Schraubenverdichter für Druckluft: Funktionsweise, Auswahl und Instandhaltung

Ein Schraubenverdichter für Druckluft verdichtet die Luft kontinuierlich mithilfe ineinandergreifender Schraubenrotoren – ohne Kolben, ohne Ventile, die sich im Takt öffnen und schließen, und ohne notwendige Abkühlzeit zwischen den Betriebsphasen. Diese einfache Mechanik ermöglicht einen Dauerbetrieb mit 100 % Einschaltdauer, einen niedrigeren Geräuschpegel und Instandhaltungsintervalle, die in Tausenden statt Hunderten von Stunden bemessen werden. Dieser Leitfaden erläutert die Technik hinter Schraubenverdichtern, ihre Vorteile gegenüber Hubkolbenverdichtern, die Unterschiede zwischen öl-eingespritzten und ölfreien Ausführungen, eine praxisnahe Auslegungsmethode für die Vorbereitung auf ein Angebot des Herstellers, Instandhaltungsintervalle auf Grundlage von Herstellerdaten und die tatsächlichen Kosten eines Druckluftsystems. Wenn Sie sich für Schraubenverdichter für Druckluft für einen industriellen Prozess interessieren, können Sie mit diesen Informationen gezieltere Fragen stellen und kostspielige Beschaffungsfehler vermeiden.

Funktionsweise von Schraubenverdichtern für Druckluft

Ein Schraubenverdichter schließt Umgebungsluft in einer abgedichteten Kammer zwischen zwei ineinandergreifenden Schraubenrotoren ein – einem männlichen Rotor (üblicherweise mit vier Flanken) und einem weiblichen Rotor (üblicherweise mit sechs Nuten). Während sich die Rotoren drehen, verringert sich das eingeschlossene Volumen schrittweise vom Ansaugende bis zum Austrittsende, wodurch die Luft verