlebett geleitet. Der Dif-fusor verteilt die Druckluft gleichmäßig über das gesamteAktivkohlebett. Das ermöglicht lange Kontaktzeiten und eineoptimale Ausnutzung des Adsorptionsmittel. Nach dem Ad-sorberbett passiert die Druckluft einen Austrittskollektor undverläßt den Aktivkohle -Adsorber.

Eigenschaften

– Vorfilterung.Einem Aktivkohle-Adsorber muß immer ein Hochleistungs-filter und ein Trockner vorgeschaltet sein. VerunreinigteDruckluft zerstört das Adsorbat und reduziert die Filter-wirkung.

– Nachfilterung.Aus Sicherheitsgründen sollte dem Adsorber ein Hoch-leistungsfilter nachgeschaltet werden. Die Druckluft reißtfeinste Kohlenstaubteilchen ( kleiner 1 µm ) aus dem Aktiv-kohlebett mit.

– Keine Regenerierung.Die Aktivkohlefüllung läßt sich nicht regenerieren. Bei Sät-tigung muß die Aktivkohle ausgetauscht werden.

– Hohe Standzeiten.Die Aktivkohlefüllung muß erst nach 8000 - 10000 Be-triebsstunden ersetzt werden.

Anwendungsgebiete

– Wie Aktivkohlefilter.

101


5.5.7 Sterilfilter


> 0,09 bar


0,01

Restöl-gehalt

[ mg/m³ ]

–

Abscheide-grad[ % ]

99,9999

Lebende Organismen wie Bakterien, Bakteriophagen und Vi-ren stellen in vielen Bereichen ein großes gesundheitlichesProblem dar. Sterilfilter erzeugen 100 % sterile und keimfreieDruckluft.

Funktionsprinzip

Der vorgereinigte Luftstrom wird von außen nach innen durchdas Filterelement geleitet. Das Filterelement setzt sich auszwei Filterstufen zusammen. Im Vorfilter werden Mikroorga-nismen bis zu einer Größe von 1 µm festgehalten. Die zweiteFilterstufe besteht aus einem chemisch und biologisch neu-tralen, dreidimensionalen Mikrofaservlies aus Borsilikat. Hierwerden die restlichen Organismen ausgefiltert. Ein Edelstahl-käfig fixiert die Filterelemente.

Die Filter sind bis zu 100 mal zu reinigen und zu sterilisieren.Zu diesem Zweck werden sie gedämpft. Dabei strömt bis zu+200°C heißer Dampf durch den Filter. Der Dampf kann vonbeiden Seiten durch den Filter geschickt werden. Eine Sterili-sation durch andere Medien ist ebenfalls denkbar.

– Heißwasser

– Heiße Luft

– Gas ( ethylene Oxide, Formaldehyd )

– H2O2

Eigenschaften

– Edelstahlmaterial.Alle Metallbestandteile des Filters sind aus hochlegiertemEdelstahl. Edelstahl bietet Mikroorganismen keinen Nähr-boden und kann weder korrodieren noch verrotten.

– Resistent.Das Filtermedium ist inaktiv und beständig gegen Chemi-kalien und hohe Temperaturen. Bakterien können nicht an-oder durchwachsen.

– Kurze sterile Kontaktentfernungen.Ein Sterilfilter sollte direkt am Endverbraucher installiertwerden.

Anwendungsgebiete

– Nahrungsmittel- und Genußmittelindustrie.

– Pharmazeutische Industrie.

– Chemische Industrie.

– Verpackungsindustrie.

– Medizintechnik.

Bild 5.32 :BOGE-Sterilfilter, Baureihe ST

102

Kondensatentsorgung

6. Kondensatentsorgung

6.1 Kondensat Kondensat besteht in erster Linie aus dem Wasser, das dieAnsaugluft des Kompressors mit sich führt, und das bei derVerdichtung ausfällt. Das Kondensat enthält zudem viele Ver-unreinigungen.

– Mineralölaerosole und unverbrannte Kohlenwasserstoffeaus der Ansaugluft.

– Staub und Schmutzpartikel in den unterschiedlichstenFormen aus der Ansaugluft.

– Kühl- und Schmieröl aus dem Kompressor.

– Rost, Abrieb, Dichtungsmittelreste und Schweißperlenaus den Leitungsnetz.

Kondensat ist aufgrund der hohen Schadstoffbelastung äu-ßerst umweltschädlich und muß aus diesem Grund fachge-recht entsorgt werden. Die im Kondensat enthaltenen Mine-ralöle sind biologisch schwer abbaubar und beeinträchtigenSauerstoffeintrag und Schlammverfaulung in den Kläranlagen.Dadurch wird die gesamte Wasseraufbereitung in ihrer Wirk-samkeit reduziert. Die Folgen sind eine Gefährdung des Natur-haushaltes und der menschlichen Gesundheit.

Das Kondensat verschiedener Druckluftsysteme muß diffe-renziert betrachtet werden. Je nach Umweltbedingungen undVerdichter hat das Kondensat andere Eigenschaften. ZumBeispiel :

– Ölgeschmierte Verdichtersysteme.Bei Kompressoren dieser Art wäscht das Öl im Verdich-tungsraum einen Teil der Aggressiv- und Feststoffe ausder Druckluft aus. Das führt dazu, daß ölgeschmierteSysteme üblicherweise Kondensate mit einen pH-Wert imneutralen Bereich erzeugen.

– Ölfreie Verdichtersysteme.Die meisten Schadstoffe werden bei ölfreien Systemen mitdem Kondensat abgeführt. Aus diesem Grund liegen diepH-Werte des Kondensats im sauren Bereich. pH-Wertezwischen 4 und 5 sind dabei keine Seltenheit.

Auch die Konsistenz der Kondensate ändert sich mit den Rand-bedingungen. Die meisten Kondensate sind flüssig wie Was-ser. In Ausnahmefällen können aber auch pastöse Konden-sate vorkommen.

103

Kondensatentsorgung

6.2 Kondensatableiter Überall dort im Druckluftsystem, wo Kondensat anfällt, mußes auch abgeleitet werden. Geschieht dies nicht, reißt es derLuftstrom wieder mit und es gelangt ins Leitungsnetz.

Die Tatsache, daß die Kondensatsammelbehälter unter Druckstehen, macht aufwendige Kondensatableiter nötig. Das Ab-leiten des Kondensats muß kontrolliert erfolgen, will manunnötige Druckluftverluste vermeiden.

Zusätzlich sollte berücksichtigt werden, daß Kondensat nichtkontinuierlich anfällt. Die Kondensatmenge ändert sich mit derTemperatur und der Feuchte der Ansaugluft des Kompres-sors.

In der Übersicht sind die verschiedenen Bauarten entspre-chend ihrer Arbeitsweise aufgeführt.

Bei der Auswahl von Kondensatableitern müssen, unabhän-gig von der Bauart, immer das Kondensat und weitere Rand-bedingungen berücksichtigt werden. Spezielle Einsatzbereicheverlangen Sonderformen bei Kondensatableitern :

– sehr aggressive Kondensate.

– pastöse Kondensate.

– explosionsgefährdete Einsatzbereiche.

– Nieder- und Unterdrucknetze.

– Hoch- und Höchstdrucknetze.

Kondensatableiter können nicht ohne Heizung bei Tempera-turen unter dem Gefrierpunkt eingesetzt werden. In diesemFall gefriert der Wasseranteil des Kondensats.

Bauarten von Kondensatableitern

AutomatischManuell betätigt

handbetätigtesVentil

Kondensatableiter mitSchwimmersteuerung

Kondensatableiter mitzeitabhängig öffnen-

dem Magnetventil

Kondensatableiter mitFüllstandsmessung

Niveau-schwimmer

elektronischerMeßfühler

104

Kondensatentsorgung

6.2.2 Kondensatableiter mitSchwimmersteuerung

6.2.1 Kondensatableitermit handbetätigtem Ventil

Das anfallende Kondensat sammelt sich in einem entspre-chenden Behälter. Das Wartungs- oder Bedienungspersonalmuß regelmäßig den Füllstand des Sammelbehälters prüfen.Gegebenenfalls muß das Kondensat mit Hilfe eines am Bo-den des Sammelbehälters angebrachten Ventiles abgelassenwerden.

Eigenschaften

– Einfache, preiswerte Konstruktion.

– Kein Stromanschluß erforderlich.

– Keine Alarmfunktion.

– Regelmäßige Kontrolle erforderlich.Das Kondensat muß regelmäßig abgelassen werden.

Im Kondensatsammelbehälter befindet sich ein Schwimmer.Über einen Hebel steuert dieser Schwimmer ein Auslaßventilam Boden des Sammelbehälters an. Steigt das Füllniveau desSammelbehälters über eine bestimmte Marke, wird das Ab-laßventil geöffnet. Überdruck im System drückt das Konden-sat nach außen. Ist das Füllniveau im Sammelbehälter unterdie Mindestmarke gefallen, schließt das Auslaßventil selbstän-dig bevor Druckluft austritt.

Das Kondensat ist jetzt von der Druckluft getrennt und kannüber Rohrleitungen der Aufbereitung zugeführt werden.

Eigenschaften

– Einfache, preiswerte Konstruktion.

– Kein Stromanschluß erforderlich.Ideal für den Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich.

– Kein Abblasen von Druckluft.

– Störanfällig.Die beweglichen Teile des Systems können durch den di-rekten Kontakt mit dem Kondensat verharzen, verklebenoder korrodieren.

– Regelmäßige Wartung erforderlich.Bedingt durch die Störanfälligkeit ist eine regelmäße War-tung erforderlich.

– Keine externe Störmeldung.

– Unflexibel.Schwimmerventile müssen speziell auf die Bedürfnisse desKondensats abgestimmt werden.

Bild 6.1 :Kondensatableiter mit Schwimmersteuerung

1 = Eintrittsleitung2 = Austrittsleitung3 = Entleerungsstopfen4 = Entlüftung

1

3

4

2

105

Kondensatentsorgung

6.2.3 Kondensatableitermit zeitabhängig öffnendemMagnetventil

Das angefallene Kondensat wird in einem entsprechendenBehälter gesammelt. In festgelegten, gleichmäßigen Zeitinter-vallen ( 1,5 bis 30 min ) öffnet ein Magnetventil mit Taktgeberdie Auslaßöffnung am Boden des Sammelbehälters. Nacheiner Öffnungszeit von 0,4 bis 10 s schließt das Magnetventilwieder. Das Kondensat wird durch den Systemdruck aus demAbleiter gedrückt,

Das Auslaßventil ist über Rohrleitungen mit der Kondensat-endsorgung verbunden.

Hinweis

Will man Kondensat im Leitungssystem vermeiden, muß diegesamte Kondensatmenge abgeleitet werden. Individuell ein-stellbare Öffnungszeiten des Magnetventils garantieren dieeinwandfreie Kondensatableitung.Die Menge des anfallenden Kondensats ist im Sommer we-gen der hohen Luftfeuchtigkeit sehr viel größer als im Winter.Sind die Öffnungszeiten und Intervalle auf den Kondensat-anfall im Sommer eingestellt, bedingt das bei niedrigen Tem-peraturen hohe Druckluftverluste durch zu lange Öffnungs-zeiten des Magnetventiles. Neben dem Kondensat werdendann nicht unerhebliche Mengen Druckluft abgeblasen.Um die Druckluftverluste zu minimieren müssen die Schalt-zeiten des Magnetventils ständig den veränderten Umwelt-bedingungen entsprechen.Wegen der Unbeständigkeit der Wetterlage ist es jedoch nichtmöglich, die Zeitintervalle und Öffnungszeiten so zu optimie-ren, daß keine Druckluftverluste auftreten. Entweder verbleibtein Teil des Kondensates im Drucksystem, oder es wird Druck-luft abgeblasen.

Eigenschaften

– Hohe Funktionssicherheit.Das System arbeitet auch bei problematischenKondensaten zuverlässig.

– Stromanschluß erforderlich.

– Keine externe Störmeldung.

– Keine Alarmfunktion.

– Das Magnetventil arbeitet bei eingeschalteter Druckluft-station auch dann, wenn keine Druckluft benötigt wird( z.B. an Wochenenden ).

Bild 6.2 :Elektromagnetisches Entwässerungsventil

106

Kondensatentsorgung

6.2.4 Kondensatableitermit elektronischer Füllstands-messung

Funktion

Das anfallende Kondensat wird in einem entsprechendenBehälter gesammelt. Sobald der kapazitive Niveausensor Ni2die maximale Füllmenge meldet, öffnet ein Magnetventil eineVorsteuerleitung. Die Ventilmenbrane wird druckentlastet undöffnet die Auslaufleitung. Der Überdruck im Gehäuse preßtdas Kondensat durch die Auslaufleitung zur Aufbereitung.

Sobald der Füllstand den kapazitiven Niveausensor Ni1 er-reicht, verschließt die Elektronik das Magnetvenil. Die Ventil-membrane wird geschlossen, bevor Druckluft austritt.

Eigenschaften

– Hohe Funktionssicherheit.Das System arbeitet auch bei problematischen Konden-saten sehr zuverlässig.

– Großer Querschnitt.Auch grobe Verschmutzungen und Gerinnsel werden pro-blemlos abgeführt.

– Keine Druckluftverluste.


– Flexible Einsatzbereiche.Das System paßt sich veränderten Betriebsbedingungen( z.B. wechselnde Viskosität des Kondensates und Druck-schwankungen ) selbständig an.

– Alarmfunktion.Ist der Kondensatabfluß gestört, wird nach 60 s der Alarm-modus ausgelöst. Das Magnetventil öffnet dann die Ventil-membrane in bestimmten Intervallen.

– Externe Störmeldung.Eine rote Leuchtdiode blinkt und ein potentialfreies Signalsteht bereit.

– Große Leistungsbreite.

1 = Eintrittsleitung2 = Sammelbehälter3 = Vorsteuerleitung4 = Magnetventil5 = Ventilmembrane6 = Niveausensor7 = Ventilsitz8 = Auslaufleitung

1

3

4

5Ni1

Ni2

8

7

6

2 Ni1

Ni2

2

Bild 6.3 :Kondensatableiter mit elektronischerFüllstandsmessung

107

Kondensatentsorgung

6.2.5 Kondensatableitermit Niveauschwimmerzur Füllstandsmessung

Das angefallene Kondensat wird in den Sammelraum desKondensatableiters geleitet. Ein Schwimmer bewegt sich aufeiner Führung mit dem Füllstand des Kondensats im Sam-melraum des Ableiters. Auf dieser Führung befinden sich dreiKontakte, die den Füllstand des Sammelraums elektronischerfassen. Sobald der Schwimmer den Kontakt 2 erreicht, öff-net die elektrische Steuerung ein Magnetventil. Über eine Vor-steuerleitung wird eine Ventilmembrane druckentlastet und derAbfluß geöffnet. Der Systemdruck preßt das Kondensat überein Steigrohr aus dem Kondensatableiter.

Der Kondensatspiegel im Sammelbehälter sinkt und nacheiner voreingestellten Zeit t schließt die Steuerung den Ab-fluß, bevor Druckluft austritt. Erreicht der Kondensatspiegelinnerhalb der Zeit t nicht den Kontakt 1, wird der Abfluß infesten Zeitintervallen geöffnet und nach einer definierten Öff-nungszeit wieder geschlossen. Dadurch ist die komplette Ent-leerung des Kondensatsammelraums sichergestellt.

Erreicht der Kondensatspiegel Kontakt 3, löst die SteuerungHauptalarm aus. Die Schaltintervalle und Öffnungszeiten blei-ben unverändert

Eigenschaften

– Zeitabhängige Reinigungszyklen.Auch bei langen Stillstandszeiten gibt es kein eingetrock-netes Kondensat.

– Keine Druckluftverluste.


1

3

2

2

3

4

5

6

7

1

1 = Sammelbehälter2 = Niveauschwimmer3 = Führung4 = Steigrohr5 = Ventilmembrane6 = Magnetventil7 = Steuerleitung

Bild 6.4 :Kondensatableiter mit Niveauschwimmerzur Füllstandsmessung

108

Kondensatentsorgung

6.3 Kondensataufbereitung Kondensat aus ölgeschmierten Kompressoren enthält, je nachJahreszeit, Ölanteile zwischen 200 und 1000 mg/l. D.h., daßKondensat zu ca. 99 % aus Wasser und nur zu ca. 1 % aus Ölbesteht. Trotzdem ist dieses Kondensat laut Gesetz als mineral-ölhaltiges Abwasser zu betrachten. Als solches darf es nichtin die öffentliche Kanalisation gelangen. Maßgeblich für dieAnforderungen an die Sauberkeit des Abwasser ist der § 7ades Wasserhaushaltsgesetzes ( WHG ). Dieses schreibt vor,daß die Schadstofffracht im Abwasser so gering gehalten wird,wie dies nach den „allgemein anerkannten Regeln der Tech-nik“ möglich ist. Diese Regeln werden von der Bundesregie-rung durch allgemeine Verwaltungsvorschriften festgelegt.

Nach ATV ( Abwassertechnische Vereinigung e.V. ) Arbeits-blatt A 115 liegt der Grenzwert für den Restöl-Gehalt imAbwasser zur Zeit bei 20 mg/l. Maßgeblich ist jedoch die je-weilige Entwässerungssatzung der zuständigen Gemeinde.Teilweise liegen die Grenzwerte deutlich unter 20 mg/l Restöl-Gehalt.

Das heißt, Kondensat ölgeschmierter Kompressoren ist fach-gerecht zu entsorgen oder aufzubereiten. Eine Ausnahmebildet die Nutzung von biologisch abbaubaren Kompresso-renölen. Hier kann das Kondensat nach entsprechender Ge-nehmigung direkt in das Abwassernetz eingeleitet werden.Kondensat von ölfrei verdichtenden Kompressoren können dieEinzelgrenzwerte für die Einleitung in das öffentliche Abwas-sernetz unterschreiten.

Entsorgung

Die Entsorgung über eine Fachfirma ist zwar sicher, aber auf-wendig und sehr teuer. Entsorgungskosten von ca. 250 € prom³ Kondensat sind die Regel. Zusätzlich fallen Kosten für zu-gelassene Sammeltanks und Zuleitungen an.

Aufbereitung vor Ort

Aufgrund des hohen Wasseranteils lohnt sich eine Aufberei-tung des ölhaltigen Kondensates vor Ort immer. Entsprechendaufbereitetes Wasser kann der Kanalisation zugeführt wer-den. Das abgetrennte Öl ist mit dem Altöl zu entsorgen.

Mit normalen Leichtflüssigkeitsabscheidern nach DIN 1999und einfachen Schwerkraftabscheidern sind die gesetzlichenGrenzwerte nicht zu erreichen. Zur gesetzeskonformen Auf-bereitung eignen sich handelsübliche Öl-Wasser-Trenner her-vorragend.

109

Kondensatentsorgung

Der Öl-Wasser-Trenner eignet sich zur Aufbereitung von Kon-densaten, die bei der Verdichtung durch Schraubenkompres-soren mit Öleinspritzkühlung, sowie 1- und 2-stufigen Kolben-kompressoren anfallen.

Der Öl-Wasser-Trenner trennt Kondensat aus Kolben- undSchraubenkompressoren problemlos, solange Öle verwendetwerden, die nicht emulgieren.

Funktion

Das ölhaltige Kondensat wird in die Druckentlastungskammerdes Öl-Wasser-Trenners geleitet. Dort baut sich der Überdruckab, ohne daß es zu Verwirbelungen im Trennbehälter kommt.Im herausnehmbaren Schmutzauffangbehälter sammeln sichdie vom Kondensat mitgeführten Verunreinigungen.

Im Trennbehälter setzt sich das Öl aufgrund seiner gerin-geren spezifischen Dichte an der Oberfläche ab. Über einenhöhenverstellbaren Ölüberlauf wird das Öl in den Ölauf-fangbehälter geleitet und steht zur Altölentsorgung bereit.

Das vorgereinigte Kondensat fließt durch einen Vorfilter, derdie verbliebenen Öltröpfchen ausfiltert. Anschließend bindeteine Adsorptionsfilterstufe die letzten Ölanteile.

Hinweis

Alle Öl-Wasser-Trennsysteme sind Wasseraufbereitungs-anlagen und laut Gesetz genehmigungspflichtig. Der Öl-Was-ser-Trenner sollte ein Baumusterprüfzeichen haben. Dadurchentfällt das zeit- und kostenaufwendige Genehmigungsver-fahren. Eine einfache Anmeldung bei der zuständigen Wasser-behörde ist völlig ausreichend.

Eigenschaften

– Wöchentlicher Filtertest.Eine Kondensatprobe wird mit einer Referenzflüssigkeitverglichen. Nach Erreichen der zulässigen Trübung ist einFilterwechsel erforderlich.

– Keine Trennung von Öl-Wasser Emulsionen.Für diese stabilen Emulsionen ist eine besondere Auf-bereitung mit Emulsionsspaltanlagen notwendig.

6.3.1 Statische Öl-Wasser-Trennung

10

1 2 4 5 6 8 9

3 7

1 = Kondensateintritt2 = Druckentlastungskammer3 = Schmutzauffangbehälter4 = Überlaufrohr5 = Niveaumelder6 = Vorfilter7 = Adsorptionsfilter8 = Wasserauslauf9 = Ölüberlauf, höhenverstellbar10 = Probeentnahmeventil

Bild 6.5:Funktionsschema eines Öl-Wasser-Trenners

Bild 6.6 :Öl-Wasser-Trenner

110

Druckluftbedarf

7. Druckluftbedarf

7.1 Druckluftverbrauchvon Pneumatikgeräten

Der erste Schritt zur Auslegung einer Kompressorstation unddes dazugehörigen Druckluftnetzes ist die Ermittlung desDruckluftverbrauchs und daraus folgend die benötigte Liefer-menge des Kompressors.

Für die Dimensionierung einer Kompressorstation ist zuerstder erwartete Gesamtverbrauch zu ermitteln. Der Druckluft-verbrauch der Einzelverbraucher wird addiert und mit Hilfeeiniger Multiplikatoren den Betriebsbedingungen angepaßt.Der Kompressor kann dann entsprechend der ermitteltenLiefermenge ausgewählt werden.

Bei der Dimensionierung von Rohrleitungen verfährt man ähn-lich. Zuerst erfolgt die Festlegung von Art und Anzahl derDruckluftverbraucher an einem bestimmten Leitungsstrang.Der Druckluftverbrauch der einzelnen Geräte wird addiert undmit den entsprechenden Multiplikatoren korrigiert. Auf derGrundlage dieses Ergebnisses kann der Durchmesser desentsprechenden Leitungsstrangs dimensioniert werden.

Auch die Leckverluste sind beim Ermitteln des zu erwarten-den Druckluftverbrauchs zu berücksichtigen.

Die Ermittlung des Gesamtdruckluftverbrauchs ist aufgrundfehlender Angaben für die einzelnen Geräte oft schwierig.Richtwerte für den Druckluftbedarf einzelner Komponentenwerden in diesem Kapitel gegeben.

Bei den hier gemachten Angaben zum Druckluftverbrauch dereinzelnen Geräte handelt es sich um Durchschnittswerte. Fürgenaue Berechnungen benutzen sie bitte die Verbrauchs-angaben der einzelnen Hersteller.

Der Druckluftverbrauch von Düsen verschiedener Bauformenund Nutzungen ist sehr unterschiedlich.Er hängt von verschie-denen Faktoren ab :

– Durchmesser der Düse.Je größer die Düse ist, desto größer ist der Druckluft-verbrauch.

– Arbeitsdruck der Düse.Je höher der Arbeitsdruck, desto größer der Druckluft-verbrauch.

– Form der Düse.Ein einfaches, zylindrisches Durchgangsloch hat einenwesentlich kleineren Druckluftverbrauch als eine konischeoder Laval-Düse ( Expansionsdüse ).

– Oberflächenqualität der Austrittsöffnung.Wenn die Oberflächenqualität sehr hoch ist ( die Ober-fläche ist sehr glatt, ohne Riefen und Unebenheiten ), kannmehr Druckluft durch die Austrittsöffnung strömen.

– Spritzen oder Blasen.Wird die Luft als Transportmedium für Farbe, Sand u.ä.benutzt, steigt der Druckluftverbrauch an.

7.1.1 Druckluftverbrauch von Düsen

111

Druckluftbedarf

Düsen mit einfacher, zylindrischer Bohrung ( z.B. Ausblas-pistole ) erzeugen bei der ausströmenden Druckluft starke Ver-wirbelungen und Turbulenzen. Die Ausströmgeschwindigkeitder Druckluft wird dadurch verringert. Der Druckluftverbrauchist vergleichsweise niedrig.

Die folgende Tabelle gibt Anhaltswerte für den Druckluft-verbrauch von zylindrischen Düsen in Abhängigkeit vonArbeitsdruck und Düsendurchmesser an :

7.1.1.1 Druckluftverbrauchvon zylindrischen Düsen

Bild 7.1 :Ausblaspistole

Düsen- Arbeitsdruck [ barü ]∅∅∅∅∅

[ mm ] 2 3 4 5 6 7 8

0,5 8 10 12 15 18 22 28

1,0 25 35 45 55 65 75 85

1,5 60 75 95 110 130 150 170

2,0 105 145 180 220 250 290 330

2,5 175 225 280 325 380 430 480

3,0 230 370 400 465 540 710 790

Die Luftverbrauchswerte in der Tabelle sind in l/min angegeben.

112

Druckluftbedarf

7.1.1.2 Druckluftverbrauchvon Farbspritzpistolen

Der Farbauftrag einer Spritzpistole muß gleichmäßig undtropfenfrei sein. Aus diesem Grund sind die Düsen von Farb-spritzpistolen für einen expandierenden, turbulenzfreien Volu-menstrom mit hoher Austrittsgeschwindigkeit konzipiert. DieFolge ist ein Druckluftverbrauch, der deutlich über dem derzylindrischen Düsen liegt.

Die Konsistenz und die gewünschte Auftragsmenge der ver-wendeten Farbe bestimmt den Arbeitsdruck und Düsendurch-messer der Farbspritzpistole. Diese beide Werte beeinflussenden Druckluftverbrauch maßgeblich.

Man unterscheidet bei Farbspritzpistolen zwischen Flach-,Breit- und Rundstrahldüsen. Durch die verschiedenen Strahl-formen wird der Farbauftrag beeinflußt. Sie unterscheiden sichin ihrem Druckluftverbrauch. Vielfach sind die Spritzpistolenzwischen den Strahlformen umstellbar.

Die folgenden Tabellen geben Anhaltswerte für den Druckluft-verbrauch von Farbspritzpistolen in Abhängigkeit von Arbeits-druck, Düsendurchmesser und Strahlform an :

Bild 7.2 :Farbspritzpistole mit Farbbehälter

Düsen- Arbeitsdruck [ barü ]∅∅∅∅∅ Flach- und Breitstrahl

[ mm ] 2 3 4 5 6 7 8

0,5 100 115 135 160 185 – –

0,8 110 130 155 180 225 – –

1,0 125 150 175 200 240 – –

1,2 140 165 185 210 250 – –

1,5 160 180 200 225 260 – –

1,8 175 200 220 250 280 – –

2,0 185 210 235 265 295 – –

2,5 210 230 260 300 340 – –

3,0 230 250 290 330 375 – –



Düsen- Arbeitsdruck [ barü ]∅∅∅∅∅ Rundstrahl

[ mm ] 2 3 4 5 6 7 8

0,5 75 90 105 – – – –

0,8 85 100 120 – – – –

1,0 95 115 135 – – – –

1,2 110 125 150 – – – –

1,5 120 140 155 – – – –

113

Druckluftbedarf

7.1.1.3 Druckluftverbrauchvon Strahldüsen

Beim Strahlen muß das Arbeitsmedium mit großer kinetischerEnergie, d.h. mit hoher Geschwindigkeit, auf das Werkstückauftreffen. Das ist die Vorraussetzung, um die gewünschte Wir-kung des Arbeitsvorganges zu erzielen.

Aus diesem Grund werden die Düsen beim Strahlen für eineextrem hohe Austrittsgeschwindigkeit der Druckluft ausgelegt.Das führt zu einem vergleichsweise hohen Druckluftverbrauch.

Die folgenden Tabellen geben Anhaltswerte für den Druckluft-verbrauch von Strahldüsen in Abhängigkeit von Arbeitsdruckund Düsendurchmesser an :

Düsen- Arbeitsdruck [ barü ]∅∅∅∅∅

[ mm ] 2 3 4 5 6 7 8

3,0 300 380 470 570 700 – –

4,0 450 570 700 840 1000 – –

5,0 640 840 1050 1270 1500 – –

6,0 920 1250 1600 1950 2200 – –

8,0 1800 2250 2800 3350 4000 – –

10,0 2500 3200 4000 4800 6000 – –


114

Druckluftbedarf

7.1.2 Druckluftverbrauch von Zylindern Druckluftzylinder werden besonders im Bereich der Automa-tion eingesetzt. Für die Ermittlung des Druckluftverbrauchsvon Zylindern unterscheidet man zwei Typen:

– Die einfachwirkenden Zylinder erzeugen nur die Bewegungdes Arbeitshubes mit Druckluft. Die Zurückstellung erfolgtdurch äußere oder Federkraft.

– Die doppeltwirkenden Zylinder erzeugen die Bewegung inbeiden Hubrichtungen durch die Druckluft. Bei beiden Hü-ben wird Kraft ausgeübt. Der Druckluftverbrauch ist ent-sprechend doppelt so hoch.

Der Druckluftverbrauch q für Druckluftzylinder wird mit folgen-der Formel ermittelt :

q = Druckluftverbrauch ( 1 barabs

und 20°C ) [ l/min ]

d = Kolbendurchmesser [ dm ]

H = Länge des Kolbenweges ( Hub ) [ dm ]

p = Betriebsdruck [ barabs ]

a = Arbeitstakte pro Minute [ 1/min ]

b = 1 bei einfach wirkenden Zylindern2 bei doppelt wirkenden Zylindern

Beispiel

Ein einfach wirkender Zylinder mit einem Kolbendurchmesservon 100 mm soll bei einem Betriebsdruck von 7 bar

abs betrie-

ben werden. Sein Arbeitshub beträgt 120 mm bei 47 Arbeits-takten pro Minute.

Dieser Druckluftzylinder verbraucht ca. 336 Liter Druckluft proMinute.

12 × π× π× π× π× πq = ———— ××××× 1,3 ××××× 7 ××××× 47 ××××× 1

4

q = ca. 336 l/min

d2 × π× π× π× π× πq = ———— ××××× H ××××× p ××××× a ××××× b

4

d = 100 mm =̂ 1 dm

H = 130 mm ^̂= 1,3 dm

p = 7 barabs

a = 47

b = 1

Bild 7.3 :Klemmvorrichtung mit Pneumatikzylinder

115

Druckluftbedarf

7.1.3 Druckluftverbrauchvon Werkzeugen

Druckluftwerkzeuge gehören in Industrie und Handwerk zuden häufigsten Druckluftverbrauchern. Sie sind fast überall ingroßer Zahl zu finden.

Im allgemeinen benötigen sie einen Arbeitsdruck von 6 barü.Je nach Einsatzgebiet und Leistung kommen aber auch Aus-führungen mit andere Arbeitsdrücken vor. In diesen Fällenweicht auch der Druckluftverbrauch von den Werten in derTabelle ab.

Die folgende Tabelle gibt Richtwerte für den Druckluftverbraucheiner Auswahl von Druckluftwerkzeugen an. Sie können vonden Angaben der jeweiligen Hersteller abweichen, da es sichum Durchschnittswerte handelt.

Bohrmaschine Bohrer bis 4 mm ∅ 2004 – 10 mm ∅ 200 – 450

10 – 32 mm ∅ 450 – 1750

Schrauber M3 180M4 – M5 250M6 – M8 420

Schlagschrauber M10 – M24 200 – 1000

Winkelschleifer 300 – 700

Vibrationsschleifer 1/4 Blatt 2501/3 Blatt 3001/2 Blatt 400

Bandschleifer 300 – 400

Handschleifer Spannzangen 6 – 8 mm ∅ 300 – 10008 – 20 mm ∅ 1500 – 3000

Hefter, Heftzange 10 – 60

Gerät LuftverbrauchArbeitsdruck 6 barü [ l/min ]

Bild 7.4 :Schlagschrauber mit Druckluftantrieb

116

Druckluftbedarf

Gerät Luftverbrauch

Arbeitsdruck 6 barü [ l/min ]

Nagler 50 – 300

Stichsäge ( Holz ) 300

Kunststoff- und Textilschere 250 – 350

Blechschere 400 – 900Kantenfräse ( Holz und Kunststoff ) 250 – 400Kantenhobel ( Phasen für Schweißnähte ) 2500 – 3000

Rost-Abklopfer 250 – 350

Nadelentroster 100 – 250

leichter Universalhammer 150 – 380Niet-, Meißel- und Stemmhammer 200 – 700leichte Abbau- und Aufbruchhammer 650 – 1500schwere Abbau- und Aufbruchhammer – 3000Spatenhammer 900 – 1500Bohrhammer 500 – 3000

Stampfer ( Gießereien ) 400 – 1200Stampfer ( Beton und. Erde ) 750 – 1100Rüttler ( Innen- Außen ) 500 – 2500

117

Druckluftbedarf

7.2 Ermittlung desDruckluftbedarfs

Um den Druckluftbedarf eines Druckluftnetzes zu ermitteln,ist nicht nur der Druckluftverbauch der einzelnen Geräte zuaddieren. Es sind einige Faktoren zu berücksichtigen, die denDruckluftverbrauch beeinflussen.

Die meisten Druckluftgeräte, wie z.B. Werkzeuge, Farbspritz-pistolen und Ausblaspistolen, sind nicht durchgehend im Ein-satz. Sie werden je nach Bedarf ein- und wieder ausgeschal-tet. Für eine repräsentative Bedarfsermittlung ist es daherwichtig die mittlere Einschaltdauer ED zu ermitteln.

Zur Ermittlung der mittleren Einschaltdauer ED dient folgendeFormel :

Beispiel

Ein halbautomatischer Schrauber ist im Laufe einer Stunde25 min in Betrieb.

25ED = ——— ××××× 100 %

60

ED = 41,6 %

Die Einschaltdauer ED des Schraubers beträgt 41,6 %.

Die mittlere Einschaltdauer ED einiger verbreiteter Druckluft-verbraucher ist in der folgenden Tabelle angegeben. Die Wer-te basieren auf allgemeinen Erfahrungswerten und können inspeziellen Fällen stark abweichen.

7.2.1 Mittlere Einschaltdauer

Druckluftverbraucher mittlere Einschaltdauer

Bohrmaschine 30 %Schleifmaschine 40 %Meißelhammer 30 %Stampfer 15 %Formmaschine 20 %Ausblaspistole 10 %Bestückungsmaschine 75 %

TEED = ——— ××××× 100 %TB

ED = mittlere Einschaltdauer [ % ]T

E= Einsatzzeit [ min ]

TB

= Bezugszeit [ min ]

TE = 25 min

TB = 60 min

Bild 7.5 :Mittlere Einschaltdauer

118

Druckluftbedarf

7.2.2 Gleichzeitigkeitsfaktor Der Gleichzeitigkeitsfaktor f ist ein empirischer Wert. Ihm liegtdie Erfahrung von Druckluftverbrauchern zugrunde, die nichtgleichzeitig im Einsatz sind. Der Gleichzeitigkeitsfaktor f istein Multiplikator, der den theoretischen Gesamtverbraucheiner Anzahl Verbraucher den realen Gegebenheiten anpaßt.

Die folgende Tabelle zeigt die allgemein anerkannten Wertefür den Gleichzeitigkeitsfaktor f :

Anzahl der Verbraucher Gleichzeitigkeitsfaktor f

1 1,002 0,943 0,894 0,865 0,836 0,807 0,778 0,759 0,73

10 0,7111 0,6912 0,6813 0,6714 0,6615 0,6416 0,63

Der Gleichzeitigkeitsfaktor kommt bei folgenden Druckluft-verbrauchern zum tragen :

– Nicht automatische Düsen nach Kapitel 7.1.2.

– Nicht automatisch betriebene Druckluftwerkzeugenach Kapitel 7.1.3.

– Werkzeugmaschinen, Produktionsautomaten u.ä.,wenn nichts anderes verlangt wird.

Bild 7.6 :Versorgung mehrerer Verbraucherüber ein Druckluftnetz

119

Druckluftbedarf

7.2.3 Festlegung des Druckluftbedarfs Zur Festlegung des gesamten Druckluftbedarfs eines Druck-luftnetzes sind die Verbraucher in zwei Gruppen aufgeteilt:

– Automatische Druckluftverbraucher.

– Allgemeine Druckluftverbraucher.

Die Verbrauchergruppe beinhaltet automatische Pneumatik-zylinder, kontinuierlich laufende Maschinen und länger an-dauernde Arbeitsvorgänge, die Druckluft verbrauchen. Siemüssen mit ihrem vollen Einzelverbrauch q in der Bedarfs-berechnung berücksichtigt werden.

7.2.3.1 AutomatischeDruckluftverbraucher

Automatische Druckluftverbraucher Arbeits- Anzahl Einzel-druck verbrauch A ××××× q[ barü ] A [ St ] q [ l/min ] [ l/min ]

Automatische Druckluftzylinder 6 2 336 672

Arbeitsmaschine 5 1 310 310

Summe QA des Druckluftverbrauches aller automatischen Verbraucher [ l/min ] ∑∑∑∑∑ 982 l/min

120

Druckluftbedarf

7.2.3.2 Allgemeine Druckluftverbraucher Die meisten Arbeitsvorgänge laufen nur zeitweise ab. Für die-se Vorgänge kann eine mittlere Einschaltdauer ED ermitteltwerden. Zudem sind diese Verbraucher im allgemeinen nurzeitversetzt im Einsatz.

Die mittlere Einschaltdauer ED und der Gleichzeitigkeitsfaktor fwerden bei den allgemeinen Verbrauchern als bedarfsmin-dernde Multiplikatoren in die Berechnung mit einbezogen.

Allgemeine Druckluftverbraucher Arbeits- Einschalt- Anzahl Einzel- A ××××× q × × × × × ED / 100druck dauer verbrauch[ barü ] ED [ % ] A [ St ] q [ l/min ] [ l/min ]

Farbspritzpistole ∅ 1,5 mm 3 40 1 180 72

Ausblaspistolen ∅ 1,0 mm 6 10 3 65 19,5

Schlagschrauber M10 6 20 3 200 120

Bohrmaschine bis ∅ 20 mm 6 30 1 700 210

Winkelschleifer 6 40 2 500 400

Summe Q des Druckluftverbrauches der allgemeinen Verbraucher [ l/min ] ∑∑∑∑∑ 821,5

Gleichzeitigkeitsfaktor f 0,71

Druckluftverbrauch Qf der allgemeinen Verbraucher Qf = f ××××× Q [ l/min ] 583,3

Der theoretische Gesamtdruckluftverbrauch Q•

ist die Summeaus dem Druckluftverbrauch der automatischen Verbraucherund der allgemeinen Verbraucher.

Zur Dimensionierung des Kompressors und der Rohrleitun-gen ist der Gesamtdruckluftverbrauch jedoch noch nicht ge-eignet. Dafür müssen noch einige Zuschläge berücksichtigtwerden.

7.2.3.3 Gesamtdruckluftverbrauch

Q• = QA + Qf

Q• = 982 + 583,3

Q• = 1565,3 l/min = 1,57 m³/min

121

Druckluftbedarf

7.2.4 Zuschläge für Verlusteund Reserven

Um von dem Gesamtverbrauch einer Anzahl von Verbrauchernauf die tatsächlich benötigte Liefermenge eines Kompressorszu kommen müssen verschiedene Zuschläge berücksichtigtwerden :

Verluste v [ % ]

Verluste v durch Leckage und Reibung treten in allen Teilendes Druckluftsystems auf. Bei neuen Druckluftsystemen mußman ca. 5 % der Gesamtliefermenge als Verluste veranschla-gen. Da mit zunehmendem Alter die Leckagen und Reibungs-verluste in Druckluftsystemen erfahrungsgemäß zunehmen,sollten bei älteren Netzen Verluste bis zu 25 % angenommenwerden.

Reserven r [ % ]

Die Dimensionierung eines Druckluftsystems erfolgt aufgrundder aktuellen Einschätzung des Druckluftverbrauchs. Erfah-rungsgemäß steigt der Verbrauch in der Zukunft an. Es istratsam, kurz- und mittelfristige Erweiterungen des Netzes beider Dimensionierung des Kompressors und der Hauptleitungenzu berücksichtigen. Geschieht dies nicht, kann die spätereErweiterung unnötige Kosten mit sich bringen. Je nach Per-spektiven können bis zu 100 % für die Reserve r veranschlagtwerden.

Fehleinschätzungen f [ % ]

Der zu erwartende Druckluftverbrauch ist trotz sorgfältigerBestimmung meist noch mit Fehlern behaftet. Einen exaktenWert kann man aufgrund der meist unklaren Randbedingungenselten bestimmen. Da ein zu klein ausgelegtes Druckluftsystemspäter ausgebaut werden muß, und damit Kosten ( Stillstands-zeiten ) verursacht, ist ein Zuschlag f von 5 – 15 % für Fehl-einschätzungen ratsam.

Zur Berechnung der benötigten Liefermenge LB werden zumermittelten Gesamtverbrauch Q• 5 % für Verluste, 10 % fürReserven und 15 % für Fehleinschätzungen zugeschlagen.

Die Liefermenge LB, die benötigte wird um die Verbraucherausreichend mit Druckluft zu versorgen, liegt bei ca. 2035 l/min.Dieser Wert liegt der Dimensionierung des Kompressors undder Hauptleitung zu Grunde.

Q• = 1826 l/min

v = 5 %

r = 10 %

e = 15 %

Q• × × × × × ( 100 + v + r + e )

LB = ———————————100

1565 ××××× ( 100 + 5 + 10 + 15 )

LB = —————————————100

LB = 2035 l/min = 2,04 m³/min

Zuschläge [ % ]

Verluste 5 - 25

Reserven 10 - 100

Fehler 5 - 15

7.2.5 Benötigte Liefermenge LB

122

Druckluftbedarf

7.3 Druckluftverluste Der Druckluftverlust ist der Verbrauch von Druckluft ( Lecka-ge ) im Rohrleitungsnetz ohne geleistete Arbeit. Die Summedieser Verluste kann in ungünstigen Fällen bis zu 25 % dergesamten Liefermenge des Kompressors erreichen.

Die Ursachen sind vielfältig :

– Undichte Ventile.

– Undichte Schraub- und Flanschverbindungen.

– Undichte Schweißnähte oder Lötstellen.

– Defekte Schläuche und Schlauchkupplungen.

– Defekte Magnetventile.

– Festsitzende Schwimmerableiter.

– Falsch installierte Trockner, Filter undWartungseinrichtungen.

– Korrodierte Leitungen.

Leckstellen in einem Leitungsnetz wirken wie Düsen, ausdenen die Druckluft mit hoher Strömungsgeschwindigkeitaustritt. Diese Leckstellen sind Dauerverbraucher. 24 Stun-den pro Tag strömt die Druckluft aus. Der Energieaufwandzum Ausgleich der dadurch entstehenden Druckluftverlusteist beträchtlich. Zwar kommt niemand zu Schaden, aber dieentstehenden Folgekosten beeinträchtigen die Wirtschaftlich-keit des Druckluftsystems erheblich.

Ein Beispiel verdeutlicht die Größenordnung der Zusatz-kosten :

Bei einem Netzdruck von 8 barü entweichen ca. 75 l/min =4,5 m³/h aus einem Leck von 1 mm Durchmesser. Für diesenVolumenstrom muß eine Motorleistung von 0,6 kW aufgebrachtwerden. Bei einem Arbeitspreis von 0,10 €/kWh ergeben sichje nach Wirkungsgrad des Motors bei 8000 BetriebsstundenMehrkosten von ca. € 480,– pro Jahr.

7.3.1 Kosten der Druckluftverluste

Undichtigkeit ausströmende Verluste

Loch - ∅∅∅∅∅ Luftmenge bei 8 barü Energie Geld

[ mm ] Größe [ l/min ] [ kW ] [ €/J ]

1 75 0,6 480

1,5 150 1,3 1040

2 260 2,0 1600

3 600 4,4 3520

4 1100 8,8 7040

5 1700 13,2 10580

123

Druckluftbedarf

7.3.2 Bestimmung der Leckagemenge Der erste Schritt zur Minimierung der Druckluftverluste ist dieBestimmung der Leckagemenge V•L. Dabei kommen zwei Ver-fahren in Frage :

Der einfachste Weg zur Bestimmung der Leckagemenge V•L istder über die Entleerung des Druckluftbehälters.

Die Zuleitung zum Druckluftbehälter wird gesperrt ①①①①①. AlleDruckluftverbraucher am Netz müssen außer Funktion sein.Der Behälterdruck pA sinkt durch die Leckage auf den DruckpE. Die Zeit t wird gemessen.

Mit der folgenden Formel ist die Leckagemenge V•L näherungs-weise zu bestimmen:

V•L = Leckagemenge [ l/min ]

VB = Druckbehältervolumen [ l ]

pA = Druckbehälteranfangsdruck [ barü ]

pE = Druckbehälterenddruck [ barü ]

t = Meßzeit [ min ]

Beispiel

Ein Druckluftbehälter mit einem großen Leitungsnetz hat einVolumen von 1000 l. Innerhalb von 2 min sinkt der Behälter-druck von 8 auf 7 bar

ü.

Die Leckagemenge des Druckluftsystems beträgt ca. 500 l/min.

Hinweis

Diese Meßmethode eignet sich nur für Druckluftsysteme, beidenen das Rohrleitungsnetz weniger als 10 % des Behälter-volumen beträgt. Anderenfalls ist die Meßungenauigkeit zugroß.

1000 ××××× ( 8 −−−−− 7 )V•L = ———————

2

V•L = 500 l/min

7.3.2.1 Leckagebestimmungdurch Behälterentleerung

VB

V•L

pA

pE

VB

= 1000 l

pA

= 8 bar

pE

= 7 bar

t = 2 min

VB ××××× ( pA −−−−− pE )V•L = ———————

t

①①①①①

124

Druckluftbedarf

7.3.2.2 Leckagebestimmungdurch Einschaltdauermessung

Die zweite Methode zur Bestimmung der Leckagemenge V•L

ist die über die Einschaltdauermessung des Kompressors.Diese Methode ist nur bei Kompressoren mit Aussetz- undLeerlaufbetrieb anwendbar.

Die Verbraucher am Netz sind abgeschaltet. Durch die Lecka-ge im System wird Druckluft verbraucht und der Netzdrucksinkt. Der Kompressor muß diese Leckagemenge ersetzen.

Über eine Meßzeit T wird die Gesamtlaufzeit ΣΣΣΣΣ t des Kompres-sors gemessen. Um ein aussagekräftiges Ergebnis zu erhal-ten, sollte die Meßzeit T wenigstens 5 Schaltintervalle desKompressors umfassen.

Mit der folgenden Formel ist die Leckagemenge V•L näherungs-weise zu bestimmen:

V•L = Leckagemenge [ l/min ]

V• = Liefermenge des Kompressors [ m³/min ]

Σ t = Gesamtlaufzeit des Kompressors [ s ]Σ t = t1 + t2 + t3 + t4 + t5

T = Meßzeit [ s ]

V• ××××× ΣΣΣΣΣ t ××××× 1000

V•L = ———————T

m³/min ××××× s ××××× 1000 ll/min = —————-–———

s ××××× m³

Beispiel

Ein Kompressor mit einer effektiven Liefermenge V• von1,65 m³/min hat während einer Meßzeit T = 180 s fünf Schalt-spiele. Seine Gesamtlaufzeit ΣΣΣΣΣ t liegt während der Meßzeit Tbei 30 s.

Die Leckagemenge des Druckluftsystems beträgt ca. 275 l/min.

1,65 ××××× 30 ××××× 1000

V•L = ———–————180

V•L = 275 l/min

V• = 1,65 m³/min

Σ t = 30 s

T = 180 s

125

Druckluftbedarf

7.3.4 Maßnahmen zur Minimierungder Druckluftverluste

Druckluftverluste durch Leckage sind in den üblichen Druck-luftsystemen leider unvermeidlich. Die Zusatzkosten durch dieLeckage mindern die Wirtschaftlichkeit des Druckluftsystemserheblich. Zur Reduzierung dieser Verluste können Maßnah-men ergriffen werden, die ihrerseits natürlich Kosten verur-sachen. Diese Kosten übersteigen allerdings irgendwann dieEinsparungen durch die Minderung der Druckluftverluste. DasZiel muß es also sein, die Druckluftverluste bei akzeptablemAufwand zu minimieren.

Daraus ergeben sich Leckagemengen, die aus wirtschaft-lichen Gründen toleriert werden sollten :

– max. 5 % bei kleineren Netzen.

– max. 7 % bei mittleren Netzen.

– max. 10 % bei größeren Netzen.

– max. 13 – 15 % bei sehr großen Netzen.z.B. Gießereien, Stahlwerke, Werften u.ä.

Die Mitarbeiter sollten dazu angehalten werden, Leckstellenund Schäden am Netz bei den verantwortlichen Stellen zumelden. Diese Schäden sind umgehend zu beheben. Bei kon-tinuierlicher Pflege ist eine kostenintensive Sanierung desDruckluftnetzes normalerweise überflüssig. Die Druckluftver-luste bleiben im akzeptablen Rahmen.

Leckstellen

Die Ermittlung von Leckstellen ist in den meisten Fällen rela-tiv einfach. Große Undichtigkeiten machen sich durch Zischenbemerkbar.

Kleine und sehr kleine Lecks sind schwieriger zu finden. Siesind durch Abhören meist nicht zu lokalisieren. In diesen Fäl-len werden die Verbindungselemente, Abzweigungen, Ventileusw. mit einem Dichtheitsprüfmittel oder mit Seifenwasserabgepinselt. An undichten Stellen bilden sich sofort Blasen.

7.3.3 Grenzwerte für Leckagemengen

126

Druckluftbedarf

Liegen ermittelte Leckagemengen eines Druckluftnetzes deut-lich über den in Kapitel 7.3.3 genannten Werten, sollte eineSanierung des Netzes in Erwägung gezogen werden.

Bei der Sanierung eines Druckluftnetzes sind folgende Maß-nahmen zu ergreifen, um die Druckluftverluste zu reduzieren:

– Undichte Verbindungselemente nachziehen oderneu abdichten.

– Undichte Ventile und Schieber ersetzen.

– Undichte Schläuche und Schlauchkupplungenaustauschen.

– Leckstellen an Rohrleitungen verschweißen.

– Kondensatableiter modernisieren.Mechanische Schwimmerableiter und zeitgesteuerteMagnetventile durch niveaugeregelte Kondensatableiterersetzen.

– Druckluftaufbereitung modernisieren.Schädliche Verunreinigungen wie Wasser, Öl und Staubaus der Druckluft entfernen.

– Magnetventile überprüfen.Falls möglich, stromlos geschlossene Ventile installieren.

– Alte Rohrleitungen spülen oder ersetzen.Der Innendurchmesser von alten Rohren ist häufig durchAblagerungen reduziert. Das führt zu Druckabfall.

– Kupplungen und Rohranschlüsse überprüfen.Querschnittsverengungen führen zu Druckabfall.

– Zeitweise Verkleinerung des Netzes.Teilbereiche großer Netze bei Betriebsruhe durch Absperr-schieber abtrennen.

7.3.5 Sanierung eines Druckluftnetzes

127

Größenbestimmung der Kompressorstation

8. Größenbestimmung der Kompressorstation

Die grundsätzliche Entscheidung bei der Einrichtung einerKompressorstation ist die Festlegung der Kompressorbauart.Für fast alle Einsatzbereiche sind Schrauben- oder Kolben-kompressoren die richtige Wahl.

Schraubenkompressoren sind für bestimmte Einsatzbereichebesonders geeignet.

– Hohe Einschaltdauer ED.Schraubenkompressoren sind besonders zum Einsatz beikontinuierlichem Druckluftverbrauch ohne große Lastspit-zen ( ED = 100 % ) vorzusehen. Sie eignen sich hervor-ragend als Grundlast-Maschinen in Kompressorverbund-systemen.

– Große Liefermengen.Bei großen Liefermengen ist der Schraubenkompressordie wirtschaftlichste Variante.

– Pulsationsfreier Volumenstrom.Durch die gleichmäßige Verdichtung kann der Schrauben-kompressor auch für sehr sensible Druckluftverbraucherverwendet werden.

– Schraubenkompressoren arbeiten bei Verdichtungsend-drücken zwischen 5 und 14 bar wirtschaftlich.Die üblichen Stufungen der Höchstdrücke pmax bei Schrau-benkompressoren sind 8 bar, 10 bar und 13 bar.

Kolbenkompressoren haben ebenfalls ihre speziellen Einsatz-bereiche. Sie ergänzen sich hervorragend mit denen derSchraubenkompressoren.

– Intermittierender Bedarf.Kolbenkompressoren eignen sich für schwankenden Druck-luftverbrauch mit Lastspitzen. Sie können als Spitzenlast-Maschinen in einem Kompressorverbundsystem eingesetztwerden. Bei häufigen Lastwechseln sind Kolbenkompres-soren die beste Wahl.

– Kleine Liefermengen.Bei kleinen Liefermengen arbeitet der Kolbenkompressorwirtschaftlicher als der Schraubenkompressor.

– Kolbenkompressoren können auf hohe Enddrückeverdichten.Die üblichen Stufungen der Höchstdrücke pmax bei Kolben-kompressoren sind 8 bar, 10 bar, 15 bar, 30 bar und 35 bar.

8.1 Die Kompressorbauart

8.1.1 Schraubenkompressoren

8.1.2 Kolbenkompressoren

Bild 8.2 :BOGE - Kolbenkompressoranlagemit liegendem Druckluftbehälter

Bild 8.1BOGE - Schraubenkompressor Baureihe S

128


8.2 Höchstdruck pmaxDer nächste Schritt zur Größenbestimmung eines Kompres-sors mit Druckluftbehälter und Druckluftaufbereitung ist dieFestlegung des Kompressorhöchstdruckes pmax.

Grundlage für den Höchstdruck ( Ausschaltdruck pmax ) ist dieSchaltdifferenz ( pmax - pmin ) der Kompressorsteuerung, derhöchste Arbeitsdruck der Druckluftverbraucher und die Sum-me der Druckverluste im Netz.

Der Behälterdruck der zwischen pmin und pmax schwankt, mußimmer deutlich über den Arbeitsdrücken der Verbraucher imNetz liegen. In Druckluftsystemen kommt es immer zu Druck-verlusten. Aus diesem Grund muß man die Druckverluste, diedurch die verschiedenen Komponenten eines Druckluftsystemsverursacht werden, berücksichtigen.

Folgende Werte sind bei der Festlegung des Ausschaltdruckspmax zu berücksichtigen:

– Normale Druckluftnetze ≤≤≤≤≤ 0,1 barDas Druckluftnetz sollte so ausgelegt sein, daß die Sum-me der Druckverluste ∆∆∆∆∆p des gesamten Rohrleitungsnetzes0,1 bar nicht überschreitet.

– Große Druckluftnetze ≤≤≤≤≤ 0,5 barBei weit verzweigten Druckluftnetzen, z.B. in Bergwerken,Steinbrüchen oder auf Großbaustellen, kann man einenDruckabfall ∆∆∆∆∆p bis 0,5 bar zulassen.

– Druckluftaufbereitung durch Trockner.Membran-Drucklufttrockner mit Filter ≤≤≤≤≤ 0,6 barKälte-Drucklufttrockner ≤≤≤≤≤ 0,2 barAdsorptions-Drucklufttrockner mit Filter ≤≤≤≤≤ 0,8 bar

– Druckluftaufbereitung durch Filter und Abscheider.Zyklonabscheider ≤≤≤≤≤ 0,05 barFilter allgemein ≤≤≤≤≤ 0,6 barDer Druckabfall ∆∆∆∆∆p durch Filter steigt während des Einsat-zes durch Verschmutzung. Angegeben ist der Grenzwert,bei dem das Filterelement spätestens ausgetauscht wer-den muß.

– Die Schaltdifferenz des Kompressors.Schraubenkompressoren 0,5 – 1 barKolbenkompressoren pmax – 20 %

– Reserven.Während des Betriebes kommt es im Druckluftsystemimmer wieder zu unvorhergesehenen Druckverlusten. Ausdiesem Grund sollte immer eine ausreichende Druck-reserve eingeplant werden um Leistungsverluste zu ver-meiden.

8.2.1 Einflußgrößenauf den Ausschaltdruck pmax

Bild 8.3 :Verhalten des Druckes im Druckluftbehälter


129


8.3 Volumenbestimmungeines Druckluftbehälters

Druckluftbehälter dienen zur Druckluftspeicherung, Pulsations-dämpfung und Kondensatabscheidung im Druckluftsystem. Umbesonders die Aufgabe der Druckluftspeicherung optimalerfüllen zu können, muß der Druckluftbehälter richtig dimen-sioniert werden.

Die Bestimmung des Druckluftbehältervolumens VB erfolgt inerster Linie durch vielfach bestätigte Erfahrungswerte. BOGEempfiehlt folgende Verhältnisse der KompressorliefermengeV• [ l/min ] zum Behältervolumen VB [ l ] :– Kolbenkompressoren. VB = V•

Aufgrund der Kompressoreigenschaften wird ein intermit-tierender Lauf angestrebt.

– Schraubenkompressoren VB = V•/3

Aufgrund der Kompressoreigenschaften wird ein gleich-mäßiger Lauf angestrebt.

Nach der Festlegung des Druckluftbehältervolumens muß beiKolbenkompressoren das Schaltintervall des Kompressors,bestehend aus der Kompressorlaufzeit und der Kompressor-stillstandszeit, ermittelt werden. Daraus ergibt sich die Anzahlder Schaltspiele des Kompressors.

Druckluftbehälter sind in sinnvollen Volumenstufungen fest-gelegt. Um keine unnötigen Kosten für Einzelanfertigungenzu verursachen, sollten immer Behälter aus der Normreihegewählt werden.

Der maximale Druck, für den ein Behälter ausgelegt ist, liegtaus Sicherheitsgründen immer mindestens 1 bar über demmaximalen Kompressorhöchstdruck. 10 bar Kompressorenhaben z.B. einen auf 11 bar ausgelegten Druckluftbehälter.Das Sicherheitsventil wird ebenfalls auf 11 bar eingestellt.

Die folgende Tabelle zeigt die bei verschiedenen Betriebs-drücken zu Verfügung stehenden Druckluftbehältergrößen :

8.3.1 Empfehlungenfür das Druckluftbehältervolumen

8.3.2 Normreihe und Betriebsdrückefür Druckluftbehältergrößen

Bild 8.4 :Druckluftbehälter, stehend

Druckluftbehälter- Betriebsdruck bis

volumen [ l ] 11 [ bar ] 16 [ bar ] 36 [ bar ]

18 •30 •50 • •80 •150 • • •250 • • •350 • • •500 • • •750 • • •1000 • • •1500 • • •2000 • • •3000 • • •5000 • • •

130


VB = Volumen des Druckluftbehälters [ m³ ]

V• = Liefermenge des Kompressors [ m³/min ]

LB = Benötigte Liefermenge [ m³/min ]

z = Zulässige Motorschaltspiele /h [ 1/h ]( siehe Kapitel 8.4.3 )

pmax = Ausschaltdruck des Kompressors [ barü ]

pmin = Einschaltdruck des Kompressors [ barü ]

Das optimale Speichervolumen eines Druckluftbehälters füreinen Kompressor läßt sich mit Hilfe einer Formel genauerdefinieren.

Die Formel ist ideal, wenn im Aussetzbetrieb möglichst langeStillstandszeiten geplant sind. Das Volumen des Druckluft-netzes kann als Teil des Behältervolumens mit berücksichtigtwerden.

VBV•

LB

Bild 8.5 :Kompressor und Druckluftbehälter

V• ××××× 60 ××××× [ LB/V• - ( LB/V• )² ]

VB = ——————————z × × × × × ( pmax - pmin )

8.3.3 Druckluftbehältervolumenfür Kompressoren

Trotz der Berücksichtigung aller Einflußgrößen ist es ratsam,die ermittelte Druckluftbehältergröße anhand der zulässigenMotorschaltspiele des Kompressors zu überprüfen.

Es ist einleuchtend, daß bei kleinerem Behältervolumen VB

ein Kompressor häufiger ein- und ausschaltet. Der Motor wirddadurch belastet. Im Gegensatz dazu schaltet bei einemgroßen Behältervolumen VB und gleichbleibender Liefermengeder Motor eines Kompressors seltener. Er wird geschont.

Einfache Faustformeln zur Ermittlung des Druckluftbehäl-tervolumens

Kolbenkompressor Schraubenkompressor

VB = Volumen des Druckluftbehälters [ m³ ]

Q = Liefermenge des Kompressors [ m³/min ]

15 bzw. 5 = Konstanter Faktor

z = Zulässige Motorschaltspiele /h [ 1/h ]( siehe Kapitel 8.4.3 )

∆p = Druckdifferenz EIN/AUS

Q ××××× 15VB = —-—-—-

z × × × × × ∆p

Q ××××× 5VB = —-—-—-

z × × × × × ∆p

131


Das Schaltintervall ist eine wichtige Größe in einem Druckluft-system. Um die richtige Dimensionierung des Druckluftbehäl-ters bezüglich der Liefermenge und des Druckluftverbrauchszu überprüfen, muß das Schaltintervall ermittelt werden. Diesgeschieht durch die Berechnung der Kompressorlaufzeit tL undder Kompressorstillstandszeit tS, deren Summe das Schalt-intervall ergibt.

Während der Kompressor-Stillstandszeit tS wird der Druckluft-bedarf aus dem Speichervolumen des Druckluftbehältersgedeckt. Dadurch sinkt der Druck im Druckluftbehälter vomAusschaltdruck pmax bis zum Einschaltdruck pmin. Der Kom-pressor liefert in dieser Zeit keine Druckluft.

Zur Ermittlung der Kompressorstillstandszeit tS dient folgendeFormel :

8.4 Schaltintervalldes Kompressors

8.4.1 Kompressorstillstandszeit

8.4.2 Kompressorlaufzeit Während der Kompressorlaufzeit gleicht der Kompressor denDruckabfall im Druckluftbehälter wieder aus. Gleichzeitig wirdweiterhin der aktuelle Druckluftbedarf gedeckt. Die Liefermen-ge V• ist höher als der Druckluftverbrauch LB. Der Druck imDruckluftbehälter steigt wieder bis auf pmax an.

Zur Ermittlung der Kompressorlaufzeit tL dient folgende For-mel :

VB ××××× ( pmax - pmin )tS = ———————

LB

tS

= Stillstandszeit des Kompressors [ min ]

VB

= Volumen des Druckluftbehälters [ l ]

LB

= Benötigte Liefermenge [ l/min ]



VB ××××× ( pmax - pmin )tL = ————–———

( V• - LB )

tL = Laufzeit des Kompressors [ min ]

VB = Volumen des Druckluftbehälters [ l ]

LB = Benötigte Liefermenge [ l/min ]

V• = Liefermenge des Kompressors [ l/min ]


pmin

= Einschaltdruck des Kompressors [ barü

]

132


Die maximal zulässigen Motorschaltspiele sind von der Größedes Antriebsmotors abhängig. Wird die Anzahl der zulässigenMotorschaltspiele überschritten, kann es zu Schäden am An-triebsmotor kommen.

Zur Ermittlung der erwarteten Motorschaltspiele S des Kom-pressors werden die Kompressorlaufzeit tL und die Kompres-sorstillstandszeit tS addiert, und die Bezugszeit ( üblicherweise60 min ) durch das Ergebnis dividiert.

Liegt das Ergebnis über der Zahl der zulässigen Motorschalt-spiele z, ist der Druckluftbehälter größer zu dimensionieren.

Eine zweite Möglichkeit wäre eine Vergrößerung der Schalt-differenz ( pmax - pmin ).

8.4.3 Ermittlungder Motorschaltspiele

60S = ————

tS + tL

Motorleistung zul. Motorschaltspiele /h z[ kW ] [ 1/h ]

4 – 7,5 30

11 – 22 25

30 – 55 2065 – 90 15

110 – 160 10

200 – 250 5

S = Schaltspiele [ 1/h ]


tS = Stillstandszeit des Kompressors [ min ]

Die folgende Tabelle gibt die zulässigen Motorschaltspiele ei-nes Elektromotors pro Stunde in Abhängigkeit von der Motor-leistung an.

133


8.5.1.1 Ermittlungdes Höchstdruckes pmax

In Kapitel 7.2.5 wurde für eine Anzahl Verbraucher die benö-tigte Liefermenge von LB = 2035 l/min ermittelt. Der höchstebenötigte Arbeitsdruck liegt in diesem Beispiel bei 6 bar

ü. Hier

wird für diesen Anwendungsfall ein Kolbenkompressor dimen-sioniert.

Der Kompressor-Höchstdruck pmax des Druckluftsystems istzu ermitteln. Ausgehend vom Arbeitsdruck der Verbrauchersind alle Komponenten im Druckluftsystem zu berücksichti-gen :

– Höchster Arbeitsdruck im System 6 barü

– Druckluftnetz Druckverluste 0,1 bar

– Filter Druckverluste 0,6 bar

– Kälte-Drucklufttrockner Druckverluste 0,2 bar

————

Mindestdruck im Behälter 6,9 barü

Der Einschaltdruck pmin muß immerüber diesem Druck liegen.

– Schaltdifferenz des Kolbenkompressors ca. 2 bar

–––––––

Der Ausschaltdruck pmax liegt mindestens bei 8,9 barü

Gewählter Kompressor-Höchstdruck 10 barü

( Ausschaltdruck des Kompressors )

8.5.1 Rechenbeispielfür Kolbenkompressoren

8.5 Beispiele zur Kompressorauslegung

Bild 8.6 :Kompressorstation mit Kolbenkompressor,Druckluftbehälter, Kälte-Drucklufttrockner undFiltersystem

134


Gewählt wird :

Kolbenkompressor Typ RM 4150-213

Höchstdruck pmax : 10 bar

Liefermenge V• : 3350 l/min

Motorleistung : 30 kW ⇒ z = 20

8.5.1.2 Bestimmungder Kompressorgröße

Bild 8.7 :BOGE - Kolbenkompressor Typ RM 3650-213

V•min = LB / 0,6

V•min = 2035 / 0,6

V•min = 3392 l/min

Kolbenkompressoren werden mit Reserven ausgelegt, die inder Größenordnung von ca. 40 % liegen. Reserven werdenerfahrungsgemäß angesetzt, um eventuelle Betriebserweite-rungen zu berücksichtigen und um den Kompressor intermit-tierend, d.h. im Aussetzbetrieb zu fahren. IntermittierenderBetrieb bedeutet weniger Verschleiß.

Die optimale Einschaltdauer ED eines Kolbenkompressors liegtbei 60 %. BOGE-Kolbenkompressoren sind für 100 % ED =Dauerlauf ausgelegt. Für die Berechnung der Kompressor-größe bedeutet das: die benötigte Liefermenge LB ist durch0,6 zu dividieren, um die minimale Liefermenge V•min des Kol-benkompressors zu erhalten.

8.5.1.3 Volumendes Druckluftbehälters

Das Volumen des Druckluftbehälters ist entsprechend derBOGE-Empfehlung, Kompressorliefermenge V• = Druckluft-behältervolumen VB, festzulegen. Dabei muß die Stufung derDruckluftbehältergrößen berücksichtigt werden.

V• = 3350 l/min ⇒⇒⇒⇒⇒ VB = 3000 l

135


Nach der Festlegung des Druckluftbehältervolumens folgt dienotwendige Ermittlung der Kompressorlauf- und Stillstands-zeiten um die Motorschaltspiele S zu überprüfen.

Zur Ermittlung der Kompressorstillstandszeit tS dient folgendeFormel :

VB = 3000 l

pmax = 10 barü

pmin = 8 barü

LB = 2035 l/min

VB ××××× ( pmax - pmin )tS = ———––———

LB

3000 ××××× ( 10 - 8 )tS = ————————

2035

tS = 2,95 min

Zur Ermittlung der Kompressorlaufzeit tL dient folgende For-mel :

VB ××××× ( pmax - pmin )tL = ————–———

( V• - LB )

3000 ××××× ( 10 - 8 )tL = —————–———

( 3350 - 2035 )

tL = 4,56 min

VB

= 3000 l

pmax

= 10 barü

pmin

= 8 barü

V• = 3650 l/min

LB

= 2035 l/min




pmax

= Ausschaltdruck des Kompressors [ barü

]

pmin


]




V• = Liefermenge des Kompressors [ l/min ]

pmax

= Ausschaltdruck des Kompressors [ barü

]

pmin


]

8.5.1.4 Schaltintervalldes Kompressors

136


Aus der Kompressorlaufzeit und der Kompressorstillstands-zeit wird die Anzahl der Motorschaltspiele berechnet und mitden zulässigen Motorschaltspielen z verglichen.

tS

= 2,95 min

tL

= 4,56 min

Motorleistung 22 kW ⇒ z = 25

60S = ————

tS + tL

60S = ———–——

2,95 + 4,56

S = 8

Ca. 8 Motorschaltspiele pro Stunde liegen weit unter demzulässigen Wert des 30 kW Motors ( z = 20). Das Volumen desDruckluftbehälters ist gut dimensioniert. Aufgrund der hohenSchaltspielreserve könnte der Druckluftbehälter sogar etwaskleiner sein.

Hinweis

Wenn der genaue Druckluftverbrauch nicht festliegt, könnenbei der Ermittlung der Schaltspiele des Motors 50 % der Liefer-menge des Kompressors als Verbrauch angenommen werden.In diesem Fall sind die Stillstand- und Laufzeiten des Kom-pressors gleich. Dadurch ergibt sich die höchste Anzahl anMotorschaltspielen.

S = Schaltspiele [ 1/h ]

tL

= Laufzeit des Kompressors [ min ]


8.5.1.5 Motorschaltspieledes Kompressors

137


8.5.2.1 Beispiel zur Ermittlungdes Höchstdruckes pmax

In Kapitel 7.2.5 wurde für eine Anzahl Verbraucher die benö-tigte Liefermenge L

B = 2,04 m³/min ermittelt. Der höchste be-

nötigte Arbeitsdruck liegt in diesem Beispiel bei 6 barü. Hier

wird für diesen Anwendungsfall ein Schraubenkompressordimensioniert.

Der Kompressor-Höchstdruck pmax des Druckluftsystems sollermittelt werden. Ausgehend vom Arbeitsdruck der Verbrau-cher sind alle Komponenten im Druckluftsystem zu berück-sichtigen :

– Höchster Arbeitsdruck im System 6 barü

– Druckluftnetz Druckverlust 0,1 bar

– Filter Druckverlust 0,6 bar

– Kälte-Drucklufttrockner Druckverlust 0,2 bar

————

Mindestdruck im Behälter 6,9 barü

Der Einschaltdruck pmin muß immerüber diesem Druck liegen.

– Schaltdifferenz des Schraubenkompressors 1 bar

–––––––

Der Ausschaltdruck pmax liegt mindestens bei 7,9 barü

Gewählter Kompressor-Höchstdruck 8 barü

( Ausschaltdruck des Kompressors )

Die optimale Einschaltdauer ED eines Schraubenkompres-sors liegt bei 100 %. Das heißt, die benötigte Liefermenge LBwird mit der minimale Liefermenge V•min des Kompressorsgleichgesetzt.

LB = 2,04 m³/min = V•min = ca. 2 m³/min

Gewählt wird :

Schraubenkompressor Typ S 21

Höchstdruck pmax : 8 bar

Liefermenge V• : 2,42 m³/min

Motorleistung : 15 kW ⇒ z = 25

8.5.2.2 Bestimmungder Kompressorgröße

Bild 8.9 :BOGE-Schraubenkompressor

Bild 8.8 :Kompressorstation mit Schraubenkompressor,Kälte-Drucklufttrockner, Druckluftbehälter undFiltersystem

8.5.2 Rechenbeispielefür Schraubenkompressoren

138


8.5.2.3 Dimensionierungdes Druckluftbehälters

VB

= Volumen des Druckluftbehälters [ m³ ]

V• = Liefermenge aller Kompressoren [ m³/min ]

LB

= Benötigte Liefermenge [ m³/min ]

z = Zulässige Motorschaltspiele [ 1/h ]



Das Volumen des Druckluftbehälters wird bei Schrauben-kompressoren mit Hilfe der folgenden Berechnung ermittelt.Bei der Auswahl ist die übliche Stufung der Druckluftbehälter-größen zu berücksichtigen.

VBV•

Q

Bild 8.10 :Kompressor und Druckluftbehälter

V• = 2,42 m³/min

LB

= 2,04 m³/min

LB/V• = 0,843

z = 25 1/h

pmax = 9 barü

pmin = 8 barü

V• ××××× 60 ××××× [ LB/V

• - ( LB/V• )² ]

VB = ——————————z × × × × × ( pmax - pmin )

2,42 ××××× 60 ××××× [ 0,843 - 0,843² ]

VB = ——————————————25 × × × × × ( 9 - 8 )

VB = 0,77 m³

Gewähltes Druckluftbehältervolumen :

VB = 0,75 m³ = 750 l

Das Volumen des Druckluftbehälters kann auch entsprechendder BOGE-Empfehlung, Kompressorliefermenge zu Druckluft-behältervolumen VB = V

•/3, festgelegt werden.

V• = 2,46 m³/min ⇒⇒⇒⇒⇒ VB = 0,82 m³

8.5.2.4 Schaltintervalldes Kompressors

Die Schaltintervalle und die maximal zulässigen Schaltspieledes Motors müssen bei BOGE-Schraubenkompressoren nichtüberprüft werden, da die BOGE ARS-Steuerung über ihrenMicrocontroller ein Überschreiten der zulässigen Motorschalt-spiele nicht zuläßt.

139


Wenn ein Betrieb mit schwankendem Druckluftverbrauch rech-net und spätere Erweiterungen plant, wird er einen Kompres-sor benötigen, der für stark intermittierenden Betrieb ausge-legt ist. Hier bietet sich ein Kolbenkompressor an. Kann dieLiefermenge des Kompressors den konstanten Druckluftbedarfdecken, sollte ein Schraubenkompressor eingesetzt werden.

Beide Verdichtersysteme sind komplett schallgedämmt liefer-bar. Beide sind anschlußfertig.

Die Wahl des richtigen Systems sollte nicht vom Kaufpreisabhängig sein, denn dieser amortisiert sich schnell, wenn lau-fende Betriebskosten gespart werden. Laufende Betriebs-kosten sind nicht nur die Energiekosten für die Drucklufter-zeugung, sondern auch die Leerlaufkosten.

Kolbenkompressoren arbeiten im Aussetzbetrieb. Sie habenkeinen Leerlauf. Schraubenkompressoren müssen durch ihregeringe Schaltdifferenz und den relativ kleinen Druckluft-behälter automatisch im Leerlaufbetrieb fahren, um vieleMotorschaltspiele zu vermeiden.

Durch die ARS-Steuerung wird der Aussetzbetrieb mit mini-maler Leerlaufzeit angestrebt.

8.5.3 Resümeezur Kompressorauswahl

140


Der Arbeitsdruck von Druckluftverbrauchern sollte immer ein-gehalten werden. Die Leistung eines Druckluftverbrauchersnimmt überproportional ab, wenn der Netzdruck pN unter sei-nen Arbeitsdruck sinkt.

Die folgende Tabelle zeigt die Abhängigkeit der Leistung vomArbeitsdruck am Beispiel von durchschnittlichen Druckluft-werkzeugen und Bohrhämmern :

Beispiel

Am Beispiel eines Pneumatikzylinders können die Folgen zugeringen Netzdruckes gut demonstriert werden.

Der Pneumatikzylinder einer Klemmvorrichtung wird nicht mehrmit dem erforderlichen Arbeitsdruck versorgt. Die Klemmkraftdes Zylinders nimmt ab und das Werkstück wird nicht mehrmit der notwendigen Haltekraft fixiert.

Während der Bearbeitung durch eine Werkzeugmaschine löstsich das Werkstück aus der Klemmvorrichtung. Die Folgenkönnen von der Zerstörung des Werkzeuges bis zur Verlet-zung des Maschinenführers reichen.

Effektiver Relative RelativerDruck Leistung Luftverbrauch

[ bar ] [ % ] [ % ]

am Anschluß Werk- Bohr- Werk- Bohr-zeug hammer zeug hammer

7 120 130 115 120

6 100 100 100 100

5 77 77 83 774 55 53 64 56

8.6.1 Leistung und Arbeitsdruck

Bild 8.13 :Pneumatische Klemmvorrichtung

8.6 Hinweise zur Kompressorauslegung

Bild 8.11 :Schlagschrauber mit Druckluftantrieb

Bild 8.12 :Ventilloser Drucklufthammer

141


Wenn der Arbeitsdruck der verschiedenen Verbraucher starkvariiert, sollte dies einer näheren Untersuchung unterzogenwerden.

Einige Verbraucher mit geringem Druckluftbedarf, benötigeneinen deutlich höheren Arbeitsdruck als der Rest.In diesem Fall sollte man eine zweite, kleine Kompressorstationmit einem separaten Druckluftnetz und entsprechend höhe-rem Ausschaltdruck pmax einrichten.

Die unnötige Überverdichtung des Hauptvolumenstroms desDruckluftsystems verursacht erhebliche Kosten. Diese zusätz-lichen Kosten rechtfertigen in den meisten Fällen die Installa-tion eines zweiten Druckluftnetzes.

Das separate Netz amortisiert sich durch die Reduzierungder Betriebskosten normalerweise schnell.

Für Druckluftanwender mit hohem, stark schwankendem Ver-brauch ist es ungünstig, einen einzelnen Großkompressor zuinstallieren. In diesen Fällen ist die Alternative ein Kompressor-verbundsystem, das aus mehreren Kompressoren besteht.Dafür spricht eine größere Betriebssicherheit und die höhereWirtschaftlichkeit.

Ein oder mehrere Kompressoren decken den kontinuierlichenGrundbedarf an Druckluft ( Grundlast ). Steigt der Bedarf, wer-den nacheinander weitere Kompressoren zugeschaltet ( Mittel-last und Spitzenlast ), bis die Liefermenge den Bedarf wiederdeckt. Sinkt der Bedarf, werden die Kompressoren nachein-ander wieder abgeschaltet.

Die Zusammenstellung der einzelnen Kompressoren ( Liefer-menge ) eines Kompressorverbundsystems ist individuell soverschieden, daß darüber keine allgemeingültige Aussage ge-macht werden kann. Sie hängt vom Druckluftverhalten allerVerbraucher ab, die am Netz angeschlossen sind.

Vorteile

– Betriebssicherheit.Betriebe, die stark von Druckluft abhängig sind, könnendurch ein Kompressorverbundsystem ihre Versorgung zujeder Zeit sicherstellen. Fällt ein Kompressor aus, oder sindWartungsarbeiten nötig, übernehmen die anderen Kom-pressoren die Versorgung.

– Wirtschaftlichkeit.Mehrere kleine Kompressoren können leichter dem Druck-luftverbrauch angepaßt werden als ein großer Kompres-sor. Aus dieser Tatsache ergibt sich die höhere Wirtschaft-lichkeit. Wird nur im Teillastbetrieb gearbeitet, fallen nichtdie hohen Leerlaufkosten eines großen Kompressors an,sondern niedrige Leerlaufkosten des kleinen Bereitschafts-kompressors des Verbundsystems.

8.6.2 Variierender Arbeitsdruckder Verbraucher

8.6.3 Kompressorverbundsysteme

Bild 8.14 :Schema eines Kompressorverbundsystems

142

Das Druckluftnetz

9. Das Druckluftnetz

9.1 Der Druckluftbehälter Druckluftbehälter werden entsprechend der Liefermenge desVerdichters, dem Regelsystem und dem Druckluftverbrauchdimensioniert. Druckluftbehälter im Druckluftnetz haben ver-schiedene, wichtige Aufgaben zu erfüllen.

Der Kompressor baut im Druckluftbehälter ein Speichervolu-men auf. Der Druckluftverbrauch kann zeitweise aus diesemSpeichervolumen gedeckt werden. Der Kompressor liefert indieser Zeit keine Druckluft. Er steht in Bereitschaft und ver-braucht keinen Strom. Darüber hinaus wird schwankendeDruckluftentnahme im Netz ausgeglichen und Spitzenbedarfabgedeckt. Der Motor schaltet seltener und der Motorver-schleiß wird reduziert.Unter Umständen werden auch mehrere Druckluftbehälterbenötigt, um ein ausreichendes Speichervolumen aufzubau-en. Sehr große Druckluftnetze verfügen meist über ein ausrei-chendes Speichervolumen. In diesem Fall können entspre-chend kleinere Druckluftbehälter gewählt werden.

Kolbenkompressoren erzeugen, aufgrund ihrer speziellenFunktionsweise, einen pulsierenden Volumenstrom. DieseDruckschwankungen beeinträchtigen die Funktion verschie-dener Verbraucher. Besonders Regelschaltungen und Meß-einrichtungen reagieren mit Fehlern auf einen pulsierendenVolumenstrom. Der Druckluftspeicher wird zum Glätten die-ser Druckschwankungen eingesetzt.

Bei Schraubenkompressoren entfällt diese Aufgabe weitest-gehend, da sie einen fast gleichmäßigen Volumenstrom er-zeugen.

9.1.1 Druckluftspeicherung

9.1.2 Pulsationsdämpfung

Bild 9.1 :Druckluftbehälter, liegend

143

Das Druckluftnetz

Durch die Verdichtung fällt die in der Luft enthaltene Feuchtig-keit in Form von Wassertröpfchen ( Kondensat ) aus. Meistwird dieses Wasser mit dem Volumenstrom in den Druckluft-behälter mitgerissen. Dort verweilt die Druckluft. Über die gro-ße Oberfläche des Druckluftbehälters wird Wärme an die küh-lere Umgebung abgegeben, die Druckluft kühlt ab. Dadurchschlägt sich der größte Teil des Kondensates an den Behälter-wänden nieder. Das Kondensat sammelt sich am Boden desDruckluftbehälters und wird durch einen geeigneten Konden-satabscheider abgeführt.

Druckluftbehälter, die nur unregelmäßig entleert werden, kön-nen durch das Kondensat korrodieren. Ein Schutz gegen Kor-rosion ist das Vollbadverzinken des Druckluftbehälters. Beiregelmäßigem Kondensatablaß ist ein Verzinken des Behäl-ters nicht unbedingt notwendig. Das Verzinken bietet sich auchdann an, wenn das Kondensat eine hohe Konzentration ag-gressiver Bestandteile enthält.

Druckluftbehälter dürfen nur für Kompressoren mit Ein- undAusschaltbetrieb dauerhaft verwendet werden. Der Bereichder Druckschwankungen ∆∆∆∆∆p darf 20 % des maximalen Be-triebsdruckes nicht überschreiten ( Kompressorhöchstdruck10 bar, ∆p = 2 bar ). Bei größeren Druckschwankungen kannes mit der Zeit zu Ermüdungsbrüchen in den Schweißnähtenkommen. Der Druckluftbehälter muß dann speziell für schwel-lende Belastung ausgelegt werden.

Der Druckluftbehälter sollte an einem möglichst kühlen Platzaufgestellt werden. Dadurch fällt mehr Kondensat im Druckluft-behälter aus und gelangt nicht ins Druckluftnetz und somit indie Druckluftaufbereitung.

Druckbehälter sind so aufzustellen, daß sie für die wieder-kehrenden Prüfungen zugänglich sind oder gemacht werdenkönnen und daß das Fabrikschild gut erkennbar ist.

Der Druckluftbehälter sollte auf einer geeigneten Fundament-platte mit ausreichendem Raum für Inspektionen installiertwerden. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich die Fundament-belastung während der Druckprüfungen durch die Wasser-füllung des Druckluftbehälters erhöht.

Druckluftbehälter müssen so aufgestellt sein, daß Beschäf-tigte oder Dritte nicht gefährdet werden. Erforderliche Schutz-bereiche und -abstände sind einzuhalten.

Die Druckbehälter und ihre Ausrüstung sind soweit gegenmechanische Einwirkungen ( z.B. Fahrzeuge ) von außen zuschützen, daß Beschädigungen mit gefährlichen Auswirkun-gen auf Beschäftigte oder Dritte nicht zu erwarten sind.

9.1.5 Installationvon Druckluftbehältern

9.1.3 Kondensatabscheidung

Bild 9.2 :Druckluftbehälter, stehend

9.1.4 Betriebvon Druckluftbehältern

144

Das Druckluftnetz

9.1.6 Sicherheitsvorschriftenfür Druckluftbehälter

Für Druckbehälter gelten, je nach Behältergröße und Druck,verschiedene Richtlinien. Die wichtigsten für die Herstellungvon Druckbehältern sind die Druckgeräterichtlinie 97/23/EGfür Druckbehälter mit einem Druckinhaltsprodukt ab 10.000bar*l und die Richtlinie 87/404/EWG für einfache Druckbehäl-ter mit einem Druckinhaltsprodukt bis 10.000 bar*l. Des wei-teren sind für den Betrieb vom Betreiber einer Anlage natio-nale Vorschriften einzuhalten. Dies betrifft für Deutschlandhauptsächlich die Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV).

Kompressoren sind in ihrer Gesamtheit Maschinen, die derEG-Maschinenrichtlinie 98/37/EG unterliegen.

Druckluftanlagen unterliegen verschiedenen Anmelde- undÜberwachungspflichten. In Richtlinie 97/23/EG erfolgt, abhän-gig vom Druckinhaltsprodukt [bar*l] des Druckgerätes und destransportierten Mediums eine Einstufung der Druckgeräte inverschiedene Klassen. Je nach eingestufter Klasse werdenandere Anforderungen an Prüfung und Überwachung gestellt,insbesondere unterscheiden sich die Fristen für wiederkeh-rende Prüfungen.

Maximale Werte für den Abstand von wiederkehrenden Prü-fungen sind 5 Jahre für die innere Prüfung und 10 Jahre fürdie Festigkeitsprüfung. Je nach Anforderungen können dieseFristen von den zuständigen zugelassenen Überwachungs-stellen verkürzt werden. Nicht alle Pflichten müssen von zu-gelassenen Überwachungsstellen ausgeführt werden. Unterbestimmten Bedingungen können auch befähigte Personenaus dem Betrieb Prüfungen durchführen.

Die Definition von zugelassenen Überwachungsstellen erfolgtin §14 Gerätesicherheitsgesetz. Diese Stellen müssen benanntund akkredetiert sein. Die Aufgaben wurden klassischerweisevon Sachverständigen wahrgenommen. Nach einer Über-gangsfrist bis Ende 2007 wird sich die Terminologie ändernund die Aufgaben werden von benannten Stellen übernom-men.

Eine befähigte Person im Sinne der Betriebssicherheitsver-ordnung ist eine Person, die durch ihre Berufsausbildung, ihreBerufserfahrung und ihre zeitnahe berufliche Tätigkeit überdie erforderlichen Fachkenntnisse zur Prüfung der Arbeits-mittel verfügt. (§2 Abs. 7) Dies entspricht im weitesten Sinnedem früheren Sachkundigen.

9.1.6.1 Anmelde- und Überwachungs-pflichten

9.1.6.2 ZÜS und befähigte Personen

145

Das Druckluftnetz

9.1.6.3 Prüfung vor Inbetriebnahme Eine überwachungsbedürftige Anlage (Dies sind Druckgerä-te im Sinne der Richtlinien 97/23/EG und 87/404/EWG) darferstmalig und nach einer wesentlichen Veränderung nur inBetrieb genommen werden, wenn die Anlage unter Berück-sichtigung der vorgesehenen Betriebsweise durch eine zu-gelassene Überwachungsstelle auf ihren ordnungsgemäßenZustand hinsichtlich der Montage, der Installation, den Auf-stellungsbedingungen und der sicheren Funktion geprüft wor-den ist.

Bei kleineren Anlagen im Sinne der Richtlinie 87/404/EWGmit einem Druckinhaltsprodukt von nicht mehr als 200 bar*lmuß die Überprüfung nicht durch eine zugelassene Über-wachungsstelle erfolgen, sondern kann durch eine befähigtePerson durchgeführt werden.

Der Betreiber hat die Prüffristen der Gesamtanlage und derAnlagenteile auf der Grundlage einer sicherheitstechnischenBewertung zu ermitteln. Dies geschieht bei der Prüfung vorInbetriebnahme der Anlage. Dabei dürfen die Höchstfristenvon 5 Jahren für die innere Prüfung und 10 Jahre für dieFestigkeitsprüfung nicht überschritten werden.

Die Prüffristen der Anlagenteile und der Gesamtanlage sindder zuständigen Behörde innerhalb von sechs Monaten nachInbetriebnahme der Anlage unter Beifügung anlagenspezi-fischer Daten mitzuteilen.

Eine überwachungsbedürftige Anlage und ihre Anlagenteilesind in bestimmten Fristen wiederkehrend auf ihren ordnungs-gemäßen Zustand hinsichtlich des Betriebs durch eine zuge-lassene Überwachungsstelle zu prüfen. Diese Prüfungen be-stehen aus einer technischen Prüfung, die an der Anlage selbstunter Anwendung der Prüfregeln vorgenommen wird und ei-ner Ordnungsprüfung.

Diese Prüfungen müssen bei Druckbehältern, die ein Druck-inhaltsprodukt größer als 1.000 bar*l haben, spätestens nach5 Jahren für die innere Prüfung und spätestens nach 10 Jah-ren für die Festigkeitsprüfung durchgeführt werden.

Bei Behältern mit einem Druckinhaltsprodukt von nicht mehrals 1.000 bar*l können die Prüfungen durch eine befähigtePerson durchgeführt werden.

9.1.6.4 Anmeldepflichten

9.1.6.5 Wiederkehrende Prüfungen

146

Das Druckluftnetz

Der Umfang der wiederkehrenden Prüfungen umfaßt folgen-de Arbeiten:

Innere Prüfung (max. 5-jährig)

Der Druckluftbehälter wird vom Netz abgeklemmt und druck-los gemacht. Die Besichtigungsöffnung wird geöffnet undder Behälter von innen gründlich gesäubert. Die Wandungenmüssen metallisch sauber sein. Der Prüfer hat den innerenZustand des Behälters zu überprüfen und den ordnungsge-mäßen Zustand zu quittieren.

Druckprüfung (max. 10-jährig)

Der Druckluftbehälter wird vom Netz abgeklemmt und druck-los gemacht. Die Armaturen müssen abgeschraubt und dieAnschlußöffnungen mit Stopfen verschlossen werden. DerDruckluftbehälter wird vollständig mit Wasser gefüllt und dieHandpumpe für die Druckprüfung angeschlossen. Anschlie-ßend wird der Druckluftbehälter mit Hilfe der Handpumpe aufden 1,43- oder 1,5-fachen Betriebsdruck gebracht (je nachBehälterart und Druckinhaltsprodukt) und durch den Prüferauf seine Dichtigkeit überprüft.

Bei äußeren und inneren Prüfungen können Besichtigungendurch andere geeignete gleichwertige Verfahren und beiFestigkeitsprüfung die statische Druckproben durch gleich-wertige zerstörungsfreie Verfahren ersetzt werden, wenn ihreDurchführung aus Gründen der Bauart des Druckgeräts nichtmöglich oder aus Gründen der Betriebsweise nicht zweck-dienlich ist.

147

Das Druckluftnetz

9.1.7 Armaturenam Druckluftbehälter

Der Druckluftbehälter besteht nicht nur aus dem nackten Stahl-behälter. Es sind eine Reihe von Armaturen notwendig, umseine Funktion zu gewährleisten und für die vorgeschriebeneSicherheit zu sorgen.

– Druckschalter.Der Druckschalter dient zur Steuerung des Kompressors.

– Rückschlagventil.In der Zuleitung vom Kompressor zum Druckluftbehältermuß immer ein Rückschlagventil installiert werden. Es ver-hindert bei Kolbenkompressoren das Zurückströmen derverdichteten Luft in den Kompressor während der Förder-pausen. Bei Schraubenkompressoren ist das Rückschlag-ventil im System enthalten.

– Sicherheitsventil.Die Installation eines Sicherheitsventil am Druckluftbehälterist gesetzlich vorgeschrieben. Wenn der Behälterinnen-druck pN ( Netzdruck ) 10 % über den Nenndruck steigt,öffnet das Sicherheitsventil und bläst den Überdruck ab.

– Kontrollflansch.An den Kontrollflansch mit Düsenbohrung schließt der TÜVbei der Druckprüfung ein geeichtes Manometer an.

– Manometer.Das Manometer zeigt den Behälterinnendruck an.

– Kugelabsperrhahn.Der Kugelabsperrhahn sperrt den Druckluftbehälter vomDruckluftnetz oder vom Kompressor ab.

– Kondensatablaß.Im Druckluftbehälter fällt Kondensat aus, deshalb muß einentsprechender Anschluß für den Kondensatableiter vor-handen sein.

– Besichtigungsöffnung.Die Besichtigungsöffnung kann als Muffe oder als Mann-bzw. Handlochflansch ausgebildet sein. Sie dient zur Kon-trolle und Säuberung des Behälterinnenraums. Die Min-destgröße der Besichtigungsöffnung ist gesetzlich vorge-schrieben.

– Hochdruckschlauch.Der Hochdruckschlauch verbindet den Druckluftbehältermit dem Kompressor. Er wird anstelle eines Rohres ver-wendet, um eventuelle Vibrationen des Kompressors nichtauf das Druckluftnetz zu übertragen bzw. um bei dem An-schluß an das Druckluftnetz Maßabweichungen auszu-gleichen.

Druckschalter, Hochdruckschlauch und Rückschlagventil sindkeine typischen Druckluftbehälterarmaturen. Sie werden abersinnvollerweise am Behälter angebracht.

1 = Druckschalter2 = Rückschlagventil oder

Kugelabsperrhahn3 = Sicherheitsventil4 = Kontrollflansch5 = Manometer6 = Kugelabsperrhahn7 = Kondensatablaß8 = Armaturenträger9 = Besichtigungsöffnung10 = Hochdruckschlauch

Bild 9.3 :Druckluftbehälter mit Armaturen

1

27

4

6

5

8

3

9

10

148

Das Druckluftnetz

9.1.7.1 Sicherheitsventil Die Installation eines Sicherheitsventiles am Druckluftbehälterist gesetzlich vorgeschrieben.

Wenn der Behälterinnendruck pN ( Netzdruck ) auf den maxi-malen Betriebsdruck des Druckluftbehälters ( z.B. Kompressor-höchstdruck 10 bar, Behälterbetriebsdruck 11 bar ) steigt, mußdas Sicherheitsventil langsam öffnen.

Wenn der Netzdruck auf das 1,1fache des Nenndruckes ( z.B.Behälterdruck 11 bar, Sicherheitsventil 12,1 bar ) steigt, mußdas Sicherheitsventil komplett öffnen und den Überdruckabblasen. Dabei ist darauf zu achten, daß der Querschnitt derAbblasöffnung des Sicherheitsventil so dimensioniert ist, daßdie komplette Liefermenge aller angeschlossenen Kompres-soren abgeblasen werden kann, ohne daß der Druck im Be-hälter weiter steigt.

Bei nachträglicher Erweiterung eines bestehenden Druckluft-netzes erhöht sich die Anzahl der Kompressoren. Dabei kanndie entsprechende Vergrößerung des Sicherheitsventils leichtübersehen werden. Wenn das Sicherheitsventil nicht mehr diegesamte Liefermenge der Kompressoren abblasen kann, steigtder Betriebsdruck im Druckluftbehälter. Im Extremfall führt daszur Explosion des Druckluftbehälters.

Sicherheitsüberprüfung

Um eine Unterdimensionierung des Sicherheitsventiles zu ver-meiden, ist bei jeder Erweiterung einer Kompressorstation dasSicherheitsventil zu überprüfen.

Der Netzanschluß des Druckluftbehälters ist abgesperrt. DieDruckschalter werden überbrückt, so daß die Kompressorennicht mehr automatisch abschalten.

Der Behälterdruck steigt, bis das Sicherheitsventil anspricht.Der Behälterdruck darf das 1,1fache des Grenzwertes ( z.B.Behälterdruck 11 bar, Sicherheitsventil 12,1 bar ) nicht über-schreiten. Geschieht dies doch, ist das Sicherheitsventil unter-dimensioniert und muß ausgetauscht werden.

Bild 9.4 :Sicherheitsventil am kombinierten Druckluft-Öl-Behälters eines öleinspritzgekühltenSchraubenkompressors

Bild 9.5 :Schaltsymbol für ein Sicherheitsventil

149

Das Druckluftnetz

9.2 Das Rohrleitungsnetz Eine zentrale Druckluftversorgung macht ein Rohrleitungsnetznotwendig, das die einzelnen Verbraucher mit Druckluft ver-sorgt. Um den zuverlässigen und kostengünstigen Betrieb dereinzelnen Verbraucher zu gewährleisten, muß das Rohrlei-tungsnetz verschiedene Bedingungen erfüllen :

– Ausreichender Volumenstrom.Jeder Verbraucher des Rohrleitungsnetzes muß zu jederZeit mit dem benötigten Volumenstrom versorgt werden.

– Notwendiger Arbeitsdruck.Bei jedem Verbraucher des Rohrleitungsnetzes muß zujeder Zeit der notwendige Arbeitsdruck anliegen.

– Druckluftqualität.Jeder Verbraucher des Rohrleitungsnetzes muß zu jederZeit mit Druckluft der entsprechenden Qualität versorgt wer-den.

– Geringer Druckabfall.Der Druckabfall im Rohrleitungsnetz muß aus wirtschaft-lichen Gründen so gering wie möglich sein.

– Betriebssicherheit.Die Druckluftversorgung sollte mit der höchstmöglichenSicherheit gewährleistet sein. Bei Leitungsschäden, Re-paraturen und Wartungen darf nicht das gesamte Netz aus-fallen.

– Sicherheitsvorschriften.Um Unfälle und daraus folgend Regreßansprüche zu ver-meiden, müssen alle einschlägigen Sicherheitsvorschriftenbeachtet werden.

Ein Rohrleitungsnetz besteht aus einzelnen Abschnitten. Da-durch kann die Verbindung zwischen dem Kompressor undden Verbrauchern optimal aufgebaut werden.

Die Hauptleitung verbindet die Kompressorstation mit der Druck-luftaufbereitung und dem Druckluftbehälter. An die Hauptleitungwerden die Verteilerleitungen angeschlossen. Sie ist so zudimensionieren, daß sie die gesamte Liefermenge der Kom-pressorstation jetzt und in naher Zukunft bei minimalem Druck-abfall weiterleiten kann.

Der Druckabfall ∆∆∆∆∆p in der Hauptleitung sollte 0,04 bar nichtüberschreiten.

9.2.1 Aufbaueines Rohrleitungsnetzes

9.2.1.1 Die Hauptleitung

Bild 9.6 :Hauptleitung eines Druckluftnetzes

Druckluftbehälter

Kompressor

Trockner

Kondensat-ableiter

Hauptleitung

150

Das Druckluftnetz

Die Verteilerleitungen werden durch den gesamten Betriebverlegt und bringen die Druckluft in die Nähe der Verbraucher.Sie sollten nach Möglichkeit immer eine Ringleitung sein.Dadurch wird die Wirtschaftlichkeit und die Betriebssicherheitdes Rohrleitungsnetzes erhöht.

Der Druckabfall ∆∆∆∆∆p in den Verteilerleitungen sollte 0,03 barnicht überschreiten.

Eine Ringleitung bildet einen geschlossenen Verteilungsring.Es ist möglich, einzelne Abschnitte des Rohrleitungsnetzesabzusperren, ohne dabei die Druckluftversorgung andererBereiche zu unterbrechen. Dadurch ist die Druckluftversorgungder meisten Verbraucher, auch bei Wartungs-, Reparatur- undErweiterungsarbeiten, immer gewährleistet.

Vorteil: Bei der Druckluftversorgung durch einen Verteilungs-ring muß die Druckluft einen kürzeren Weg zurücklegen alsbei Stichleitungen. Das bedingt einen geringeren Druckabfall∆∆∆∆∆p. Bei der Dimensionierung der Ringleitung kann mit der hal-ben strömungstechnischen Rohrlänge und dem halben Volu-menstrom gerechnet werden, was wiederum einen kleinerenLeitungsdurchmesser möglich macht.

9.2.1.2 Die Verteilerleitung - Ringleitung

Bild 9.7 :Druckluftversorgung mit Ringleitung

1 = Kompressor2 = Absperrventil3 = Druckluftbehälter4 = Kondensatableiter5 = Sicherheitsventil6 = Drucklufttrockner7 = Druckluftanschlüsse

1

3 5

6

2

4

7

Hauptleitung

Ringleitung

Anschlußleitung

151

Das Druckluftnetz

Die Verteilerleitungen werden durch den gesamten Betriebverlegt und bringen die Druckluft in die Nähe der Verbraucher.Sie können auch eine Stichleitung sein.

Der Druckabfall ∆∆∆∆∆p in den Verteilerleitungen sollte 0,03 barnicht überschreiten.

Stichleitungen zweigen von größeren Verteilerleitungen oderder Hauptleitung ab und enden am Verbraucher. Durch Stich-leitungen können abseits stehende Verbraucher versorgt wer-den. Es ist aber auch möglich, die gesamte Druckluftversor-gung über Stichleitungen zu realisieren. Sie haben den Vor-teil, daß sie weniger Material benötigen als Ringleitungen. Siehaben aber auch den Nachteil, daß sie größer als Ringleitun-gen dimensioniert werden müssen und häufig hohe Druckver-luste verursachen.

Stichleitungen sollten grundsätzlich durch ein Absperrventilvom Netz abtrennbar sein. Dadurch werden Reparaturen, War-tungen u.ä. erleichtert.

Die Anschlußleitungen gehen von den Verteilerleitungen ab.Sie versorgen die Druckluftverbraucher mit Druckluft. Da dieVerbraucher mit unterschiedlichen Drücken betrieben werden,ist im Normalfall eine Wartungseinheit mit Druckregler vor demVerbraucher zu installieren. Mit Hilfe des Druckreglers wirdder Netzdruck auf den Arbeitsdruck des Verbrauchers redu-ziert. Wartungseinheiten, bestehend aus Filter, Abscheider,Regler und Öler können bei aufbereiteter Druckluft entfallen.

Der Druckabfall ∆∆∆∆∆p in den Anschlußleitungen sollte 0,03 barnicht überschreiten.

HinweisIm industriellen Bereich wird für Anschlußleitungen die Rohr-größe DN 25 ( 1" ) empfohlen. Diese Rohrgröße hat gegen-über kleineren Abmessungen kaum Kostennachteile und ge-währleistet fast immer eine sichere Druckluftversorgung. Ver-braucher mit einem Druckluftbedarf bis zu 1800 l/min können,bei einer Leitungslänge bis 10 m, ohne nennenswerte Druck-verluste versorgt werden.

9.2.1.4 Die Anschlußleitung

9.2.1.3 Die Verteilerleitung - Stichleitung

1 = Schraubenkompressor2 = Absperrventil3 = Druckluftbehälter4 = Kondensatableiter5 = Sicherheitsventil6 = Drucklufttrockner7 = Druckluftanschlüsse

1

3 5

6

2

4

7

Hauptleitung

Stichleitung

Anschlußleitung

Bild 9.8 :Druckluftversorgung mit Stichleitung

152

Das Druckluftnetz

Beim Anschluß mehrerer Kompressoren an eine gemeinsameSammelleitung sind die aufgeführten Punkte zu beachten.

9.2.1.5 Anschluß an eine Sammelleitungbei Mehrfachanlagen

1 = Schraubenkompressor2 = Wasserabscheider3 = Kondensatableiter4 = Anschlußleitung5 = Sammelleitung

Bild 9.9 :Sammelleitungen Druckluft- und Kondensatsammelleitungen

1. Sammelleitung mit Gefälle.Die Sammelleitung muß mit ca. 1,5 – 2 ‰ Gefälle inStrömungsrichtung verlegt werden.

2. Anschlußleitung von oben.Die Anschlußleitung muß von oben an die Sammelleitungangeschlossen werden.

Druckluftsammelleitungen

3. Wasserabscheider bei längeren Steigleitungen.Bei längeren Steigleitungen zur Sammelleitung ist einWasserabscheider mit automatischer Entwässerung demKompressor nachzuschalten, um das zurücklaufende Kon-densat aufzufangen.

Entlüftungssammelleitungen

Wenn Entlüftungsleitungen in Sammelleitungen zusam-mengefaßt werden, gilt auch hierfür Pkt 1. und 2.Bei Entlüftungssammelleitungen ist zusätzlich ein Expan-sionsgefäß mit Entlüftungsschalldämpfer vorzusehen.

3

5 4

1 2

1 = Schraubenkompressor2 = Kolbenkompressor3 = Anschlußleitung4 = Sammelleitung

5 = Expansionsgefäß6 = Entlüftungsschall-

dämpfer7 = Öl-Wasser-Trenner

Druckluft Kondensat

1 1

4 3

1 2

5 6

7

153

Das Druckluftnetz

Druckluftleitungen sind möglichst gradlinig zu verlegen. Beinicht zu vermeidenden Ecken sollten keine Knie- und T-Stückeeingebaut werden. Lange Bögen und Hosenstücke sind strö-mungstechnisch günstiger und verursachen dadurch einengeringeren Druckabfall ∆∆∆∆∆p. Auch abrupte Querschnittsver-änderungen sind aufgrund des hohen Druckabfalls zu ver-meiden.

Große Rohrleitungsnetze sind in mehrere Abschnitte zu unter-teilen, von denen jeder mit einem Absperrventil ausgerüstetwird. Die Möglichkeit, Teile des Netzes stillzulegen, ist beson-ders für Inspektionen, Reparaturen und Umbauten wichtig.

Unter Umständen ist bei großen Netzen auch eine zweiteKompressorstation vorteilhaft, die das Rohrleitungsnetz voneiner anderen Stelle aus versorgt. Dadurch legt die Druckluftkurze Wege zurück. Der Druckabfall ∆∆∆∆∆p ist kleiner.

Hauptleitungen und große Verteilerleitungen sind mit V-Näh-ten zu verschweißen. Dadurch werden scharfe Kanten undSchweißperlen im Inneren der Rohre vermieden. Das setztden Strömungswiderstand der Rohre herab und verhindert dieüberflüssige Belastung der Filter und Werkzeuge durch dieSchweißreste.

9.3 Planungshinweise für Rohrleitungsnetze

9.3.1 Allgemeine Planungshinweise

Bild 9.10 :Strömungstechnisch ungünstig, T- und Knie-Stück

Bild 9.11 :Strömungstechnisch günstig, Hosenstück und Bogen

154

Das Druckluftnetz

Durch die Verdichtung fällt die in der Luft enthaltene Feuchtig-keit in Form von Wassertröpfchen ( Kondensat ) aus. Wird aufeine Aufbereitung der Druckluft durch einen Drucklufttrocknerverzichtet, muß mit Wasser im gesamten Rohrleitungsnetz ge-rechnet werden.

In diesem Fall sind bei der Installation des Netzes verschie-dene Richtlinien zu beachten, um Schäden an den Druckluft-verbrauchern zu vermeiden.

– Temperaturgefälle.Die Druckluftleitungen sind nach Möglichkeit so zu verle-gen, daß im Verlauf der Strömung keine Abkühlung erfolgt.Die Druckluft sollte allmählich erwärmt werden. Bei gleich-bleibender absoluter Feuchte erniedrigt sich dann die rela-tive Feuchte. Es kann kein Kondensat mehr ausfallen.

– Rohrleitungen mit Gefälle.Die Rohrleitungen müssen mit ca. 1,5 – 2 ‰ Gefälle inStrömungsrichtung verlegt werden. Das auskondensierteWasser in den Rohrleitungen sammelt sich dann an dentiefsten Punkten des Netzes.

– Senkrechte Hauptleitung.Die Hauptleitung direkt hinter dem Druckluftbehälter solltesenkrecht ansteigen. Das bei Abkühlung anfallende Kon-densat kann dann in den Druckluftbehälter zurückfließen.

– Kondensatableiter.An den tiefsten Punkten des Druckluftnetzes müssen Kon-densatableiter installiert werden, um das Kondensat abzu-führen.

– Anschlußleitungen.Die Anschlußleitungen müssen nach oben, in Strömungs-richtung abzweigen. Dabei sollte die Rohrführung möglichstgradlinig sein, um unnötige Strömungsverluste zu vermei-den.

– Armaturen.Es sollte immer eine Wartungseinheit mit Filter, Wasser-abscheider und Druckminderer installiert werden. Je nachAnwendungfall ist noch ein Druckluftöler vorhanden.

9.3.2 Rohrleitungsnetzohne Drucklufttrockner

Rohrleitung mit 1,5 – 2 ‰ Gefälle

Bild 9.12 :Beispiele für die richtige Verlegungeines Rohrleitungsnetzes

155

Das Druckluftnetz

9.3.3 Druckluftnetz mit Drucklufttrockner

Bei einem Drucklufttrockner mit entsprechendem Filtersystemim Druckluftnetz, kann auf einen Großteil der Maßnahmenverzichtet werden, die das Kondensat im Druckluftnetz be-treffen.

– Rohrleitungen.Da sich fast kein Wasser mehr im Druckluftnetz sammelt,können die Leitungen waagerecht verlegt werden. Auchdie anderen Maßnahmen bezüglich der Verlegung der Rohr-leitungen sind überflüssig.

– Kondensatableiter.Kondensatableiter sind nur noch an den Filtern, dem Druck-luftbehälter und dem Drucklufttrockner vorhanden.

– Anschlußleitungen.Die Anschlußleitungen können mit T-Stücken senkrechtnach unten angeschlossen werden.

– Armaturen.An den Verbrauchern müssen nur noch Druckminderer in-stalliert werden. Je nach Anwendung ist eventuell noch einDruckluftöler vorzusehen.

Die Installation des Rohrleitungsnetzes wird dadurch erheb-lich preiswerter. Teilweise rechtfertigen schon die hier ein-gesparten Kosten die Anschaffung eines Drucklufttrockners.

156

Das Druckluftnetz

9.4 Druckabfall ∆∆∆∆∆p Für strömende Druckluft ist jede luftführende Rohrleitung einWiderstand. Dieser Widerstand ist innere Reibung, die bei derStrömung aller flüssigen und gasförmigen Medien auftritt. Sieist eine Folge der Kraftwirkung zwischen den Molekülen ( Vis-kosität ) des strömenden Mediums untereinander und derWand der Rohrleitung. Darin liegt der Grund für den Druck-abfall in Rohrleitungen.

Unabhängig von der inneren Reibung, beeinflußt die Art derStrömung den Druckabfall in Rohrleitungen. Die Bewegungder Luft kann auf zwei völlig verschiedene Arten erfolgen.

Laminare Strömung

Die laminare Strömung ist eine gleichmäßige Schichten-strömung. Die einzelnen Moleküle der Druckluft bewegen sichin parallelen, nebeneinander hergleitenden Schichten. DieseStrömungsart hat zwei herrausragende Eigenschaften :

– geringer Druckabfall.

– geringer Wärmeübergang.

Turbulente Strömung

Die turbulente Strömung ist eine wirbelige ungleichmäßigeStrömung. Der axial gerichteten Strömungsbewegung über-lagern sich an allen Stellen ständig wechselnde Zusatz-bewegungen. Die Strombahnen beeinflussen sich gegensei-tig und bilden kleine Wirbel. Diese Strömungsart hat zwei her-ausragende Eigenschaften :

– Hoher Druckabfall.

– Großer Wärmeübergang.

Anhand der Größe der Reynoldsschen Zahl Re kann man dieArt der Strömung bestimmen. Sie gibt das Kriterium für lami-nare und turbulente Strömung an. Die Reynoldssche Zahl Rewird von verschiedenen Faktoren beeinflußt :

– Der kinematischen Viskosität der Druckluft.

– Der mittleren Geschwindigkeit der Druckluft.

– Dem Rohrinnendurchmesser.

Die Strömung in einer Rohrleitung ist solange laminar, bis diesogenannte kritische Reynoldssche Zahl Rekrit überschrittenwird. Dann geht die Strömung in den ungleichmäßigen, turbu-lenten Zustand über.

HinweisNormalerweise treten in Druckluftnetzen die hohen Strömungs-geschwindigkeiten, die in erster Linie zum Überschreiten vonRekrit führen, nicht auf. Die vorherrschende Strömung in Druck-luftnetzen ist laminar. Nur an Stellen mit massiven Strömungs-störungen tritt turbulente Strömung auf.

Die Strömungsgeschwindigkeit der Druckluft in Rohrleitungenist üblicherweise 2 bis 3m/sec und darf 20 m/s nicht über-schreiten, da sonst Strömungsgeräusche und turbulente Strö-mung auftreten.

9.4.1 Art der Strömung

Bild 9.13 :Strömungs- und Geschwindigkeitsverlaufbei laminarer Strömung

9.4.2 Die Reynoldssche Zahl Re

Bild 9.14 :Strömungs- und Geschwindigkeitsbildbei turbulenter Strömung

vmax

vmax

157

Das Druckluftnetz

Die Höhe des Druckabfalls wird durch verschiedene Kompo-nenten und Gegebenheiten des Rohrleitungsnetzes beein-flußt :

– Rohrlänge.

– Lichte Weite des Rohres ( Rohrinnendurchmesser ).

– Druck im Rohrleitungsnetz.

– Abzweige und Rohrkrümmer.

– Verengungen und Erweiterungen.

– Ventile.

– Armaturen und Anschlüsse

– Filter und Trockner.

– Leckagestellen.

– Oberflächenqualität der Rohrleitungen.

Bei der Planung von Rohrleitungsnetzen müssen diese Fak-toren berücksichtigt werden, da sonst ein erhöhter Druck-abfall auftritt.

Jede Veränderung der Leitungsführung behindert die Strö-mung der Druckluft innerhalb der Rohrleitungen. Es kommtzu Störungen der laminaren Strömung und höherem Druck-abfall.

9.4.3 Druckabfall im Rohrleitungsnetz

Bild 9.15 :Druckabfall in einer Rohrleitung

2D-B

ogen

3D-B

ogen

T-S

tück

Red

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Fla

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ck[b

ar]

Weg [ m ]

Druckabfall

158

Das Druckluftnetz

9.5 Dimensionierungvon Rohrleitungen

Der richtigen Dimensionierung der Rohrleitungen eines Net-zes ist in wirtschaftlichem Interesse große Bedeutung beizu-messen. Zu kleine Rohrleitungsquerschnitte verursachen hoheDruckverluste. Diese Druckverluste müssen durch Höherver-dichtung wieder ausgeglichen werden, um die Leistung derVerbraucher zu gewährleisten.

Die Haupteinflußgrößen auf den optimalen Rohrinnendurch-messer di sind folgende :

– Volumenstrom V•.Bei der Ermittlung von di ist vom höchstmöglichen Luft-durchgang auszugehen. Bei maximalem Druckluftbedarfwirkt sich erhöhter Druckverlust besonders stark aus.

– Strömungstechnische Rohrleitungslänge.Die Länge der Rohrleitung ist möglichst genau zu ermit-teln. Armaturen und Rohrkrümmer sind in Rohrleitungsnet-zen unvermeidlich. Sie müssen, entsprechend ihrer gleich-wertigen Rohrlänge, bei der Ermittlung der strömungs-technischen Gesamtlänge der Rohrleitung berücksichtigtwerden.

– Betriebsdruck.Bei der Ermittlung von di ist vom Kompressorausschalt-druck pmax auszugehen. Beim höchsten Druck ist auch derDruckabfall ∆∆∆∆∆p maximal.

Der Druckabfall ∆∆∆∆∆p in einer Rohrleitung mit einem Höchst-druck pmax von 8 bar

ü und mehr, sollte einen bestimmten

Gesamtdruckverlust bis zum Verbraucher nicht überschreiten :

– Rohrleitungsnetz ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,1 bar

Für die einzelnen Abschnitte des Rohrleitungsnetzes werdenfolgende Werte empfohlen :

– Hauptleitung ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,04 bar

– Verteilerleitung ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,04 bar

– Anschlußleitung ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 0,03 bar

Für Rohrleitungsnetze mit niedrigeren Höchstdrücken ( z.B.3 bar

ü) bedeutet ein Druckverlust von 0,1 bar einen relativ

höheren Leistungsverlust als in einem 8 barü-Rohrleitungsnetz.

Hier wird ein anderer Wert für das gesamte Rohrleitungsnetzempfohlen :

– Rohrleitungsnetz ∆∆∆∆∆p ≤≤≤≤≤ 1,5 % pmax

9.5.1 Maximaler Druckabfall ∆∆∆∆∆p

159

Das Druckluftnetz

9.5.2 Nennweite von RohrleitungenGegenüberstellung [ DN – Zoll ]

Mittelschwere Gewinderohre aus allgemeinem Baustahl( DIN 17100 ), wie sie oft für Rohrleitungsnetze verwendet wer-den, sind nach DIN 2440 genormt. Diese Norm schreibt be-stimmte Stufungen der Nennweite ( Innendurchmessers di )und bestimmte Bezeichnungen vor. Armaturen und Rohre ste-hen aus diesem Grund nur in den entsprechenden Durch-messern zu Verfügung.

Die Stufungen der Nenndurchmesser gelten auch für andereRohrwerkstoffe und Rohrnormungen.

Bei der Dimensionierung der Rohrleitungen sind die genorm-ten Nennweiten unbedingt einzuhalten. Andere Nennweitensind nur als Sonderanfertigung erhältlich und somit unverhält-nismäßig teuer.

Die folgende Tabelle enthält die genormten Nennweiten-stufungen in DN ( Diameter Nominal ) mm und Zoll, sowie diewichtigsten Eckdaten der Rohre nach DIN 2440 :

Rohrnennweite Außen- Innen- Innen- Wandstärkenach DIN 2440 durchmesser durchmesser querschnitt

[ Zoll ] [ DN ] [ mm ] [ mm ] [ cm² ] [ mm ]

1/8" 6 10,2 6,2 0,30 2,00

1/4" 8 13,5 8,8 0,61 2,35

3/8" 10 17,2 12,5 1,22 2,35

1/2" 15 21,3 16,0 2,00 2,65

3/4" 20 26,9 21,6 3,67 2,65

1" 25 33,7 27,2 5,82 3,25

1 1/4" 32 42,4 35,9 10,15 3,25

1 1/2" 40 48,3 41,8 13,80 3,25

2" 50 60,3 53,0 22,10 3,65

2 1/2" 65 76,1 68,8 37,20 3,65

3" 80 88,9 80,8 50,70 4,05

4" 100 114,3 105,3 87,00 4,50

5" 125 139,7 130,0 133,50 4,85

6" 150 165,1 155,4 190,00 4,85

160

Das Druckluftnetz

9.5.3 Gleichwertige Rohrlänge Ein wesentlicher Faktor für die Dimensionierung des Rohrlei-tungsinnendurchmessers di ist die Rohrlänge. Rohrleitungenbestehen nicht nur aus geraden Rohrstücken, deren Strö-mungswiderstand schnell ermittelt werden kann. EingebauteRohrkrümmer, Ventile und andere Armaturen erhöhen denStrömungswiderstand in den Rohrleitungen erheblich. Aus die-sem Grund ist unter Berücksichtigung der Armaturen und Rohr-krümmer die strömungstechnische Rohrlänge L zu ermitteln.

Zur Vereinfachung werden die Strömungswiderstände derverschiedenen Armaturen und Rohrkrümmer in die gleichwer-tige Rohrlängen umgerechnet.

In der nachfolgenden Tabelle ist die gleichwertige Rohrlängein Abhängigkeit von Rohrnennweite und der Armatur aufge-führt :

Diese Werte müssen der realen Rohrlänge zugeschlagenwerden, um die strömungstechnische Rohrleitungslänge L zuerhalten.

Hinweis

In der Regel liegen bei Planungsbeginn eines Rohrleitungs-netzes noch keine kompletten Angaben über Armaturen undRohrkrümmer vor. Aus diesem Grund berechnet man dieströmungstechnische Rohrlänge L, durch Multiplizieren dergeraden Rohrlänge mit 1,6.

Armaturen Gleichwertige Rohrlänge [ m ]

Rohr- und Armaturnennweite [ DN ]

DN 25 DN 40 DN 50 DN 80 DN 100 DN 125 DN 150

Absperrventil 8 10 15 25 30 50 60

Membranventil 1,2 2,0 3,0 4,5 6 8 10

Absperrschieber 0,3 0,5 0,7 1,0 1,5 2,0 2,5

Kniebogen 90° 1,5 2,5 3,5 5 7 10 15

Bogen 90° R = d 0,3 0,5 0,6 1,0 1,5 2,0 2,5

Bogen 90° R = 2d 0,15 0,25 0,3 0,5 0,8 1,0 1,5

T-Stück 2 3 4 7 10 15 20

Reduzierstück D = 2d 0,5 0,7 1,0 2,0 2,5 3,5 4,0

161

Das Druckluftnetz

9.5.4 Rechnerische Ermittlungdes Rohrinnendurchmessers di

Die Dimensionierung des Rohrinnendurchmessers kann mitHilfe der folgenden Näherungsformel erfolgen. Dabei wirdder maximale Betriebsdruck pmax ( Kompressorausschalt-druck ), der höchste Volumenstrom V• ( benötigte Liefermen-ge LB

) und die strömungstechnische Rohrlänge L zugrun-de gelegt. ∆∆∆∆∆p ist der angestrebte Druckverlust.

di

= Innendurchmesser der Rohrleitung [ m ]

V• = Gesamtvolumenstrom [ m³/s ]

L = Strömungstechnische Rohrlänge [ m ]

∆p = angestrebter Druckabfall [ bar ]

pmax

= Kompressorausschaltdruck [ barabs

]

Beispiel

Der Rohrinnendurchmesser di einer Druckluftverbindungs-leitung mit einem angestrebten Druckabfall ∆∆∆∆∆p von 0,1 barsoll mittels der Näherungsformel bestimmt werden. Dermaximale Betriebsdruck pmax ( Kompressorausschaltdruck )liegt bei 8 bar

abs. Durch eine ca. 200 m lange Rohrleitung

fließt ein Volumenstrom V• von 2 m³/min.

Die Innendurchmesser der Rohre sind in bestimmten Stufun-gen genormt. Man findet selten eine genormte Nennweite, diemit dem errechneten Innendurchmesser genau übereinstimmt.In diesen Fällen wird die nächstgrößere, genormte Nennweiteausgewählt.

V• = 2 m³/min = 0,033 m³/s

L = 200 m

∆p = 0,1 bar

pmax

= 8 barabs

1,6 × × × × × 103 ××××× V• 1,85 ××××× Ldi = ——————————

1010 × ∆× ∆× ∆× ∆× ∆p ××××× pmax

5

1,6 × × × × × 103 ××××× 0,0331,85 ××××× 200di = ————————————

1010 × × × × × 0,1 ××××× 8

di = 0,037 m = 37 mm

Gewählte Nennweite : DN 40

5

162

Das Druckluftnetz

9.5.5 Graphische Ermittlungdes Rohrinnendurchmessers di

Einfacher und schneller als mit der rechnerischen Methodekann man den Rohrinnendurchmesser di graphisch mit Hilfeeines Nomogramms ermitteln. Die wesentlichen Einflußgrö-ßen sind bei der rechnerischen und graphischen Methodegleich.

Beim Ablesen wird am Schnittpunkt von Volumenstrom V• undBetriebsdruck pmax begonnen. Das weitere Vorgehen ergibtsich, wenn man den fetten Linien des Beispiels in Pfeilrich-tung folgt.

Beispiel

Volumenstrom V• = 2 m³/min

Strömungstechnische Rohrlänge L = 200 m

Druckabfall ∆p = 0,1 bar

Betriebsdruck pmax

= 8 barabs

Rohrinnendurchmesser di = ca.38 mm

Die gewählte Nennweite der Rohrleitung ist DN 40

Rohrlänge L [ m ]

Ro

hri

nn

end

urc

hm

esse

r d

i [m

m]

Volu

men

stro

m V•

[m

³/m

in]

Druckabfall ∆∆∆∆∆p in der Rohrleitung [ bar ] Betriebsdruck pmax [ barabs ]

163

Das Druckluftnetz

9.5.6 Ermittlungdes Rohrinnendurchmessers dimit Hilfe eines Spaltendiagramms

Die dritte und einfachste Methode der Ermittlung des Rohr-innendurchmessers di ist das Spaltendiagramm. Diese Me-thode ist allerdings in ihren Möglichkeiten sehr beschränkt.Es müssen zwei Bedingungen erfüllt sein, damit das Spalten-diagramm benutzt werden kann :

– Höchstdruck pmax im Netz von 8 barü.

– Angestrebter Druckabfall ∆∆∆∆∆p von 0,1 bar.

Die Benutzung des Spaltendiagramms ist denkbar einfach :

Mit dem ermittelten maximalen Volumenstrom V• und derströmungstechnischen Rohrlänge geht man in die entspre-chende Zeile bzw. Spalte des Diagramms. Der sich darausergebende Schnittpunkt ist der entsprechenden Rohrnenn-weite zugeordnet, die den Anforderungen gerecht wird.

Beispiel

Druckabfall ∆p = 0,1 bar

Betriebsdruck pmax = 8 barü

Strömungstechnische Rohrlänge L = 200 m

Volumenstrom V• = 2000 l/min

Die ermittelte Nennweite der Rohrleitung ist DN 40

164

Das Druckluftnetz

9.6 Werkstoffauswahlfür Rohrleitungen

Die Rohrleitungen eines Rohrleitungsnetzes werden norma-lerweise aus Stahl, NE-Metall oder Kunststoff hergestellt. Siemüssen verschiedene Kriterien erfüllen, die die Werkstoff-auswahl für verschiedene Bereiche einschränken :

– Korrosionsschutz.Solange die Druckluft nicht durch eine Aufbereitungsan-lage getrocknet wird, steht die Frage der Korrosionsbestän-digkeit im Vordergrund. Die Rohre dürfen im Laufe der Zeitnicht durchrosten.

– Maximale Betriebstemperatur.Verschiedene Materialien verlieren bei hohen Temperatu-ren ihre Festigkeit und werden bei niedrigen Temperaturenspröde.

– Maximaler Betriebsdruck.Der maximale Betriebsdruck sinkt mit zunehmender ther-mischer Belastung.

– Niedriger Druckabfall.Durch eine hohe Oberflächenqualität im Inneren der Roh-re wird ein niedriger Druckverlust erzielt.

– Kostengünstige Montage.Durch eine Vielzahl von Formteilen, schnelle und einfacheMontage und billiges Material können die Montagepreisegesenkt werden.

Die Gewinderohre nach DIN 2440, DIN 2441 und DIN 2442( mittelschwere u. schwere Ausführung ) aus Stahl, sind alsLeitungswerkstoff für Druckluftleitungsnetze sehr weit verbrei-tet. Sie werden besonders bei kleinen und mittleren Verteilungs-und Anschlußleitungen eingesetzt. Überall dort, wo die Anfor-derungen an die Druckluftqualität nicht hoch sind, finden Ge-winderohre Anwendung. Sie sind sowohl schwarz als auchverzinkt erhältlich.

– Abmessungen DN 6 - DN 150

– Zulässiger Betriebsdruck max. 10 - 80 barü

– Maximale Betriebstemperatur 120°C

Vorteile

Die Gewinderohre zeichnen sich durch eine kostengünstige,schnelle Montage aus. Es stehen viele verschiedene und gün-stige Formteile und Armaturen zur Verfügung. Die Verbindun-gen sind wieder lösbar und die Einzelteile können wiederver-wendet werden.

Nachteile

Die Gewinderohre haben einen hohen Strömungswiderstandund die Verbindungen neigen mit der Zeit zum Lecken. DasVerlegen erfordert einen erfahrenen Installateur. UnverzinkteGewinderohre sollten bei Druckluftnetzen ohne Druckluft-trocknung nicht eingesetzt werden, da sie korrodieren.

9.6.1 Gewinderohre

165

Das Druckluftnetz

9.6.2 Nahtlose Stahlrohre Nahtlose Flußstahlrohre nach DIN 2448 werden in erster Liniebei Haupt- und Verteilungsleitungen mit mittleren und großenRohrdurchmessern eingesetzt. Sie sind sowohl schwarz alsauch verzinkt erhältlich.

– Abmessungen 10,2 - 558,8 mm

– Zulässiger Betriebsdruck max. 12,5 - 25 barü


Vorteile

Die nahtlosen Flußstahlrohre sind in Größen bis 558,8 mmerhältlich. Wenn sie fachgerecht verlegt werden, sind sie ab-solut luftdicht. Dadurch ist Leckage nahezu ausgeschlossen.Die Rohre sind preisgünstig und es sind relativ viele Formteileerhältlich.

Nachteile

Das Verlegen der nahtlosen Flußstahlrohre erfordert einen er-fahrenen Installateur, da die Rohre verschweißt bzw. geflanschtwerden müssen. Unverzinkte Flußstahlrohre sollten bei Druck-luftnetzen ohne Drucklufttrocknung nicht eingesetzt werden,da sie korrodieren.

Edelstahlrohre nach DIN 2462 und DIN 2463 werden nur beiDruckluftnetzen mit höchsten Qualitätsanforderungen einge-setzt. Sie werden vielfach auch in den „nassen“ Abschnitteneines konventionellen Netzes zwischen dem Kompressor unddem Trockner verwendet.

– Abmessungen 6 - 273 mm

– Zulässiger Betriebsdruck max. 80 barü, z.T. höher


Vorteile

Die Edelstahlrohre sind absolut korrosionsbeständig und ha-ben nur einen geringen Strömungswiderstand ( geringer Druck-abfall ). Wenn sie fachgerecht verlegt werden, sind sie absolutluftdicht. Dadurch ist Leckage nahezu ausgeschlossen.

Nachteile

Das Verlegen der Edelstahlrohre erfordert einen erfahrenenInstallateur, da die Rohre verschweißt bzw geflanscht werdenmüssen. Die Rohre sind sehr teuer und das Formteilangebotist nur begrenzt.

9.6.3 Edelstahlrohre

166

Das Druckluftnetz

9.6.4 Kupferrohre Kupferrohre nach DIN 1786 und DIN 1754 werden für kleineund mittlere Rohre als Steuer- und Regelungsleitungen ver-wendet. Die nahtlosen Rohre sind in harter, halbharter undweicher Ausführung erhältlich.

– Abmessungen weich 6 - 22 mmhalbhart 6 - 54 mm

hart 54 - 131 mm

– Zulässiger Betriebsdruck max. 16 - 140 barü


Vorteile

Kupferrohre werden in großen Längen geliefert und sind beikleinen Durchmessern biegsam und leicht zu bearbeiten. Dar-aus ergibt sich die Möglichkeit, längere Abschnitte des Net-zes in einem Stück zu verlegen. Die Zahl der Verbindungenwird reduziert. Dadurch nimmt auch die Leckage ab.

Kupferrohre sind korrosionsbeständig und haben infolge ihrerglatten Innenwände einen geringen Druckabfall.

Nachteile

Das Verlegen der Kupferrohre erfordert einen erfahrenen In-stallateur, da die Rohre in der Regel mit Fittings verlötet wer-den. Die Verbindungen sind nicht mehr lösbar.

Das Material ist teuer, allerdings stehen viele Formteile zuVerfügung, da Kupferrohre auch im Sanitärleitungsbau ver-wendet werden.

Bei größeren Leitungslängen muß die Wärmeausdehnung desKupfers berücksichtigt werden. Der Längenausdehnungs-koeffizient von Kupfer ist größer als bei Stahl.

Bei feuchter Druckluft können sich durch gelöstes Kupfer innachfolgenden Stahlrohren örtlich galvanische Elemente bil-den, die zum Lochfraß führen. Darüber hinaus kann Kupfer-vitriol entstehen.

167

Das Druckluftnetz

9.6.5 Kunststoffrohre Kunststoffrohre gibt es als Rohrsystem von verschiedenen Her-stellern aus verschiedenen Materialien. Darüber hinaus gibtes Rohre aus Polyamid für große Drücke und Rohre aus Poly-äthylen für große Querschnitte. Das heißt, für fast jeden An-wendungsbereich werden inzwischen passende Kunststoff-rohre mit den entsprechenden Eigenschaften angeboten. Ausdiesem Grund ist es schwierig allgemein gültige Angaben überAbmessungen, Betriebsdruck und Betriebstemperatur zumachen.

Vorteile

Da Kunstoffrohre nicht korrodieren, können alle Arten vonSchutzüberzügen entfallen. Sie sind bis zu 80 % leichter alsStahl. Dadurch wird die Montage vereinfacht und die Rohr-halter müssen nicht so aufwendig sein.

Die innere Oberfläche ist sehr glatt. Der Strömungswiderstandist gering ( niedriger Druckabfall ) und Ablagerungen wie Kalk,Rost und Ölkohle haben kaum eine Chance sich festzuset-zen. Kunststoffrohre sind in der Regel toxikologisch und hy-gienisch unbedenklich.

Kunststoffrohrsysteme aus PVC u.ä. zeichnen sich durch eineVielzahl von Formteilen und Armaturen aus. Die Montage istsehr einfach. Die Rohrelemente werden zusammengestecktund durch einen Spezialkleber luftdicht verbunden. Ausgespro-chene Fachkenntnis ist für die Montage nicht notwendig. DerDruckverlust und die Leckage in Kunststoffleitungen ist imallgemeinen sehr gering.

Nachteile

Die preisgünstigen Kunststoffrohrsysteme aus PVC haben nureinen maximalen Betriebsdruck von 12,5 bar bei 25°C. Zu-sätzlich ist besonders darauf zu achten, daß der maximaleBetriebsdruck dieser Kunststoffrohre bei steigender Tempe-ratur stark abnimmt. Aus diesem Grund dürfen Kunststoffrohrenicht in heißen Bereichen einer Kompressorstationen verlegtwerden und sind vor Sonneneinstrahlung zu schützen.

Kunststoffrohre haben einen großen Längenausdehnungs-koeffizienten und die mechanische Stabilität ist nicht beson-ders hoch.

Die Resistenz gegenüber bestimmten Kondensaten und Öl-sorten ist bei einigen Kunststoffen nicht gewährleistet. Ausdiesem Grund muß die Zusammensetzung der Kondensateim Druckluftnetz vorher überprüft werden.

Kunstoffrohre für hohe Drücke oder große Durchmesser wer-den nicht in großer Stückzahl produziert. Sie sind aus diesemGrund teuer und die Anzahl der Formteile ist begrenzt. Für dieMontage dieser Rohre ist ein erfahrener Kunststoffschweißernotwendig.

Bild 9.16 :Sortiment von Kunststofformteilen und Armaturen

168

Das Druckluftnetz

9.7 Kennzeichnungvon Rohrleitungen

Rohrleitungen müssen nach VBG 1 § 49 und der DIN 2403entsprechend des Durchflußmediums deutlich gekennzeich-net werden. Eine eindeutige Kennzeichnung erleichtert auchdie sachgerechte Instandhaltung, die Planung von Erweite-rungen und die Brandbekämpfung.

Die Kennzeichnung soll auf Gefahren hinweisen, um Unfälleund gesundheitliche Schäden zu vermeiden. Darüber hinauserleichtert eine entsprechende Kennzeichnung das Verfolgender Rohrleitungen bei unübersichtlicher Leitungsführung. Ausdiesem Grund sollte außerdem immer die Durchflußrichtungdes Mediums angezeigt werden.

Die Kennzeichnung erfolgt durch Kennzahlen ( Gruppen ) undFarben, die in der DIN 2403 festgelegt sind.

Medium Gruppe Farbe FarbnummerKennzahl

Luft 3 grau RAL 7001

Wasser 1 grün RAL 6018

brennbare Flüssigkeiten 8 braun RAL 8001

Gas 4/5 gelb RAL 1013

Wasserdampf 2 rot RAL 3003

Säure 6 orange RAL 2000

Lauge 7 violett RAL 4001

Sauerstoff 0 blau RAL 5015

Die farbliche Kennzeichnung und die Kennzeichnung durchBeschriftungen hat an bestimmten Stellen zu erfolgen :

– Am Anfang der Rohrleitung durch Beschriftung.

– Am Ende der Rohrleitung durch Beschriftung.

– An Abzweigungen durch Beschriftung.

– An Wanddurchführungen durch Beschriftung.

– An Armaturen und Verteilern durch Beschriftung.

– Farbliche Kennzeichnung an der gesamten Leitungs-länge durch Farbringe oder durchgehende Lackierung.

Kennzeichnungsschilder

Durchflußrichtung.

Farbe entsprechend dem Farbschlüssel des Mediums.

Untergruppennummer ( verschiedene Leitungsnetze ).

Gruppennummer des Mediums.

Bild 9.17 :Kennzeichnungsschilder mit Klartext

Bild 9.18 :Kennzeichnungsschilder mit Kennzahlen

169

Der Betriebsraum

10. Der Betriebsraum

10.1 Kühlung des Kompressors

Der Betriebsraum eines Kompressors muß eine Reihe vonBedingungen erfüllen, die den ordnungsgemäßen Betriebsicherstellen. Um die Wichtigkeit eines gut geplanten und aus-geführten Betriebsraumes einschätzen zu können, muß manwissen, daß ca. 2/3 aller Kompressorstörungen auf falscheAufstellung, ungenügende Belüftung und mangelnde Wartungzurückzuführen sind.

Darüber hinaus müssen die allgemeinen Vorschriften zurUnfallverhütung und zum Umweltschutz eingehalten werden.

Bei der Konzeptionierung einer Kompressorstation ist zu be-achten, daß beim Verdichtungsvorgang der Kompressorensehr viel Abwärme erzeugt wird. Es gilt der erste Hauptsatzder Thermodynamik, der besagt, daß die gesamte aufgenom-mene elektrische Leistung des Kompressors in Wärme um-gewandelt wird.

Die Abwärme ist zuverlässig abzuführen, da es sonst zu ei-nem Wärmestau im Kompressor kommt. Ist die Temperatur imKompressor längerfristig zu hoch, führt das zu mechanischenSchäden in der Kompressorstufe und im Antriebsmotor.

Der Kühlluft- bzw. Kühlwasserbedarf kann auf zwei Artenrealisiert werden :

– Kühlung durch Kühlluft.Die Kühlung durch Kühlluft ist bei allen Kompressorbau-arten am weitesten verbreitet. In diesem Fall ist die Be-und Entlüftung des Betriebsraumes besonders wichtig. Siemuß gut geplant und ausgeführt werden. Geschieht diesnicht, sind thermische Probleme mit dem Kompressor vor-programmiert.

– Kühlung durch Kühlwasser.Die Kühlung durch Kühlwasser kann bei größeren Kom-pressoren dann notwendig sein, wenn die Wärme durchLuftkühlung nicht einwandfrei abzuführen ist. Wasserküh-lung stellt weniger Anforderungen an die Belüftung desBetriebsraums.

In diesem Kapitel werden in erster Linie die Anforderungenund Vorschriften behandelt, die für die Betriebsräume luft-gekühlter Kompressoren gelten. Bis auf die Hinweise bezüg-lich der Belüftung sind alle Themen auch auf wassergekühlteKompressoren anwendbar.

100 %ElektrischeLeistungs-

aufnahme ausdem Netz

4 %Restwärme inder Druckluft

2 %Wärme-abstrahlung

13 %Druckluft-Nachkühler

9 %Erwärmungdes Motors

72 %Ölkühler

94 %der aufgenommenen Energie

werden durch das Kühlmedium( Wasser/Luft ) abgeführt

und stehen für eine Wärme-rückgewinnung zur Verfügung

Bild 10.1 :Wärmeverteilung in einem Schraubenkompressormit Öleinspritzkühlung.

170

Der Betriebsraum

10.2 Kompressoraufstellung Bei der Aufstellung von Kompressoren und den anderen Kom-ponenten einer Kompressorstation sind bestimmte Bedin-gungen zu beachten, die bei Nichteinhaltung zu Funktions-störungen führen können. Darüber hinaus sind bestimmteUnfallverhütungs- und Umweltschutzvorschriften zu beachten.

Der Betriebsraum soll sauber, staubfrei, trocken und kühl sein.Starke Sonneneinstrahlung ist zu verhindern. Für den Betriebs-raum ist nach Möglichkeit die Nordseite eines Gebäudes oderein ausreichend belüfteter Keller zu wählen.

Im Betriebsraum eines Kompressors sollten sich keine wärme-abstrahlenden Leitungen oder Aggregate befinden. Ist dieInstallation unvermeidlich, müssen die Aggregate und Leitun-gen gut isoliert werden.

Zur Durchführung der Wartung und der üblichen wiederkeh-renden Überprüfungen der Druckluftbehälter durch die Tech-nischen Überwachungsorgane ist für eine gute Zugänglich-keit und Beleuchtung zu sorgen.

Ein Kompressorbetriebsraum muß immer ausreichend belüf-tet werden, um das Überschreiten der zulässigen Umgebungs-temperatur zu vermeiden.

Kompressoren arbeiten bei einer Umgebungstemperatur von+20° bis +25°C optimal. Für Kolben- und Schraubenkompres-soren gelten die folgenden Umgebungstemperaturen :

– Mindestens +5°C.Wenn die Umgebungstemperatur unter +5°C fällt, könnenLeitungen und Ventile vereisen. Das kann zu Funktions-störungen des Kompressors führen. Schraubenkompres-soren schalten bei Unterschreiten der zulässigen Verdich-tungsendtemperatur selbsttätig ab.Eine zusätzliche Frostschutzeinrichtung ermöglicht Umge-bungstemperaturen bis –10°C.

– Höchstens +40°C.Höchstens +35°C bei schallgedämmten Kolbenkompres-soren.Wenn die Umgebungstemperatur über den Maximalwertsteigt, kann die Druckluft-Austrittstemperatur die gesetz-lich vorgeschriebenen Höchstwerte überschreiten. DieQualität der Druckluft verschlechtert sich, die Bauteile desKompressors werden höher beansprucht und die Wart-ungsintervalle verkürzen sich. Schraubenkompressorenschalten bei Überschreiten der zulässigen Verdichtungs-endtemperatur selbsttätig ab.

10.2.1 Allgemeine Hinweisezum Betriebsraum

Bild 10.2 :Kompressorstation mit 2 Schraubenkompressoren,Kälte-Drucklufttrockner, Druckluftbehälter undÖl-/ Wassertrenner.

10.2.2 Zulässige Umgebungstemperatur

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171

Der Betriebsraum

Für Räume, in denen Kompressoren mit Öleinspritzkühlungaufgestellt werden sollen, gelten folgende Vorschriften:

– Bei Kompressoren mit Motorleistungen über 40 kW mußder Betriebsraum besonders brandgeschützt sein.

– Kompressoren mit Motorleistungen über 100 kW müssenin einem separaten, brandgeschützten Raum aufgestelltwerden.

Anforderungen an brandgeschützte Betriebsräume:

– Wände, Decken, Fußböden und Türen müssen minde-stens in der Feuerschutzklasse F30 ausgeführt sein.

– Im Betriebsraum dürfen keine brennbaren Flüssigkeitengelagert werden.

– Der Fußboden um den Kompressor herum muß aus nichtbrennbarem Material bestehen.

– Auslaufendes Öl darf sich auf dem Fußboden nicht aus-breiten.

– Im Umkreis von mindestens drei Metern um den Kom-pressor dürfen sich keine entzündlichen Stoffe befinden.

– Über dem Kompressor dürfen keine brennbaren Anlagen-teile wie Kabeltrassen verlaufen.

Die angesaugte Luft enthält Wasser in Form von Dampf, derbei der Verdichtung als Kondensat ausfällt. Dieses anfallendeKondensat ist bei ölgeschmierter Verdichtung ölhaltig. Es darfohne Aufbereitung nicht in das öffentliche Kanalnetz einge-leitet werden.

Die Entwässerungsvorschriften der zuständigen Gemeindesind unbedingt zu beachten.

BOGE empfiehlt einen Öl-Wasser-Trenner zur Aufbereitungdes Kondensates. Das gereinigte Wasser kann in das öffent-liche Abwassernetz eingeleitet werden. Das Öl wird in einemeigenen Behälter aufgefangen und ist durch entsprechendeAltölsammelstellen umweltgerecht zu entsorgen.

10.2.3 Brandschutzvorschriftenfür Betriebsräume

10.2.4 Entsorgungdes anfallenden Kondensates

172

Der Betriebsraum

Bei der Aufstellung von Kompressoren sind einige allgemeineAufstellungshinweise unabhängig von der Belüftung zu be-achten :

– Zur Aufstellung eines Kompressors oder eines Druckluft-behälter genügt ein ebener Industriefußboden ohne Fun-dament. Spezielle Befestigungselemente sind im allgemei-nen nicht erforderlich.

– Kompressoren sollten in jedem Fall elastisch gelagert wer-den. Dadurch treten keine Schwingungsübertragungen andas Fundament auf und keine Fortpflanzung des Kompres-sorlärms in andere Gebäudeteile.

– Der Anschluß der Kompressoranlage an das feste Leitungs-netz sollte durch einen BOGE-Hochdruckschlauch von ca.0,5 m Länge erfolgen. Dadurch wird die Übertragung derSchwingungen des Kompressors auf das Druckluftnetzvermieden und ungenaue Leitungsverlegung kompensiert.

– Wenn der Aufstellungsort stark mit Stäuben belastet ist,muß der Kompressor mit Papier-Ansaugfiltern ausgestat-tet sein. Dadurch wird der Verschleiß des Kompressors mi-nimiert.

– Kompressoranlagen dürfen auf keinen Fall durch Haubenoder Kästen umschlossen werden. Derartige Maßnahmenführen immer zu thermischen Problemen. Eine Ausnahmebildet die Original BOGE-Schalldämmhaube, die für jedeneinzelnen Kompressor speziell ausgelegt wird.

Ein Kompressor hat einen gewissen Raumbedarf, der von derBauart und vom Typ des Kompressors abhängig ist. Darausergeben sich kompressorspezifische Mindestabstände in alleRichtungen.

– Der Kompressor muß so aufgestellt werden, daß er fürBedienung und Wartung frei zugänglich ist.

– Um die Kühlung eines Kompressors zu gewährleisten, mußein gewisser Mindestabstand zwischen Ventilator bzw. Küh-ler und der benachbarten Wand oder anderen Aggregateneingehalten werden. Geschieht dies nicht, ist die Wirkungdes Ventilators bzw. Kühlers stark beeinträchtigt und einewirkungsvolle Kühlung ist nicht mehr gewährleistet.

– Bei der Aufstellung von mehreren Kompressoren neben-einander darf die erwärmte Kühlluft eines Kompressorsnicht als Kühlluft eines anderen Kompressors angesaugtwerden.

Die Mindestabstände zu den Wänden und den benachbartenGeräten und Aggregaten unterscheiden sich bei den einzel-nen Kompressortypen und Ausführungen zum Teil erheblich.Sie sind den jeweiligen Betriebsanleitungen zu entnehmen.

10.2.5 Aufstellungshinweisefür den Kompressor

10.2.6 Platzbedarf eines Kompressors

Druckluft-Anschluß

Bild 10.3 :Schema des Raumbedarf eines schallgedämmtenSchraubenkompressor Typ S 21 - S 30

Zuluft

Zuluft möglich

Bedienseite

Wandaufstellung möglich

Eckauf-stellungmöglich

173

Der Betriebsraum

10.2.7 Aufstellungsbedingungenvon Druckluftbehältern

Bei der Aufstellung eines Druckluftbehälters sind bestimmteUnfallverhütungsvorschriften einzuhalten.

– Druckluftbehälter müssen vor Beschädigungen durch me-chanische Einwirkungen ( z.B. herabfallende Gegenstän-de ) geschützt sein.

– Der Druckluftbehälter und seine Ausrüstung müssen voneinem sicheren Stand aus zu bedienen sein.

– Schutzbereiche und Schutzabstände sind einzuhalten.

– Der Druckluftbehälter muß sicher stehen. Er darf sich auchdurch äußere Kräfte nicht verlagern oder neigen. Das schließtauch das zusätzliche Gewicht bei der Druckprüfung ein!Bei großen Druckluftbehältern ist unter Umständen ein ver-stärktes Fundament notwendig.

– Das Fabrikschild muß gut erkennbar sein.

– Druckluftbehälter müssen angemessen gegen Korrosiongeschützt sein.

– Stehende Behälter werden liegend in die Kompressorräumegebracht und anschließend über zwei Füße aufgerichtet.Bei der Bemessung der Behälterhöhe ist somit die Dia-gonale des Behälters ( Aufrichthöhe ) zu berichsichtigen.Ist sie größer als die Raumhöhe kann der Behälter nichtaufgerichtet werden.

174

Der Betriebsraum

Die wichtigste Bedingung für den Betrieb luftgekühlter Kom-pressoren ist ein ausreichender Kühlluftstrom V•K. Die durchden Kompressor erzeugte Abwärme muß zu jeder Zeit zuver-lässig abzuführen sein. Je nach räumlichen Gegebenheiten,Kompressorbauart und Typ gibt es drei verschiedene Mög-lichkeiten der Be- und Entlüftung :

– Natürliche Belüftung.Be- und Entlüftung durch Zu- und Abluftöffnung in denSeitenwänden oder der Decke, und zwar natürlich, ohneUnterstützung eines Ventilators.

– Künstliche Belüftung.Be- und Entlüftung über Zu- und Abluftöffnung in denSeitenwänden oder der Decke mit Unterstützung durcheinen Abluftventilator.

– Zu- und Abluftkanäle.Be- und Entlüftung über entsprechende Kanäle, meist mitUnterstützung durch einen Abluftventilator.

– Bei wassergekühlten Kompressoren wird die Häuptwärmedurch das Kühlwasser abgeführt. Die Restwärme ( Motor-abstrahlung ) ist durch Kühlluft abzuführen.

Ein Kompressor erzeugt je nach Antriebsleistung eine be-stimmte Menge Abwärme. Dies Abwärme muß bei luftgekühl-ten Kompressoren durch einen Kühlluftstrom V•K abgeführtwerden.

Die Größe des Kühlluftstroms V•K wird, neben der Antriebs-leistung des Kompressors, von mehreren anderen Faktorenbeeinflußt :

– TransmissionswärmeDurch die Umfassungswände des Betriebsraumes ( ein-schließlich Fenster und Türen ) wird ein Teil der erzeugtenWärme als Transmissionswärme abgegeben. Die Beschaf-fenheit der Wände, der Decke, des Bodens sowie Türenund Fenster beeinflussen den Kühlluftstrom V•K beträcht-lich.

– Raumtemperatur.Je höher die Temperatur des Betriebsraumes ist, desto grö-ßer ist auch der Kühlluftbedarf.

– Temperaturgefälle.Je größer die Temperaturdifferenz ∆∆∆∆∆t zwischen der Außen-und der Innentemperatur ist, desto geringer wird der benö-tigte Kühlluftstrom.

– Raumhöhe und Raumgröße.Mit zunehmender Raumhöhe und Raumgröße verteilt sichdie erzeugte Wärme besser und der benötigte Kühlluftstromwird geringer.

10.3 Be- und Entlüftungeiner Kompressorstation

10.3.1 Einflußgrößen auf den Kühlluft-strom V•K eines Kompressors

175

Der Betriebsraum

Um allgemeingültige Werte für den Kühlluftstrom V•K zu erhal-ten, werden folgende Randbedingungen festgelegt, die dieGröße des erforderlichen Kühlluftstroms V•K beeinflussen.

– Raumtemperatur 35°C = 308 K

– Temperaturgefälle ∆∆∆∆∆t 10 K

– Mauerdicke 25 cmDie Umfassungswände werden als homogene Ziegelwändeohne Fenster und Türen betrachtet.

– Raumhöhe und Raumgröße.Die Raumhöhe ist auf unter 3 m und die Raumgröße istauf unter 50 m² festgelegt.

Die festgelegten Randbedingungen gehen von den ungün-stigsten zulässigen Umgebungsbedingungen für den Kompres-sor aus. Da die Bedingungen in realen Betriebsräumen meistgünstiger sind, haben die so ermittelten Werte für den Kühl-luftstrom V•K allgemeine Gültigkeit.

Wird der empfohlene Kühlluftstrom V•K für einen Kompressorgewährleistet, kommt es nicht zu thermischen Problemen.

10.3.2 Festlegungder Einflußgrößenauf den Kühlluftstrom V•Keines Kompressors

176

Der Betriebsraum

Die wichtigsten Bedingungen, die der Betriebsraum eines odermehrerer luftgekühlter Kompressoren bezüglich der Be- undEntlüftung erfüllen muß, sind in diesem Kapitel aufgeführt. Siebasieren auf den Anforderungen, die im VDMA-Einheitsblatt 4363„Lüftung der Betriebsräume luftgekühlter Verdichter“ nieder-gelegt sind.

– Die Warmluft steigt stets nach oben. Um einen effektivenWärmeaustausch zu ermöglichen, müssen die Öffnungenfür die Kühlluftzuführung in Bodennähe und die Abluft-öffnungen in der Decke oder oben in einer Seitenwandangeordnet werden.

– Der Kompressor ist nahe der Zuluftöffnung Azu so aufzu-stellen, daß er die Frischluft für die Verdichtung und dieKühlluft für die Belüftung unmittelbar aus der ZuluftöffnungAzu ansaugt.

– Der Kompressor ist so aufzustellen, daß er die erwärmteAbluft nicht wieder ansaugen kann.

– Die Ansaugöffnungen oder -kanäle des Kompressors sindso anzuordnen, daß gefährliche Beimengungen ( z.B.explosionsfähige oder chemisch instabile Stoffe ) nichtangesaugt werden können.

– Der Abluftstrom sollte vom Kompressor über den Druckluft-behälter ( wenn vorhanden ) zur Abluftöffnung Aab strömen.Die Aggregate im Betriebsraum sind dementsprechendanzuordnen.

– In den Zuluftöffnungen Azu sind verstellbare Jalousien zuinstallieren. Dadurch kann der kalte Luftstrom von außenreduziert werden und die Minimaltemperatur wird auch imWinter nicht unterschritten. Wenn das nicht ausreicht, istder Kompressor mit einer eigenen Heizung auszustatten.Das notwendige Zubehör ist bei BOGE erhältlich.

– Bei der Aufstellung mehrerer Kompressoren in einem Raumist darauf zu achten, daß diese sich nicht thermisch beein-flussen. Saugt ein Kompressor die Abluft eines anderenKompressors an, führt das zur Überhitzung des Aggrega-tes. Die Belüftung muß auf den gesamten Kühlluftbedarfaller Kompressoren ausgelegt werden. Idealerweise solltefür jeden Kompressor eine eigene Zuluftöffnung entspre-chender Größe vorhanden sein.

10.3.3 Allgemeine Hinweisefür die Lüftungvon Kompressorräumen

Bild 10.4 :Anordnung von Zu- und Abluftöffnung

Zuluftöffnungenmit Jalousie

Abluftöffnunggegebenenfalls mit

Ventilator

Bild 10.5 :Betriebsraum mit drei schallgedämmtenKompressoren

177

Der Betriebsraum

10.3.4 Natürliche Be- und Entlüftung Bei der natürlichen Belüftung ist die Umwälzung der Luft durcheine Zuluft- Azu und eine Abluftöffnung Aab in den Seitenwändendes Betriebsraumes gesteuert. Der Wärmeaustausch erfolgtnur durch das natürliche Zirkulieren der Luft, denn warme Luftsteigt nach oben. Um eine ausreichende Belüftung zu ermög-lichen, muß die Zuluftöffnung so weit wie möglich unterhalbder Abluftöffnung liegen.

Diese Art von Be- und Entlüftung eignet sich erfahrungsge-mäß nur für Kompressoren bis 22 kW Leistung. Je nach denUmgebungsbedingungen im Betriebsraum, kann es auchschon bei kleineren Kompressoren zu Belüftungsproblemenkommen.

Ein ausreichender Kühlluftstrom V•K kommt bei natürlicher Be-lüftung nur zustande, wenn die Ab- und Zuluftöffnungen eineentsprechende Größe haben.

Die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte basierenauf dem VDMA-Einheitsbatt 4363 „Lüftung der Betriebsräu-me luftgekühlter Kompressoren“.

10.3.4.1 Erforderliche Abluftöffnungbei natürlicher Belüftung

Die Zuluft- Azu und die Abluftöffnung Aab sollten prinzipiell gleichgroß sein. Der Kühlluftstrom muß durch beide Öffnungen. MitRücksicht auf den Einbau von Jalousien, Gittern u.ä. in derZuluftöffnung sollte diese allerdings um ca. 20 % größer seinals die Abluftöffnung Aab. Geschieht dies nicht, kann es zueinem Überschreiten der zulässigen Umgebungstemperaturkommen.

Hinweis

Bei der Festlegung des Kühlluftstromes V•K, einer Kompressor-station muß der Kühlluftbedarf eines Kälte-Drucklufttrocknersoder warmregenerierenden Adsorptionstrockners mit berück-sichtigt werden.

Bild 10.6 :Natürliche Be- und Entlüftung einesKompressorraumes mit schallgedämmtemBOGE-Schraubenkompressor

Antriebs- erforderlicher erforderlicheleistung Kühlluftstrom Lüftungsöffnungen

P V•K Aab und Azu

[ kW ] [ m³/h ] [ m² ]

3,0 1350 0,204,0 1800 0,255,5 2270 0,307,5 3025 0,4011,0 3700 0,5015,0 4900 0,6518,5 6000 0,7522,0 7000 0,90

AZU

Aab

V•K

178

Der Betriebsraum

10.3.5 Künstliche Be- und Entlüftung In vielen Fällen reicht die natürliche Be- und Entlüftung desBetriebsraumes nicht mehr aus. Aufgrund von baulichen Ge-gebenheiten und/oder aufgrund der hohen installierten Kom-pressorleistung kommt kein ausreichender Kühlluftstrom mehrzu Stande. In diesen Fällen muß die Warmluft mit Hilfe einesVentilators abgeführt werden.

Eine künstliche Belüftung erhöht die Strömungsgeschwindig-keit der Kühlluft im Betriebsraum und garantiert den erforder-lichen Kühlluftstrom durch die Zwangsbelüftung. Es sind grö-ßere Reserven bei hohen Außentemperaturen gegeben. DieZuluftöffnung muß der Ventilatorleistung angepaßt werden.

Der oder die Ventilatoren sollten aus wirtschaftlichen Grün-den über einen Thermostaten in mehreren Stufen gesteuertwerden. Die Steuerung erfolgt entsprechend der Temperaturim Betriebsraum. Je höher die Temperatur steigt, desto grö-ßer wird die Förderleistung des Ventilators.

Der erforderliche Kühlluftstrom V•K ergibt sich, wie bei der na-türlichen Belüftung, aus der installierten Kompressorleistung.Die durch den Kompressor erzeugte Abwärme muß zuverläs-sig abführt werden. Die Ventilatorleistung V•V ist ca. 15 % grö-ßer bemessen als der benötigte Kühlluftstrom V•K. So ist auchim Hochsommer eine einwandfreie Kühlung gewährleistet.

Die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte basierenauf dem VDMA-Einheitsbatt 4363 „Lüftung der Betriebsräu-me luftgekühlter Kompressoren“.

10.3.5.1 Erforderliche Ventilatorleistungbei künstlicher Belüftung

Bild 10.7 :Künstliche Be- und Entlüftung einesKompressorraumes mit schallgedämmtemBOGE-Schraubenkompressors

AZU

Ventilator

V•V

Antriebs- erforderlicheleistung Ventilatorleistung

P V•V

[ kW ] [ m³/h ]

4,0 18005,5 22707,5 302511,0 370015,0 490018,5 600022,0 700030,0 950037,0 1100045,0 1400055,0 1700065,0 2000075,0 2300090,0 28000

110,0 34000132,0 40000160,0 50000200,0 62000250,0 70000

179

Der Betriebsraum

10.3.5.2 Erforderliche Zuluftöffnungbei künstlicher Belüftung

Bei der künstlichen Belüftung bestimmt der Abluftventilatordie Größe der Abluftöffnung.

Die erforderliche Öffnung für einen Abluftventilator ist üblicher-weise erheblich kleiner als die Abluftöffnung bei natürlicherBelüftung.

Die Größe der Zuluftöffnung AZU ist von der VentilatorleistungV• V und der maximalen Strömungsgeschwindigkeit vS in derZuluftöffnung abhängig.

Vorzugsweise sollte mit einer StrömungsgeschwindigkeitvS = 3 m/s gerechnet werden. Ergeben sich jedoch baulichnicht realisierbare Zuluftöffnungen ist auch eine Strömungs-geschwindigkeit vS = 5 m/s zulässig.

Mit Hilfe der folgenden Formel wird die minimale Größe derZuluftöffnung berechnet :

V•VAZU = —————3600 ××××× vS

m³/hm² = ———————

3600 s/h ××××× m/s

Azu = minimale Fläche der Zuluftöffnung [ m³ ]

V• V = Ventilatorleistung [ m³/h ]

vS = maximale Strömungsgeschwindig- [ m/s ]keit

Hinweis

Bei der Auswahl von Abluftventilatoren ist zu beachten, daßder Kühlluftstrom den selben physikalischen Gesetzen unter-worfen ist, wie die Druckluft. Auch bei strömender Kühlluft inKanälen und Öffnungen kommt es bei zunehmender Strö-mungsgeschwindigkeit zu erhöhtem Staudruck ∆∆∆∆∆p ( Druckver-lust ). Ein Ventilator kann nur einen Staudruck überwinden,der unterhalb seiner definierten Flächenpressung liegt. Ist derStaudruck höher als die Flächenpressung des Ventilators,kommt kein Volumenstrom mehr zustande.

Der maximale Staudruck wird aus der Form und der Größeder Zu- und Abluftöffnung mit den dazugehörigen Kanälen( wenn vorhanden ) bestimmt. Auch die Strömungsgeschwin-digkeit muß berücksichtigt werden.

Bei einfachen Öffnungen ohne ungünstige Umleitung ( Kanal-führung ) kann ein ∆∆∆∆∆p = 100 Pa ( 10 mm WS ) angenommenwerden.

180

Der Betriebsraum

Ein Schraubenkompressor Typ S 21 soll zusammen mit ei-nem Kälte-Drucklufttrockner D 27 in einem kleinen Betriebs-raum betrieben werden. Die baulichen Gegebenheiten ver-hindern eine natürliche Belüftung. Eine künstliche Belüftungmit einem Ventilator ist erforderlich.

BOGE-Schraubenkomprerssor Typ S 21

Liefermenge V• : 2,42 m³/min

Motorleistung : 15 kW

Kühlluftbedarf V•V1

: 4900 m³/h

Kälte-Drucklufttrockner Typ D 27

Durchflußleistung V• : 2,66 m³/min

Kühlluftbedarf V•V2

: 770 m³/min ( siehe Datenblatt )

Die beiden Kühlluftströme sind zu addieren. Daraus ergibt sichdie benötigte Ventilatorleistung, die im Betriebsraum instal-liert werden muß.

Ventilatorleistung V•Vges : 5670 m³/h

Die erforderliche Zuluftöffnung wird aus der VentilatorleistungV•Vges und der maximalen Strömungsgeschwindigkeit vS = 3 m/sberechnet :

10.3.5.3 Beispielfür die künstliche Belüftungeiner Kompressorstation

Bild 10.8 :Kompressorstation mit Schraubenkompressor,Kälte-Drucklufttrockner, Druckluftbehälter

Azu

= minimale Fläche der Zuluftöffnung [ m³ ]

V•Vges

= Ventilatorleistung [ m³/h ]

vS = maximale Strömungsgeschwindig- [ m/s ]keit.

V•VgesAZU = —————3600 ××××× vS

5670AZU = —————

3600 ××××× 3

AZU = 0,525 m²

In den Betriebsraum des Kompressors muß ein Ventilator miteiner Leistung von 5670 m³/h eingebaut werden ( Der Stau-druck der Öffnungen ist bei der Auswahl des Ventilators zubeachten ). Die Zuluftöffnung Azu

sollte mindestens 0,525 m²groß sein.

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181

Der Betriebsraum

Die Kühlluftführung durch Zu- und Abluftkanäle ist eine ele-gante Lösung bei thermischen Problemen in einem Kompres-sorbetriebsraum.

Kanalisierte Be- und Entlüftung ist bei schallgedämmten Kom-pressoren möglich. Die Kühlluft wird geziehlt über den Kom-pressor geleitet und gebündelt zur Abführung bereitgestellt.BOGE-Schraubenkompressoren sind mit einem Kühlluftventi-lator ausgestattet, der eine freie Flächenpressung von ca.60 Pa ( ca. 6 mm WS ) erzeugt. Das bedeutet, daß er die Ab-luft durch einen ca. 5 m langen, geraden Abluftkanal mit demempfohlenen Kanalquerschnitt drücken kann.

Die Kanäle können problemlos an die Öffnungen der Schall-dämmhaube angeschlossen werden. Ein zusätzlicher Abluft-ventilator im Kanal ist in der Regel nicht notwendig.

Die Kühlluftkanäle führen die Kühlluft ins Freie. Sie könnenaber auch durch entsprechende Klappensteuerung die war-me Kühlluft im Winter zur Räumheizung nutzen. Bei unge-heizten Kompressorräumen empfiehlt sich im Winter eine Um-luftführung mit Ableiten eines Teils der warmen Kühlluft in denKompressorraum.

Grundsätzlich ist es auch möglich, den Zuluftstrom für Kom-pressoren zu kanalisieren. Ein Zuluftkanal reduziert jedochden Ansaugvolumenstrom ( Staudruck ) und wirkt sich somitnegativ auf die Leistung des Kompressors aus. Aus diesemGrund sollte die Zuluft nur in folgenden Fällen kanalisiert wer-den :

– Unsaubere Umgebung.Die Ansaugluft am Kompressorstandort enthält viel Schmutz,Staub, chemische Verunreinigungen oder hat eine sehrhohe Luftfeuchtigkeit. Bei diesen Bedingungen sollte dieAnsaugluft direkt von außen oder aus einem saubererenTeil des Gebäudes angesaugt werden.

– Hohe Umgebungstemperatur.Die Temperatur am Aufstellungsort des Kompressors istdeutlich höher als in den benachbarten Räumen oder au-ßerhalb des Gebäudes. Das ist bei starker Wärmeabgabedurch Anlagen und Maschinen im Kompressorraum mög-lich.

10.3.6.1 Zuluftkanäle

10.3.6 Kühlluftführungmit Zu- und Abluftkanälen

Bild 10.9 :Kühlluftführung in einem BOGE-Schrauben-kompressor Baureihe S 21 - S 150

182

Der Betriebsraum

10.3.6.2 Entlüftungdurch einen Kühlluftkanal

Kompressorräume von Einzelanlagen können meist durcheinen entsprechend ausgelegten Abluftventilator oder durchnatürliche Belüftung gekühlt werden. Bei der Installation vonmehreren Kompressoren in einem Betriebsraum ist die Nut-zung von Kühlluftkanälen immer empfehlenswert.

Durch den Einbau von Kanälen wird der Betriebsraum nichtmehr so stark durch die Abwärme des Kompressors aufge-heizt.

Die Temperaturdifferenz ∆∆∆∆∆t zwischen der Zu- und Abluft be-trägt ca. 20 K. Die Strömungsgeschwindigkeit in den Abluft-kanälen sollte 6 m/s nicht überschreiten. Daraus ergibt sich,daß der benötigte Kanalquerschnitt erheblich kleiner ist alsdie Wandöffnung bei natürlicher oder künstlicher Belüftung.

Die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte für den er-forderlichen Kühlluftstrom V•A mit Kanal basieren auf dem VDMA-Einheitsbatt 4363 „Lüftung der Betriebsräume luftgekühlterKompressoren“. Dabei wurde eine Temperaturerhöhung derKühlluft von ∆∆∆∆∆t = 20 K vorausgesetzt.

Bei der Ermittlung des erforderlichen freien Kanalquerschnit-tes AK wurde ein maximaler Staudruck im Kanals von 50 Pa( 5 mm WS ) zugrundegelegt. Das entspricht ca. 5 m gerademAbluftkanal ohne Richtungsänderungen, Reduzierungen undEinbauten bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 4 – 6 m/s.

10.3.6.3 Erforderlicher Kühlluftstrom V•A

und Kanalquerschnitt AKmit Kühlluftkanal

Bild 10.10 :Entlüftung eines Kompressorraumes mit einemBOGE-Schraubenkompressors durch einenKühlluftkanal ins Freie

AZU

V•AAK

Antriebs- erforderlicher erforderlicherleistung Kühlluftstrom freier Kanal-

mit Abluftkanal querschnitt

P V•A AK

[ kW ] [ m³/h ] [ m² ]

4,0 800 0,085,5 1000 0,107,5 1300 0,13

11,0 1700 0,1315,0 2900 0,1518,5 4500 0,2322,0 4500 0,2630,0 4500 0,3337,0 6500 0,4145,0 6500 0,4855,0 8000 0,5965,0 8600 0,6475,0 9200 0,6890,0 16000 0,85

110,0 16000 1,11132,0 24400 1,24160,0 24400 1,61200,0 27800 2,06250,0 33600 2,49

183

Der Betriebsraum

In Kanälen verursachen alle Einbauten wie z.B. Umlenkun-gen, Filter, Jalousienklappen, Bögen, T-Stücke und Schall-dämpfer eine Erhöhung des Strömungswiderstands und da-mit eine Behinderung des Luftstroms. Wenn der Kanal vieleEinbauten enthält und sehr lang ist, muß die Dimensionie-rung des empfohlenen freien Kanalquerschnittes durch einenFachmann überprüft werden.

Um die Ausbreitung von Bränden durch die Lüftungskanälezu verhindern, sind entsprechende Brandschutzmaßnahmenvorgeschrieben. Die DIN 4102, Teil 6 verlangt den Einbau vonselbstschließenden Feuerschutzklappen, wenn Lüftungskanä-le eine Mauer durchstoßen.

Bei ungünstiger oder langer Kanalführung kann der Staudrucküber 50 Pa ( 5 mm WS ) liegen. In diesem Fall besteht dieGefahr, daß der Kühlluftventilators eines Schraubenkompres-sors den Staudruck des Kanals nicht mehr überwinden kann.Das bedeutet, daß der Kühlluftstrom zum Erliegen kommt unddamit die gesamte Kühlung des Kompressors zusammen-bricht. In diesem Fall muß ein zusätzlicher Stützventilator ein-gebaut werden.

Die Zuluft- und Abluftklappen, sowie die Ventilatoren solltenaus wirtschaftlichen Gründen über einen Thermostaten imBetriebsraum gesteuert werden.

Die Kühlluftkanäle dürfen niemals direkt auf dem Kompres-sorgehäuse angebracht werden. Es sind immer Kompensato-ren zu verwenden, die Verspannungen und die Übertragungvon Schwingungen vermeiden.

Ein Kühlluftkanal, der mit Schalldämmaterial ausgekleidet ist,strahlt weniger Wärme an die Umgebung ab und dämmt zu-sätzlich Geräusche, die mit der Kühlluft aus dem Kompressorgeleitet werden.

Generell empfiehlt BOGE mit der Auslegung der Kanäle undder Ausführung der Bauarbeiten eine entsprechende Fach-firma zu beauftragen.

Bei Mehrfachanlagen muß jeder Kompressor einen eigenenZu- und Abluftkanal haben.

Bei einem Sammelkanal für Mehrfachanlagen muß durchselbsttätig arbeitende Rückschlagklappen verhindert werden,daß erwärmte Kühlluft über einen ausgeschalteten Kompres-sor in den Aufstellungsraum strömt und die Zuluft wieder auf-heizt.

10.3.6.4 Hinweise zur Kanalbelüftung

184

Der Betriebsraum

10.3.6.5 Dimensionierung der Zuluftöffnungbei Entlüftung durcheinen Abluftkanal

Azu = minimale Fläche der Abluftöffnung [ m2 ]

V• A = Kühlluftstrom im Abluftkanal [ m3/h ]

vS = maximale Strömungsgeschwindig- [ m/s ]keit

V•AAZU = —————3600 ××××× vS

m³/hm² = ———————

3600 s/h ××××× m/s

Die Größe der Zuluftöffnung AZU ist vom Kühlluftstrom V•A undder maximalen Strömungsgeschwindigkeit vS in der Zuluft-öffnung abhängig.

Vorzugsweise sollte mit einer StrömungsgeschwindigkeitvS = 3 m/s gerechnet werden. Ergeben sich jedoch baulichnicht realisierbarer Zuluftöffnungen ist auch eine Strömungs-geschwindigkeit vS = 5 m/s zulässig.

Mit Hilfe der folgenden Formel wird die minimale Zuluftöffnungberechnet :

185

Der Betriebsraum

10.3.6.6 Variantender kanalisierten Entlüftung

Der Kanal leitet die warme Abluft direkt ins Freie. Diese Mög-lichkeit empfiehlt sich bei hohen Temperaturen im Kompressor-raum.

Kanäle leiten die warme Kühlluft des Kompressors bei niedri-gen Außentemperaturen ( Winter ) ganz oder teilweise zumBeheizen in verschiedene Räume eines Gebäudes. Bei ho-hen Temperaturen ( Sommer ) leitet der Abluftkanal die Kühl-luft direkt ins Freie.

Bei diesem Verfahren wird die Zuluft meist aus beheiztenRäumen angesaugt. Diese Maßnahme garantiert das Ansau-gen von ausreichend warmer Kühlluft auch bei niedrigenUmgebungstemperaturen. Der Kompressor arbeitet dadurchimmer oberhalb der Mindesttemperatur.

Um die Staubbelastung und die Lärmübertragung in den be-heizten Räumen zu reduzieren, sollten Luftfilter und Schall-dämpfer in den Abluftkanal eingebaut werden.

Bild 10.12 :Abluftkanal mit einer Umluftklappe

Der Abluftkanal leitet die warme Kühlluft direkt ins Freie. Beiniedrigen Temperaturen im Betriebsraum wird der kalten Um-gebungsluft über eine Umluftklappe warme Abluft beigemischt.Die Umluftbelüftung verhindert ein Einfrieren der Anlage beiAußentemperaturen unter dem Gefrierpunkt. Als Ergänzungempfiehlt sich eine Stillstandheizung, um auch ein Einfrierendes Kompressors in der Anlaufphase bei kaltem Kompressorzu verhindern.

Bei diesem Verfahren muß neben dem Abluftkanal noch zu-sätzliche eine entsprechend dem Kühlluftstrom dimensionier-te Abluftöffnung geschaffen werden.

Bild 10.13 :Nutzung der warmen Kühlluft zum Heizen

KühlluftSommerbetrieb

KühlluftWinterbetrieb

Zuluft

KühlluftWinterbetrieb

KühlluftSommerbetrieb

Bild 10.11 :Entlüftung mit einem Abluftkanal ins Freie

Kühlluft

186

Der Betriebsraum

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10.4 Beispiele für Aufstellungspläne

10.4.1 Aufstellungsbeispielfür einen Schraubenkompressor

187

Der Betriebsraum

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10.4.2 Aufstellungsbeispielfür einen Kolbenkompressor

188

Wärmerückgewinnung

11. Wärmerückgewinnung Die steigenden Energiekosten und das zunehmende Umwelt-bewußtsein führte bei vielen Betreibern von Kompressoranlagenzu der Einsicht, daß das enorme Potential der Kompressor-abwärme nicht mehr ungenutzt verpuffen darf. Sie traten andie Kompressorenhersteller heran und die entwickelten lei-stungsfähige Wärmerückgewinnungsanlagen. Seitdem wirddie Abwärme vom Kompressoren nutzbar gemacht. Sie dientzum Beheizen von Räumen und zum Erwärmen von Brauch-und Heizungswasser.

Um die Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung bei Kompres-soren einschätzen zu können, muß berücksichtigt werden, daßaufgrund des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik die ge-samte aufgenommene elektrische Leistung eines Kompres-sors in Wärme umgewandelt wird. Um diese Abwärme wirt-schaftlich nutzen zu können, muß man wissen, wo sie auftrittund welche Anteile der Abwärme für die Rückgewinnung wirt-schaftlich nutzbar sind.

Die Abwärme wird immer mit Hilfe eines Kühlmediums ab-geführt. Dieses Kühlmedium enthält ca. 94 % der dem Kom-pressor zugeführten elektrischen Energie in Form von Wär-me. Ca. 4 % verbleiben als Restwärme in der Druckluft undca. 2 % gehen durch Wärmestrahlung an die Umgebungsluftverloren.

Bei der Aufstellung einer Wärmebilanz darf man nicht nur dievom Motor abgegebene Leistung zugrunde legen, die der Kom-pressor zur Komprimierung der Luft benötigt. Auch der Elek-tromotor selbst wandelt Energie in Wärme um. Man muß auchden Wirkungsgrad des Motors, der je nach Antriebsleistungzwischen 80 % und 96 % liegt, berücksichtigen. Dadurch wirddie entstandene Abwärmemenge noch einmal erhöht.

11.1 Wärmebilanzeiner Kompressorstation

100 %ElektrischeLeistungs-

aufnahme ausdem Netz

4 %Restwärme inder Druckluft

2 %Wärme-abstrahlung

13 %Druckluft-Nachkühler

9 %Erwärmungdes Motors

72 %Ölkühler

94 %der aufgenommenen Energie

werden durch das Kühlmedium( Wasser/Luft ) abgeführt

und stehen für eine Wärme-rückgewinnung zur Verfügung

Bild 11.1 :Wärmeverteilung in einem Schraubenkompressormit Öleinspritzkühlung.

189


Die naheliegendste Nutzungsmöglichkeit der Kompressor-abwärme ist die Raumheizung.

Bei der einfachsten Methode der Raumheizung wird der Kom-pressor in dem Raum aufgestellt, der beheizt werden soll. Dasheißt, der Kompressor wird direkt in den Werkstatt- oder La-gerräumen, meist in der Nähe von Arbeitsplätzen, installiert.

In diesem Fall sind nur Kanäle für die Abführung der Wärmeim Sommer bei hohen Temperaturen im Aufstellraum notwen-dig. Die warme Heizluft muß nicht über weite Strecken heran-geführt werden.

Allerdings muß eine ausreichende Kühlung des Kompressorssichergestellt werden. Eine Schalldämmung ist normalerwei-se unerläßlich um die einschlägigen Schallschutzbestimmun-gen einhalten zu können.

Um die Abwärme einer zentralen Kompressorstation nutzenzu können, muß der erwärmte Kühlluftstrom durch Kanäle indie zu beheizenden Räume gebracht werden. Die Installationist nur für größere Kompressoren empfehlenswert, da bei klei-neren Kompressoren nicht genügend verwertbare Abwärmezur Verfügung steht.

Der Kühlluftstrom streicht über den Kompressor und den An-triebsmotor. Der Kühlluftstrom nimmt die Abwärme auf undwird mit Hilfe eines Ventilators in einen Abluftkanal gesaugt.Dabei erwärmt sich der Kühlluftstrom im allgemeinen auf +50°bis +60°C.

Eine Nutzung der Kompressorwärme zur Raumbeheizungsetzt einen gekapselten ( schallgedämmten ) Kompressor mitkanalisierter Kühlluftführung vorraus. BOGE-Schraubenkom-pressoren sind serienmäßig schallgedämmt und mit eineminternen Ventilator ausgerüstet. Sie können aus diesem Grundproblemlos an ein Kanalsystem angeschlossen werden. Nichtgekapselte Kompressoren ( z.B. die meisten Kolbenkompres-soren ) können durch die Installation einer angepaßten Schall-dämmhaube nachträglich für die Nutzung der Abwärme um-gebaut werden.

11.2.1 Raumheizung durch Kanäle

11.2 Raumheizung

1 = Schallgedämmter Kompressor2 = Zuluftkanal3 = Abluftkanal4 = zusätzlicher Abluftventilator5 = Regelklappen

( thermostatisch gesteuert )6 = Abluftkanäle

( Raumheizung )7 = Wärmeaustauscher8 = Abluftkanal

( ins Freie für Sommerbetrieb )9 = Zuluftklappe

Bild 11.2 :Funktionsschema einer Kanalführung

12 4 3

8

5 676

5

9

190


11.2.2 Funktion einer Raumheizung Isolierte Kanäle leiten die warme Kühlluft des oder der Kom-pressoren bei niedrigen Außentemperaturen ins Gebäude.Dadurch werden die entsprechenden Räume erwärmt. Beihohen Außentemperaturen leitet ein Kanal die Kühlluft direktins Freie.

Der Kühlluftstrom wird durch Zuluft- und Regelklappen ge-führt. Die Ansteuerung dieser Klappen und der Ventilatorensollte über einstellbare Raumthermostaten erfolgen, die dieTemperatur in den beheizten Räumen überwachen.

Um die Ausbreitung von Bränden durch die Lüftungskanälezu verhindern, sind entsprechende Brandschutzmaßnahmenvorgeschrieben. Die DIN 4102, Teil 6 verlangt den Einbau vonselbstschließenden Feuerschutzklappen, wenn Lüftungskanä-le eine Mauer durchstoßen.

Es ist möglich, Wärmeaustauscher in die Kanäle einzubauen.Mit Hilfe dieser Wärmeaustauscher kann Wasser auf eine Tem-peratur von ca. +40°C erwärmt werden. Dieses warme Was-ser kann ein Zentralheizungssystem entlasten oder als Brauch-wasser genutzt werden.

Die Installationskosten der Raumheizung können im Verhält-nis zu den gesparten Energiekosten sehr hoch sein. Bevorman eine aufwendige Raumheizung installiert, sollte geprüftwerden, ob genügend Abwärme zur Verfügung steht um einaufwendiges Kanalsystem zu rechtfertigen. Dabei muß be-rücksichtigt werden, daß sich der Warmluftstrom auf langenWegen durch ein Kanalsystem zwangsläufig abkühlt. Die In-vestitionskosten müssen im richtigen Verhältnis zu den einge-sparten Heizkosten stehen.

Die Kostenersparnis nimmt mit der Einschaltdauer des Kom-pressors zu. Je kontinuierlicher der Kompressor läuft, destoeffektiver ist die Raumheizung.

11.2.3 Wirtschaftlichkeiteiner Raumheizung

191


11.3 Die DuothermWärmeaustauscher

Für Schraubenkompressoren mit Öleinspritzkühlung bietensich spezielle Wärmerückgewinnungssysteme zur Erwärmungvon Brauch- oder Heizwasser an. Ein Wärmeaustauscher wirdin den Hauptstrom des heißen Öles im Kompressor geschal-tet. Brauch- oder Heizungswasser erwärmt sich an dem hei-ßen Kompressoröl.

Die Duotherm-Wärmeaustauscher arbeiten unabhängig vonder Art der Kompressorkühlung, da der Wärmeaustauscherals Vorkühler dem eigentlichen Luft- bzw. Wasserkühler vor-geschaltet wird.

Zur Erwärmung von Heizungs- oder heißem Produktionswas-ser dient das Duotherm BPT-System. Das Kernstück diesesSystems ist ein Platten-Wärmeaustauscher, der aus einerAnzahl dünner, profilierter Edelstahlplatten besteht. Die auf-einandergelegten Platten bilden ein gegeneinander abge-schlossenes Zweikanalsystem. Ein Spezialverfahren aus demBereich des Hartlötens verbindet die geschichteten Plattenmiteinander. Dichtungen, die die Gefahr der Leckage mit sichbringen, sind überflüssig. Der entstandene Wärmeaustauscherarbeitet sehr effektiv und zuverlässig.

Funktionsprinzip

Das auf ca. +90°C erwärmte Öl des Kompressorölkreislaufsströmt durch den Platten-Wärmeaustauscher. Das im Gegen-strom durch den Austauscher strömende Wasser wird auf biszu +70°C erwärmt. Die erhitzte Wassermenge ist dabei vonder Temperaturdifferenz abhängig.

Vor und hinter dem Wärmeaustauscher ist ein thermosta-tisches Ölregelventil installiert. Abhängig von der Öltempera-tur wird der Ölstrom entweder über den Ölkühler bzw. denWärmeaustauscher, oder durch einen Bypass am Ölkühlerbzw. Wärmeaustauscher vorbeigeführt.

Eigenschaften

– Wenn die Absperrventile im Wasserzu- und -ablauf gleich-zeitig geschlossen werden, entsteht ein abgeschlossenerRaum. Erwärmt sich das Wasser in diesem Raum, dehntes sich aus und der Druck steigt. Um Beschädigungen desPlatten-Wärmeaustauschers zu vermeiden, muß ein Aus-dehnungsgefäß und ein Sicherheitsventil installiert werden.

– Bei hohen Verschmutzungsgraden des Wassers sollte einSchmutzfänger mit einer maximalen Porenweite von0,6 mm im Wasservorlauf installiert werden.

– Es sind Spülanschlüsse zur Reinigung des Wärmeaus-tauschers vorzusehen.

– Der Platten-Wärmeaustauscher ist normalerweise im Kom-pressorgehäuse integriert. Er kann auch separat aufge-stellt oder bauseitig nachgerüstet werden.

11.3.1 Duotherm BPT

Bild 11.3 :Das WärmerückgewinnungssystemBOGE-Duotherm BPT

1 = Ansaugfilter2 = Ansaugregler3 = Kompressorstufe4 = kombinierter Druckluft-Öl-Behälter5 = Ölabscheider6 = Thermostatisches Ölregelventil7 = Ölkühler8 = Ölfilter9 = Mindestdruck-Rückschlagventil10 = Druckluft-Nachkühler11 = Wärmeaustauscher

Bild 11.4 :Fließschema BOGE-Duotherm BPT

1 2 3

4

5

6

67

8

9 10

11

Druckluft-Austritt

Rücklauf

Vorlauf

192


11.3.2 Duotherm BSW

1 23

4

5

6

67

8

9 10

11

Druckluft-Austritt

Rücklauf

Vorlauf

12 13

Zur Erwärmung von Trink- und Brauchwasser dient das Duo-therm BSW-System. Da im Sanitärbereich andere Sicherheits-vorschriften gelten, handelt es sich bei diesem System um einenSicherheits-Wärmeaustauscher. Zwei unabhängige Kreisläufewerden durch eine Sperrflüssigkeit voneinander getrennt.

Das BSW-System ist ein Rohrbündel-Wärmeaustauscher, indem zwei Rohre berührungsfrei ineinander stecken. Der indiesem Doppelrohrbündel befindliche Sicherheitsraum ist miteiner ungiftigen Sperrflüssigkeit gefüllt. Die Sperrflüssigkeitüberträgt die Wärme und bei Beschädigungen des Wärme-austauschers verhindert sie, daß sich das Öl mit dem Wassermischt. Eine Verschmutzung des Trinkwassers ist somit aus-geschlossen.

Ein Druckwächter spricht bei einem Rohrbruch innerhalb desSystems sofort an. Der abgegebene Impuls kann individuellweiterverarbeitet werden ( z.B. Alarm oder Abschalten derAnlage ).

Funktionsprinzip

Das auf ca. +90°C erwärmte Öl des Kompressorölkreislaufsströmt durch ein Rohrbündel. Die Sperrflüssigkeit überträgtdie Wärme auf das Brauchwasser im zweiten Rohrbündel. Dasim Gegenstrom durch das zweite Rohrbündel strömende Was-ser kann auf ca. 55°C erwärmt werden. Die erhitzte Wasser-menge ist von der Temperaturdifferenz abhängig. Das heißeWasser wird anschließend in einen entsprechenden Speicher( Boiler ) geleitet, von wo es dem Warmwassernetz zugeführtwerden kann.

Vor und hinter dem Wärmeaustauscher ist ein thermostati-sches Ölregelventil installiert. Abhängig von der Öltemperaturwird der Ölstrom entweder über den Ölkühler bzw. den Wär-meaustauscher, oder durch einen Bypass am Ölkühler bzw.Wärmeaustauscher vorbeigeführt.

Eigenschaften

– Der Druckwächter muß auf einen Wert eingestellt werden,der mindestens 20 % unter dem geringsten Druck der ein-gesetzten Medien liegt.

– EinsatzbedingungenMinimaler Wasserdruck 0,5 barMaximaler Wasserdruck 16 barMaximaler Öldruck 16 barMaximaler Druck der Sperrflüssigkeit 10 barMaximale Temperatur ( Öl und Wasser ) +100°CEin Überschreiten der maximalen Temperatur führt zu Funk-tionsstörungen und löst einen Fehlalarm aus.

– Der BSW-Sicherheits-Wärmeaustauscher ist abhängig vonseiner Größe im Kompressorgehäuse integriert. Er kannauch separat aufgestellt oder bauseitig nachgerüstet wer-den.

Bild 11.5 :Das WärmerückgewinnungssystemBOGE-Duotherm BSW

1 = Ansaugfilter2 = Ansaugregeler3 = Kompressorstufe4 = kombinierter Druckluft-Öl-Behälter5 = Ölabscheider6 = Thermostatisches Ölregelventil7 = Ölkühler8 = Ölfilter9 = Mindestdruck-Rückschlagventil

10 = Druckluft-Nachkühler11 = Sicherheitswärmeaustauscher12 = Druckwächter für Durchbruch13 = Ausgleichsgefäß

Bild 11.6 :Fließschema BOGE-Duotherm BSW

193


11.3.3 Wieviel Energie kanneingespart werden ?

Beim Duotherm-System steht 75 % der elektrischen Leistungs-aufnahme des Kompressors aus dem Netz zu Verfügung. Dabeihandelt es sich um die Abwärme, die das Kompressoröl ab-führt.

Die in der Tabelle angegebenen Werte für die nutzbare Wärme-menge und die Warmwassermenge wurden auf der Grund-lage des Energieerhaltungssatzes und den allgemeingültigenGesetzen der Wärmeübertragung ermittelt. Sie sind im Prinzipfür beide Duotherm-Systeme gültig. Bei der Nutzung einesDuotherm BWT System ist die Erwärmung von Brauchwasserüber +55°C unwirtschaftlich, da die erwärmte Wassermengezu gering ist.

Bei den aufgeführten Werten wird der Dauerbetrieb des Kom-pressors vorrausgesetzt und die Wärmeverluste bleiben auf-grund der unterschiedlichen Betriebsverhältnisse unberück-sichtigt. Der Berechnung der Heizkostenersparnis wurde einekonventionelle Ölheizung zugrundegelegt :

– Spezifischer Heizwert H für Heizöl 38,0 MJ/l– Heizölpreis 0,20 €/l– Heizungswirkungsgrad 75 %– Betriebsstunden Bh 1000 Std

Antriebs - Abgeführte Nutzbare Wassermenge bei Kosten-

leistung Leistung Wärme- ∆∆∆∆∆t 25 K ∆∆∆∆∆t 35 K ∆∆∆∆∆t 50 K ersparnismenge 313 →→→→→ 338 K 293 →→→→→ 328 K 293 →→→→→ 343 K bei 1000 Bh

[ kW ] [ kW/h ] [ MJ/h ] [ m³/h ] [ m³/h ] [ m³/h ] [ € ]

11,0 8,9 32,0 0,305 0,217 0,152 225,–15,0 12,3 44,2 0,420 0,300 0,210 310,–18,5 14,8 53,2 0,509 0,363 0,255 373,–22,0 17,7 63,7 0,609 0,435 0,305 447,–30,0 24,4 87,8 0,835 0,596 0,417 616,–37,0 30,3 109,0 1,040 0,743 0,520 765,–45,0 37,7 135,7 1,295 0,925 0,647 952,–55,0 45,5 163,8 1,565 1,118 0,782 1149,–65,0 54,9 197,6 1,885 1,346 0,942 1387,–75,0 63,1 227,1 2,170 1,550 1,085 1594,–90,0 74,0 266,4 2,545 1,818 1,272 1869,–

110,0 90,0 324,0 3,095 2,210 1,547 2274,–132,0 110,5 397,0 3,800 2,714 1,900 2786,–160,0 133,5 480,6 4,590 3,278 2,295 3373,–200,0 168,3 605,8 5,790 4,136 2,895 4251,–250,0 208,9 752,0 7,180 5,128 3,590 5277,–

194


11.4 Schlußbetrachtungzum ThemaWärmerückgewinnung

Kompressoren bieten enorme Möglichkeiten, Energie undKosten durch Abwärmenutzung zu sparen. Man sollte trotz-dem nicht den Fehler machen, die Abwärme jedes kleinenKompressors mit Gewalt nutzen zu wollen. Der Aufwand lohntsich normalerweise nur bei größeren Schrauben- und Kolben-kompressoren und Kompressorverbundsystemen. Die nutz-bare Energie steigt mit der installierten Kompressorleistung.

Die Investitionskosten für eine Wärmerückgewinnungsanlagehängen stark von den baulichen Gegebenheiten am Aufstel-lungsort ab. Sie müssen berücksichtigt werden, da sie dieAmortisationszeit der Anlage erheblich beeinflussen.

Es muß eine grundsätzliche Entscheidung darüber getroffenwerden, ob die Abwärme zum Beheizen von Räumen oderzum Erhitzen von Brauch- oder Heizungswasser genutzt wer-den soll. Dabei ist zu bedenken, daß die Raumheizung imSommer meist ungenutzt bleibt.

Eine wesentliche Rolle bei der Betrachtung der Möglichkeitenzur Wärmerückgewinnung spielt die Ausnutzung des Kompres-sors. Je höher die Einschaltdauer des Kompressors ist, destoeher lohnt sich die Nutzung der Abwärme, da sie kontinuier-lich und in ausreichender Menge zu Verfügung steht.

In jedem Fall sollte vor der Installation einer Wärmerück-gewinnungsanlage eine Wärmebedarfsbetrachtung in demBereich gemacht werden, in dem die Anlage zum Einsatz kom-men soll. Diese Betrachtung wird dann mit den durchschnitt-lichen Laufzeiten des Kompressors verglichen.

Aus diesem Vergleich läßt sich die Wirtschaftlichkeit derWärmerückgewinnungsanlage ableiten. Darüber hinaus istdaraus ersichtlich, ob die Rückgewinnung den Wärmebedarfallein decken kann, oder ob ein zweites Heizsystem gebrauchtwird.

195

Schall

12. Schall

12.1 Das Wesen des Schalls Schallwellen sind mechanische Schwingungen eines elasti-schen Mediums. Ausgehend von einer Schallquelle, einemschwingenden Körper, breiten sie sich in Festkörpern, Flüs-sigkeiten und Gasen in Form von Druckschwankungen ( Druck-wellen ) aus. Die Lehre vom Schall ist die Akustik.

Schwingende Körper aller Aggregatzustände und Formenkönnen Schallwellen übertragen. Sie werden als Schallquellenbezeichnet. Dabei kann es sich um Saiten, Stäbe, Platten, Luft-säulen, Membranen, Maschinen usw. handeln.

Werden die Schwingungen an die umgebende Luft abgege-ben, spricht man von Luftschall.

Die schwingenden Körper, Gase und Flüssigkeiten könnendie Schwingungen auch auf feste Objekte übertragen. In die-sem Fall handelt es sich um Körperschall.

Zwischen den von einer Schallquelle ausgehenden Schwin-gungen des Luftschalls und den Schallempfindungen einesMenschen bestehen folgende Zusammenhänge :

Amplitude der Schwingung

Die Amplitude ist die periodisch auftretende Druckabweichung,die in einer Schallwelle auftritt.

Sie entspricht der vom Menschen empfundenen Lautstärkeeines Schalleindrucks.

Frequenz der Schwingung

Die Frequenz ist die Anzahl der Druckschwankungen wäh-rend einer Zeiteinheit. Sie wird üblicherweise in Hz angege-ben ( Schwingungen pro Sekunde ).

Sie entspricht der vom Menschen empfundenen Tonhöheeines Schalleindrucks.

Schwingungsform

Man unterscheidet verschiedene Schwingungsformen dieunterschiedliche Schalleindrücke hervorrufen :

– Ton.Ein Ton ( reiner Ton ) ist eine Sinusschwingung.

– Klang.Ein Klang ist die Überlagerung mehrerer Töne. Mehreresinusförmige Schwingungen überlagern sich und bildeneine nichtsinusförmige Schwingung. Der Ton mit der nied-rigsten Frequenz bestimmt die Tonhöhe der gesamtenSchallempfindung. Die anderen Töne ( Obertöne ) verur-sachen den Eindruck der Klangfarbe.

– Geräusch.Ein Geräusch ist eine unregelmäßige Schwingung. Es istein Gemisch aus sehr vielen Frequenzen unterschiedlicherGrößenordnungen.

– Knall.Ein Knall ist ein einzelner, kurzer und starker Schalleindruck.

12.1.1 Schallempfinden

Bild 12.1 :Die Schalleindrücke

Ton

Klang

Geräusch

Knall

Am

plit

ud

e (S

chal

ldru

ck)

Zeit

196

Schall

12.2 Wichtige Begriffe der Akustik

12.2.1 Schalldruck Der Schalldruck p~ ist die periodische Druckabweichung ( Über-und Unterdruck, Wechseldruck ) die in einer Schallwelle auf-tritt. Er wird in Pa ( 10-5 bar ) angegeben.

In gasförmigen Medien ist der Schalldruck dem vorhandenenGasdruck p überlagert. Der Schalldruck ist stark von verschie-denen Faktoren, wie z.B der Schalleistung der Schallquelle,den räumlichen Gegebenheiten usw. abhängig.

Der Schalldruck bewegt sich zwischen ca. 2 × 10-4 Pa beimTicken einer Uhr und ca. 65 Pa beim Start eines Flugzeugesin unmittelbarer Nähe.

Um die akustischen Größen besser handhaben zu können,wird der Wert zu einer Bezugsgröße ins Verhältnis gesetztund logarithmiert. Die Pegel sind als Logarithmus einer Ver-hältnisgröße dimensionslos. Es wird zur Kennzeichnung dieBezeichnung dB ( Dezibel ) hinzugefügt.

Der Schalldruckpegel wird zum Bezugsdruck p0 = 2 ××××× 10-5 Pains Verhältnis gesetzt und logarithmiert. Für den Schalldruck-pegel gilt :

12.2.2 Der Schallpegel

p~

Lp = 20 lg —— dBp0

LP

= Schalldruckpegel [ dB ]

p~ = Schalldruck [ Pa ]

p0

= Bezugsschalldruck [ 2 × 10-5 Pa ]

Die anderen Größen der Akustik werden auf ähnliche Weisebehandelt. Die Akustik kennt fast nur Pegel zur Kennzeich-nung der Größen.

Der Schalleistungspegel gibt die Schallenergie an, die eineSchallquelle pro Sekunde abstrahlt. Sie ist eine maschinen-spezifische Größe ( Emissionsgröße ) und kann durch Schall-dämmaßnahmen u.ä. beeinflußt werden.

Mit Hilfe des Schalleistungspegels einer Maschine kann unterBerücksichtigung der Entfernung, der baulicher Gegebenhei-ten und anderer Schallquellen annähernd der Schalldruck-pegel für einen bestimmten Ort berechnet werden. Eine auf-wendige Messung erübrigt sich zum Teil.

12.2.3 Der Schalleistungspegel

197

Schall

Für das menschliche Ohr sind in der Regel nur die Frequen-zen von 16 bis 20000 Hz hörbar. Höhere Frequenzen bezeich-net man als Ultraschall, niedrigere als Infraschall. Der wahr-nehmbare Schalldruck liegt zwischen 10-5 Pa und 100 Pa,wobei ein Schalldruck von 100 Pa fast immer zur sofortigenZerstörung des menschlichen Gehörs führt.

Das menschliche Gehör nimmt die verschiedenen Schalldrückeund Frequenzen nicht mit der gleichen Lautstärke wahr. EineÜbersicht über die vom Menschen wahrnehmbaren Schall-druck- und Frequenzbereiche bietet die Hörfläche. Die untereBegrenzungskurve zeigt die Hörschwelle und die obere Kur-ve die Schmerzschwelle. Den größten Schalldruckbereichnimmt das Ohr bei ca. 1000 Hz wahr.

Der Schalldruck ist eine physikalische Größe und somit meß-technisch erfaßbar. Die Lautstärke, mit der ein Mensch denSchalldruck empfindet, ist einen physiologische Größe, dievom Gehörsinn abhängt.

Der Lautstärkepegel ist eine empirisch ermittelte Größe. InVersuchsreihen wurde das Lautstärkeempfinden verschiede-ner Menschen getestet, und ein Durchschnittswert gebildet.Der Lautstärkepegel wird in Phon angegeben.

Bei 1000 Hz stimmt der Lautstärkepegel mit dem unbewertetenSchalldruckpegel überein. Der Lautstärkepegel ist nicht mitMeßgeräten nachvollziehbar. Aus diesem Grund sind Ver-gleichsmessungen und Berechnungen nicht möglich, bzw. sehrschwierig.

Die akustischen Größen müssen dem Wahrnehmungsver-mögen des menschlichen Ohres so angepaßt werden, daßdie Größen technisch nachvollziehbar sind. Abhängig von derFrequenz wird der reale Schalldruckpegel mit bestimmtenKorrekturwerten der Empfindlichkeit des Ohres angenähert.Für diese Korrekturwerte gibt es international gültige Bewer-tungskurven.

Nachfolgend verschiedene Anwendungsbereiche für unter-schiedliche Bewertungskurven.

A – Bewertungskurve für LN = 30 – 60 Phon.

B – Bewertungskurve für LN = 60 – 90 Phon.

C – Bewertungskurve für linearen Hörbereich.

D – Bewertungskurve für Flugzeuggeräusche.

Ein bewerteter Schallpegel wird durch das Nachsetzen desBuchstabens der Bewertungskurve, wie z.B. dB ( A ), gekenn-zeichnet.

Für die Geräuschmessung für Kompressoren und andereMaschinen wird in erster Linie die A-Bewertungskurve an-gewendet. Die Geräuschmessung nach DIN 45635 benutztA-bewertete Schalldruckpegel.

12.3.1 Der Lautstärkepegel

12.3.2 Bewertete Schallpegel dB ( A )

12.3 Das Schallempfindendes Menschen

Hörschwelle

Schmerzschwelle

Hörfläche

Sch

alld

ruck

peg

el [

dB

]

Frequenz [ Hz ]Bild 12.2 :Die Hörfläche des Menschen

198

Schall

12.3.3 Lautstärke im Vergleich Das folgende Diagramm zeigt neben der Hörfläche einesdurchschnittlichen Menschen, die zwischen der Hörschwelleund der Schmerzschwelle liegt, verschiedene Beispiele fürunterschiedliche Lautstärken.

normale Hörschw

elle

Sch

alld

ruck

peg

el [

dB

]

Schmerzschwelle

Phon

Frequenz [ Hz ]

Das Ticken einer Uhr entspricht einem Schalldruckpegel vonca. 20 dB ( A ).

Normale Umgangssprache in ca. 1 m Entfernung entsprichteinem Schalldruckpegel von ca. 70 dB ( A ).

199

Schall

12.4 Verhalten des Schalls Die Ausbreitung und das allgemeine Verhalten des Schallshängt von verschiedenen Faktoren ab. Dabei muß berücksich-tigt werden, daß die Schalleistung einer Maschine ( Schall-quelle ) konstant bleibt.

Der von einer Schallquelle erzeugte Schalldruck nimmt mitzunehmender Entfernung zwangsläufig ab. Die konstanteSchalleistung einer Schallquelle verteilt sich mit zunehmen-der Entfernung auf eine immer größere Fläche ( Streuung ).Die Form der Schallwelle spielt dabei eine große Rolle. Ma-schinen und Kompressoren strahlen die Schallenergie fastimmer in Form einer Halbkugel ab, da sie üblicherweise auffestem Untergrund stehen.

Der Schalldruckpegel nimmt dann, bezogen auf den Wert in1 m Entfernung, entsprechend der folgenden Tabelle ab :

Diese Anhaltswerte beziehen sich auf eine ungestörte Schall-ausbreitung auf einer freien Fläche. Ein gewisser Reflexions-anteil durch einen normalen, schallharten Boden ist berück-sichtigt.

Beispiel

Ein superschallgedämmter BOGE-SchraubenkompressorS 21 steht in einer großen Halle. Er erzeugt nach DIN 45635einen Schalldruckpegel von 69 dB ( A ). In 10 m Entfernungbeträgt der vom Kompressor erzeugte Schalldruckpegel nurnoch ca. 53 dB ( A ).

Ein Teil des Schalls wird durch Wände u.ä. reflektiert. In Räu-men entsteht durch die Reflexionen ein diffuses Feld unge-richteter Schallwellen. Der allgemeine Schalldruckpegel imRaum wird durch den reflektierten Schall erhöht. Der zurück-geworfene Schall ist auch als Hall bekannt.

Schallharte Materialien mit glatter Oberfläche wie, z.B. Ziegel-wände reflektieren einen großen Teil des einfallenden Schalls.Die Form der Oberfläche beeinflußt die Reflexionen stark. Klei-det man einen Raum mit speziell angeordneten Dämmstoff-pyramiden aus, entsteht ein schalltoter Raum ohne Reflexio-nen. In solchen Räumen werden Schalldruckmessungen u.ä.mit wissenschaftlicher Genauigkeit vorgenommen.

Den nicht reflektierten Rest des Schall absorbieren Wändeoder Gegenstände. Das Material leitet den absorbierten Schallweiter und dämpft ihn. Er wird meist an anderer Stelle wiederan die Luft übertragen. Materialien mit einem hohen Elasti-zitätsmodul, wie z.B. Stahl, leiten Schall sehr gut. Die Dämp-fung ist meist gering.

12.4.1 Entfernung von der Schallquelle

12.4.2 Reflexion und Absorption

Entfernung von der Schallquelle [ m ] 1 2 5 10 25 50 100

Schalldruckpegelminderung [ dB ( A ) ] 0 5 12 16 23 28 32

Bild 12.3 :Schallausbreitung in einem geschlossenen Raum

Reflexionen

direkter Schall

200

Schall

Dämpfung ist die Umwandlung von Schallenergie in Wärme,erzeugt durch die Reibung der Teilchen aneinander. Der Schallwird dabei absorbiert. Eine Dämpfung des Luftschalls erzieltman mittels poröser oder faseriger Absorptionsmaterialien miteinem niedrigen Elastizitätsmodul und einer hohen Flächen-masse ( kg/m² ). Die Dämpfung des Schalls durch entsprechen-de Materialien ist auch vom Frequenzspektrum des Schallsabhängig. Verschiedene Frequenzen werden unterschiedlichstark gedämpft.

Die Dämpfung des Schalls durch die Luft ist stark von derLufttemperatur und der Luftfeuchtigkeit abhängig. Unter nor-malen Umständen wird sie erst ab 200 m Entfernung spürbar.Bei hoher Luftfeuchtigkeit, z.B. bei Nebel, ist die Dämpfunggrößer.

Für die Ausbreitung von Schall in Rohren und Kanälen geltenbesondere Gesetze. Ein strömendes Medium und die Refle-xionen im engen Kanal unterstützt die Ausbreitung des Schalls.Besonders bei der Nutzung der warmen Abluft eines Kom-pressors als Raumheizung, müssen Maßnahmen gegen dieungehinderte Schallausbreitung in den Kanälen getroffen wer-den.

Ausgehend von einem schallgedämmten Kompressor wird einegerichtete Schallwelle in den Abluftkanal eingestrahlt. DerSchall, der hier nicht durch die Schalldämmung reduziert wird,pflanzt sich durch das Kanalsystem fort. Er gelangt unbehin-dert, durch die Belüftungsöffnungen in die beheizten Räume.

Es gibt verschiedene Maßnahmen zur Minderung der Schall-fortpflanzung in Kanälen oder Rohren :

– Längsdämpfung.Die Kanäle werden mit stark absorbierenden Materialienausgekleidet. Dadurch nimmt die Schallenergie und derSchalldruckpegel im Kanal ab.

– Absorptionsschalldämpfer.Ein Teil des Kanals wird locker mit einem schallabsorbie-renden Material ( Steinwolle o.ä. ) gefüllt. Es absorbierteinen großen Teil der Schallenergie, ähnlich wie bei Wän-den. Der große Nachteil dieses Schalldämpfers ist seinhoher Strömungswiderstand. Bei Kanalsystemen ohneeinen großen Abluftventilator ist der Einbau derartigerSchalldämpfer nicht empfehlenswert.

12.4.3 Dämpfung des Schalls

EinfallenderSchall

ReflektierterSchall

AbsorbierterSchall

Schall

Bild 12.4 :Schalldämmung durch Wände

12.4.4 Schallausbreitung in Rohren undKanälen

Bild 12.5 :Absorptionsschalldämpfer mit geraden Kulissen

201

Schall

12.4.5 Schalldruckpegelmehrerer Schallquellen

Stehen mehrere Schallquellen in einem Raum, verstärkt sichder Schalldruckpegel. Je mehr Schallenergie abgestrahlt wird,desto höher ist der Schalldruck. Die empfundene Lautstärkenimmt zu. Die Zusammenhänge sind nicht linear. Sie sind starkvon baulichen Gegebenheiten, dem Schalldruckpegel der ein-zelnen Quellen und dem Frequenzspektrum der Quellen ab-hängig. Daher werden hier, zur Veranschaulichung der Zu-sammenhänge, nur die beiden einfachsten Fälle aufgeführt.

Die hier gemachten Angaben sind nur als Anhaltswerte zubetrachten. Da viele Einflußgrößen unberücksichtigt geblie-ben sind, können die Werte im Einzelfall stark abweichen.

Wenn zwei oder mehrere Schallquellen mit gleichem Schall-druckpegel in einem großen Raum stehen, ist der Zusammen-hang relativ einfach. Die folgende Tabelle gibt die Zunahmedes Gesamtschalldruckpegels ohne Berücksichtigung voneventuellen Reflexionen oder Störgeräuschen an :

Um den Gesamtschalldruckpegel zu erhalten, muß die Zu-nahme des Schalldruckpegels zum Schalldruckpegel der ein-zelnen Schallquelle addiert werden.

Beispiel

Es stehen drei superschallgedämmte BOGE-Schrauben-kompressoren S 21 in einer großen Halle. Jeder erzeugt nachDIN 45635 einen Schalldruckpegel von 69 dB ( A ). Der Ge-samtschalldruckpegel liegt also bei 74 dB ( A ) [ 69 + 5 ].

Der Summenschalldruckpegel Zweier ungleicher Schalldruck-pegel ( L1 u. L2 ) ist mit Hilfe eines Diagramms zu ermitteln.Bei mehreren Schallquellen mit unterschiedlichem Pegel wer-den die Zusammenhänge sehr kompliziert.

Das Diagramm zeigt, um wieviel Dezibel ( ∆∆∆∆∆L ) der höhere derbeiden Schalldruckpegel L1 in Abhängigkeit von der Differenzder beiden Schalldruckpegel ( L1 - L2 ) steigt.

Beispiel

Ein Kompressor mit einem Schalldruckpegel nach DIN 45635von 69 dB ( A ) und ein Kompressor mit einem Schalldruck-pegel von 74 dB ( A ) stehen im selben Raum. Der Gesamt-schalldruckpegel beträgt in diesem Fall ca. 75,3 dB ( A ).[ 74 - 69 = 5 → 74 +1,3 = 75,3 ]

Anzahl der Schallquellen 2 3 4 5 10 15 20

Zunahme des Schalldruckpegels [ dB ( A ) ] 3 5 6 7 10 12 13

12.4.5.1 Mehrere Schallquellenmit gleichem Pegel

12.4.5.2 Zwei Schallquellenmit unterschiedlichem Pegel

∆∆∆∆ ∆L [

dB

(A

) ]

L1 - L2 [ dB ( A ) ]

L1 + L2 →→→→→ L1 + ∆∆∆∆∆L

Bild 12.6 :Schallverstärkung bei zwei Quellenmit unterschiedlichem Pegel

202

Schall

12.5 Auswirkungen von Lärm

Eine Form von Schall ist der Lärm. Dabei handelt es sich umunerwünschte, belästigende oder schmerzhafte Geräusche.Lärm hat verschiedene negative Auswirkungen, die vom Schall-druckpegel des Lärms abhängen :

– Konzentrationsstörungen

– Ein Schalldruckpegel von ca. 70 dB ( A ) führt zur Störungder Sprachkommunikation.

– Ein Schalldruckpegel von 85 dB ( A ) führt erfahrungs-gemäß nach einer 8 Std.-Schicht zu vorübergehender Hör-minderung. Hält diese akkustische Belastung über meh-rere Jahre an, führt sie zu bleibenden Hörschäden.

– Ein Schalldruckpegel von 110 dB ( A ) führt innerhalb vonkurzer Zeit zu Hörminderungen. Hält diese Belastung übermehrere Stunden an, ist mit hoher Wahrscheinlichkeit mitbleibenden Hörschäden zu rechnen.

– Ein Schalldruckpegel von 135 dB ( A ) und mehr führt inden meisten Fällen zur sofortigen Zerstörung des Gehörs.

Bild 12.7 :Gesundheitsschädlicher Lärm

Sch

alld

ruck

peg

el [

dB

( A

) ]

psychischeReaktionenVerärgerungGereiztheit

vegetativeReaktionen

nervöse Wirkungen, Streßsinkende Arbeitsleistungsinkende Konzentration

mechanischeSchäden

Taubheit

HörschädenLärmschwerhörigkeitInnenohrschadennicht mehr heilbar

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

203

Schall

Bei der Geräuschmessung an Kompressoren und ähnlichenMaschinen verwendet man in erster Linie das Hüllflächen-verfahren nach DIN 45635. Andere angewandte Verfahrenarbeiten nach Capi-Pneurop oder PN 8 NTC 2.3. Diese Nor-men schaffen die Vorraussetzungen dafür, daß von Kompres-soren und Maschinen unmittelbar an die umgebende Luftabgestrahlte Geräusche ( Schalleistung ) nach einheitlichenVerfahren ermittelt werden, die dadurch vergleichbar sind.

Geräuschmessungen an Kompressoren und Maschinen die-nen vor allem der Feststellung, ob bezüglich der Geräusch-messung bestimmte Forderungen erfüllt werden. Die ermit-telten Kennwerte sind u.a. geeignet für :

– Vergleich ähnlicher Maschinen.

– Vergleich verschiedener Maschinen.

– Abschätzen des Schalldruckpegels in einiger Entfernung.

– Überprüfung der Geräuschimmission hinsichtlich derLärmschutzverordnungen.

– Planung von Schallschutzmaßnahmen.

Beim Betrieb von Kompressoren treten teilweise Schalldruck-pegel über 85 dB ( A ) auf. Wenn mehrere ungedämmte Kom-pressoren in einem Raum stehen, können auch erheblich hö-here Schalldruckpegel auftreten. Da die Arbeitsschutzgesetzeab 85 dB ( A ) das Tragen von Gehörschutz empfehlen und ab90 dB ( A ) vorschreiben, ist es oft vorteilhaft, schallgedämmteKompressoren aufzustellen.

Schallgedämmte Kompressoren können in Arbeitsplatznäheaufgestellt werden. Das vermeidet Kosten für lange Leitun-gen, separate Kompressorräume und reduziert den Druck-abfall in den Druckluftleitungen.

An die Materialien einer Schalldämmung werden bestimmteAnforderungen gestellt :

– Nicht brennbar.

– Staubunempfindlich.

– Ölunempfindlich.

Zur Schalldämmung bei Kompressoren verwendet man da-her in erster Linie Mineralwolle ( Steinwolle oder Glasseide )und FCKW-freie, schwer entflammbare, selbstverlöschendeSchaumstoffe, die in das Stahlblechgehäuse eingebundenwerden.

Bild 12.8 :Schallgedämmte BOGE Schraubenkompressoren

12.6 Geräuschmessung

12.7 Schalldämmungbei Kompressoren

204

Kosten der Druckluft

13. Kosten der Druckluft

13.1 Zusammensetzungder Druckluftkosten

Die Betriebskosten der Druckluft setzen sich aus drei Fak-toren zusammen :

– Wartungs- und Instandhaltungskosten.Die Wartungskosten setzen sich aus den Lohnkostendes Monteurs, Ersatzteile und Verbrauchsmaterialien wieSchmier- und Kühlöl, Luftfilter, Ölfilter u.ä. zusammen.

– Energiekosten.Die Energiekosten beinhalten die Kosten für Strom bzw.Treibstoff. Sie sind notwendig zum Beheizen des Kompres-sors.

– Kapitaldienst.Der Kapitaldienst beinhaltet die Zinsen und Tilgung des inden Investitionsobjekten ( Kompressor, Aufbereitung undLeitungsnetz ) gebundenen Kapitals. Das sind die Abschrei-bungs- und Zinskosten.

Abhängig von den jährlichen Betriebsstunden sind die Anteileder einzelnen Faktoren unterschiedlich groß. Bei Einschicht-betrieb rechnet man im allgemeinen mit 2000 Bh, bei Zwei-schichtbetrieb mit 4000 Bh und bei Dreischichtbetrieb mit7500 Bh pro Jahr.

Bei der Ermittlung der Kostenanteile wurden Stromkosten von0,25 DM/kWh und eine Abschreibungszeit von 5 Jahren miteinem Zinssatz von 8 % zugrunde gelegt.

Kostenfaktoren Betriebsstunden pro Jahr2000 Bh/J 4000 Bh/J 7500 Bh/J

[ % ] [ % ] [ % ]

Wartung u.Instandhaltung 2 2,5 2,7

Energiekosten 73 84 87

Kapitaldienst 25 13,5 10,3

13.1.1 Anteile der Kostenfaktoren

Es ist deutlich zu erkennen, daß die Energiekosten den größ-ten Kostenfaktor darstellen. Die Wartungs- und Instandhal-tungskosten kann man dagegen weitestgehend vernachläs-sigen und die Kosten für den Kapitaldienst fallen langfristigebenfalls kaum ins Gewicht. Hauptkriterium bei der Anschaf-fung einer Kompressoranlage muß aus diesem Grund derEnergieverbrauch sein.

Eine Aufschlüsselung der Energiekosten finden sie auf derfolgenden Seite.

2000 Bh/J 4000 Bh/J 7500 Bh/J0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

2000 Bh/J 4000 Bh/J 7500 Bh/J

Wartungs- und Instandhaltungskosten

Energiekosten

Kapitaldienst

Bild 13.1 :Zusammensetzung der Druckluftkosten beiverschieden Betriebsstunden pro Jahr

205

Kosten der Druckluft

13.2 Wirtschaftlichkeitsberechnung für Energiekosten

Hersteller BOGE

Bauart Schraubenkompressor

Modell S 40

( 1 ) Liefermenge der Gesamtanlage ( V• ) m³/h 303

nach PN2 CPTC2

Umgebungstemperatur t = 20°C

Betriebsdruck bar 8

( 2 ) elektrischer Leistungsbedarf

des Kompressors kW

des Riemens kW

des Getriebes kW

des Lüfters kW

der Gesamtanlage ( Pe ) kW 31,89

( 3 ) Motorwirkungsgrad ((((( ηηηηη ))))) 92,5

bei Schutzart IP 54

( 4 ) Gesamtleistungs-Aufnahme ( Pi ) kW 34,47

aus dem Stromnetz

Pi = Pe ( 2 ) ××××× 100 / ηηηηη ( 3 )

( 5 ) Strompreis ( k ) €/kWh 0,10

( 6 ) Stromkosten pro Stunde €/h 3,45

K = Pi ( 4 ) ××××× k ( 5 )

( 7 ) Kosten pro m³ Druckluft €/m³ 0,0114

KV = K ( 6 ) / V• ( 1 )

( 8 ) Kosten pro Jahr

Druckluftbedarf ( LB ) m³/h 300

Betriebsstunden pro Jahr Bh 2000

Druckluftbedarf pro Jahr m³ 600000

LB/J = Bh ××××× LB

( 9 ) Gesamtkosten pro Jahr €/Jahr 6840,–

KJ = LB/J ( 8 ) ××××× KV ( 7 )

( 10 ) Mehrkosten pro Jahr

Bei der Berechnung der Energiekosten wurden mögliche Leerlaufanteile nicht berücksichtigt.

206

Anhang

A.1 Symbole

Verdichter allgemein Membran-Verdichter Drehkolben-Verdichter

Flüssigkeitsring-Verdichter Hubkolben-Verdichter Roots-Verdichter

Schrauben-Verdichter Turbo-Verdichter Drehschieber-VerdichterRotations-Verdichter

Fluidfilter allgemeinFilterapparat allgemein

Flüssigkeitsfilter allgemein Gasfilter allgemeinLuftfilter allgemein

Aktivkohlefilter Gas-Sorptionsfilter

A.1.1 Bildsymbole nach DIN 28004

Verdichter und Pumpen

Die folgenden Bildsymbole sind nach DIN 28 004, Teil 3 ge-normt. Es wurden nur die für die Drucklufterzeugung wichtigenTeile der Norm berücksichtigt.Diese Bildsymbole dienen zur einheitlichen Darstellung vonFließbildern verfahrenstechnischer Anlagen.Fließbilder dienen der Verständigung aller Stellen, die an derEntwicklung, Planung, Montage und dem Betrieb von verfah-renstechnischen Anlagen beteiligt sind, sowie der Darstellungdes durchgeführten Verfahrens.

Filter

207

Anhang

Absperrarmatur allgemein Absperr-Durchgangsventil Absperr-Dreiwegeventil

Absperr-Durchgangshahn Dreiwegehahn

Absperrschieber Absperrklappe

Rückschlagarmatur allgemein Rückschlag-Durchgangsventil Rückschlag-Klappe

Armatur mit stetigemStellverhalten

Armatur mit Sicherheitsfunktion

Abscheider allgemein Fliehkraft-, RotationsabscheiderZyklon

SchwerkraftabscheiderAbsetzkammer

Abscheider

Trockner allgemein Kondensatableiter Behälter allgemein

Sonstiges

Armaturen

208

Anhang

Verdichter Vakuumpumpe Druckluftmotor mit einerStrömungsrichtung

Druckluftmotor mit zweiStrömungsrichtungen

einfachwirkender Zylinder, Rück-bewegung durch äußere Kraft

einfachwirkender Zylinder, Rück-bewegung durch Federkraft

doppeltwirkender Zylinder doppeltwirkender Zylinder miteinseitiger, nichteinstellbarerDämpfung

doppeltwirkender Zylinder mitbeidseitiger, einstellbarerDämpfung

A.1.2 Schaltzeichen nach ISO 1219

Energieumformung

Die folgenden Schaltzeichen sind nach ISO 1219 ( 8.78 ) ge-normt. Es wurden nur Ausschnitte aus der Norm berücksich-tigt.Die Schaltzeichen dienen zur Erstellung von pneumatischenund hydraulischen Schaltplänen, die zur Funktionsbeschrei-bung entsprechender Steuerungen und Funktionsanlagengenutzt werden.

Rückschlagventil ohne Feder Rückschlagventil mit Feder gesteuertes Rückschlagventil

Drosselventil mit konstanterVerengung

Drosselventil, verstellbar Drosselrückschlagventil

Sperrventile

Stromventile

209

Anhang

Blendenrückschlagventil Druckbegrenzungsventileinstellbar

Druckregelventil ohne Abfluß-öffnung, einstellbar

2/2-Wegeventilmit Durchfluß-Nullstellung

2/2-Wegeventilmit Sperr-Nullstellung

3/2-Wegeventilmit Sperrnullstellung

3/2-Wegeventilmit Durchfluß-Nullstellung

3/3-Wegeventilmit Sperr-Mittelstellung

4/2-Wegeventil

4/3-Wegeventilmit Sperr-Mittelstellung

5/2-Wegeventil

4/3-WegeventilMittelstellung Arbeitsleitungentlüftet

Wegeventile

Zuschaltventileinstellbar, mit Entlüftung

Druckregelventil mit Abfluß-öffnung, einstellbar

Drosselventilverstellbar, manuell betätigt

Kurzbezeichnug der Anschlüsse

Druckventile

A, B, C Arbeitsleitung

P Druckluftanschluß

R, S, T Abfluß, Entlüftung

X, Y, Z Steuerleitungen

210

Anhang

Druckluftquelle Arbeitsleitung Steuerleitung

Druckanschlußstelle(verschlossen )

LeitungskreuzungLeitungsverbindung ( fest )

Druckanschlußstelle( mit Anschlußleitung )

biegsame Leitung

Auslaß mit Rohranschluß

Pneumatikspeicher

Filter Wasserabscheider, handbetätigt

Trockner Öler

Wasserabscheider mit auto-matischer Entleerung

Filter mit automatischemWasserabscheider

Kühler Wartungseinheit( vereinfachte Darstellung )

Energieübertragung

211

Anhang

Druckmeßgerät Differentialdruckmeßgerät Temperaturmeßgerät

DruckluftmeßgerätStrommesser

DurchflußmeßgerätVolumenmesser

Druckschalter

Durchflußfühler Druckfühler Temperaturfühler

Sonstige Geräte

212

Index

Längen

von x nach • von x nach

mm 0,03937 inch 25,4 mm

m 3,281 foot 0,3048 m

m 1,094 yard 0,914 m

Flächen


mm² 1,55 x 10-3 sq.inch 645,16 mm²

cm² 0,155 sq.inch 6,452 cm²

m² 10,76 sq.ft. 0,0929 m²

Volumen


cm³ 0,06102 cu.inch 16,388 cm³

dm³(Liter) 0,03531 cu.ft. 28,32 dm³(Liter)

dm³(Liter) 0,22 gallon(U.K.) 4,545 dm³(Liter)

dm³(Liter) 0,2642 gallon(US) 3,785 dm³(Liter)

m³ 1,308 cu.yard 0,764 m³

Volumenstrom


l/min 0,0353 cfm 28,3 l/min

m³/min 35,31 cfm 0,0283 m³/min

m³/h 0,588 cfm 1,7 m³/h

Druck


bar(ü) 14,5 psia 0,07 bar(ü)

bar(abs) 14,5+Atm. psig 0,07+Atm. bar(abs)

Kraft


N 0,2248 pound force(lbf) 4,454 N

kW 1,36 HP 0,736 kW

Temperatur


°C (°C x 1,8) + 32 °F (°F -32) / 1,8 °C

Umrechnungstabelle

213

Index

AAbsorption 85

Adsorption 86

Aktivkohle-Adsorber 100

Ansaugfilter 49

Ansaugleistung 38

Anschlußleitung 151

Antriebsmotor 48

ARS 59

Aufbereitung 68

Aussetz-Regelung 54

Aussetz-Regelung, verzögerte 55

Autotronic 60

BBasiseinheiten 6

Belüftung 174Kanalisiert 181Kompressorräume 176Kühlluftkanal 182Künstlich 178Natürlich 177Zuluftkanäle 181

Betriebsraum 169

Betriebszustände 52

Bildsymbole 206

Blaise Pascalsche Gesetz 3

Boyle-Mariottesches Gesetz 7

Brandschutzvorschriften 171

DDruck 10

Druckabfall ∆p 156

Druckbereiche 17

Druckdefinitionen 51

DruckluftAnwendungen 2, 21Anwendungsmöglichkeiten 18Eigenschaften 7Energiekosten 205Filter 93Geschichte 1Kosten 204Qualität 79Verluste 122Verunreinigungen 68, 71Vorteile 14Zusammensetzung 7

Druckluftbedarf 110, 117Gleichzeitigkeitsfaktor 118Mittlere Einschaltdauer 117Zuschläge 121

Druckluftbehälter 142Armaturen 147Aufstellung 173Druckluftspeicherung 142Installation 143Kondensatabscheidung 143Normreihe 129Pulsationsdämpfung 140Volumenbestimmung 129

DruckluftqualitätPlanungshinweise 69

DruckluftverbrauchDüsen 110Farbspritzpistolen 112Gesamt 120Strahldüsen 113Werkzeuge 115Zylindern 114zylindrischen Düsen 111

Drucktaupunkt 73bei Entspannung 78Ermittlung 77

Duotherm-WärmeaustauscherDuotherm BSW 191, 192Kostenersparnis 193

FFilter

Aktivkohle- 99Betriebsdruck 94Druckabfall ∆p 94Micro- 97Steril- 101Vor- 96

Filterabscheidegrad h 93

Filtermechanismen 98

Fluidik 5

Frequenzregelung 57

GGeräuschmessung 203

HHauptleitung 149

Hubvolumenstrom 38

IIsobar 8

Isochor 8

Isotherm 8

KKältetrocknung 83

Kolbenkompressor 37Aufstellungsbeispiel 187Baugruppen 41

Einsatzbereich 125Kühlung 39Regelung 40

Kompressor 24-Schmiermittel 50Aufstellungshinweise 172Bauarten 25Flüssigkeitsring- 32Freikolben- 30Hubkolben- 27Kühlluftstrom V

•K 174

Laufzeit 131Membran- 29Platzbedarf 172Schalldämmung 203Schaltintervall 131Schrauben- 33Stillstandszeit 131Übersicht 26Umgebungstemperatur 170Vielzellen- 31Wärmebilanz 188

Kompressoraufstellung 170

KompressorauslegungKolbenkompressor 133Schraubenkompressor 137

Kompressorauswahl 139

Kompressorverbundsysteme 141

Kondensat 102Entsorgung 171

Kondensatableiter 103

KondensatabscheiderDruckluftbehälter 143Zyklonabscheider 95

Kondensataufbereitung 108

Kondensatmenge 74

KostenDruckluft 204Druckluftverluste 122

Kühlluftstrom V•K

174

LLärm

Auswirkungen 202Geräuschmessung 203

Lastlauf ( L2 ) 53

Lautstärke 198-pegel 197

Leckage 122

Leckagemenge 125Bestimmung 123, 124

Leerlauf ( L1 ) 52

Leerlauf-Regelung 54

Liefermenge 38

Luftfeuchtigkeit 72

214

Index

MMCS 62

Mehrfachanlagen 152

MotorschaltspieleErmittlung 132zulässig 132

NNormen

DIN 28004, Teil 3 206ISO 1219 ( 8.78 ) 208

OÖl-Wasser-Trenner 109

ÖWAMAT 109

PPhysikalische Grundlagen 8

Pneumonik 5

Prüfnachweis 144

Prüfung 145

QQualitätsklassen 79

RRatiotronic 60

Raumheizung 189Wirtschaftlichkeit 190

Regelung 51

Regelungsarten 54, 60

Regeneration 86Externe Warm- 89Interne Warm- 88Kalt- 87Vakuum- 90

Reynoldssche Zahl Re 156Ringleitung 150Rohrinnendurchmessers d

i

Graphische Ermittlung 162Rechnerische Ermittlung 161Spaltendiagramm 163

Rohrlänge, gleichwertig 160Rohrleitung

Dimensionierung 158Kennzeichnung 168Nennweite 159Werkstoff 164

Rohrleitungsnetz 149Druckabfall ∆p 157mit Drucklufttrockner 155ohne Trockner 154

Rohrleitungswerkstoff 164Edelstahlrohre 165Gewinderohre 164Kunststoffrohre 167Kupferrohre 166Nahtlose Stahlrohre 165

SSammelleitung 152

Schädlicher Raum 38

Schall 199

Schallausbreitung 200

Schalldruck 196

Schalleistungspegel 196

Schallempfinden 195

Schallpegel 196Bewertete, dB ( A ) 197

Schaltzeichen 208

Schraubenkompressor 42Aufstellungsbeispiel 186Baugruppen 47Einsatzbereich 127Funktionsweise 43Verdichtungsvorgang 42

SI-System 6

Sicherheitsventil 49, 148

SteuerungARS-Konzept 59

Stichleitung 151

Stillstand ( L0 ) 52

Strömung 13, 156

Stufenlose Leistungsregelung 56

Supertronic 61

TTaupunkt 73

Teillast 53

Teillast-Regelung 56

Temperatur 9

TrocknerAnordnung 91Betriebsbedingungen 81

Trocknung 80Absorption 85Adsorption 86Kältetrocknung 83Membrantrocknung 84Überverdichtung 82

VVakuumpumpen 24

Ventilatoren 24

VerdichterAxial- 35Dynamisch 24Radial- 36Roots- 34Verdränger 24

Verteilerleitung 150, 151

Volumen 9

Volumenstrom V• 11

WWärmeaustauscher 191

Wärmerückgewinnung 188

ZZungenventil 49

Zyklonabscheider 95

kompendiumdruckluftko

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Otto-Boge-Str. 1-7D-33739 [email protected]

Kompendium online: www.drucklufttechnik.de

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drucklufttechnik - >>> IMME 2000 · 6., überarbeitete Auflage 2004 Das vorliegende Buch wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autor und Verlag für die Richtigkeit von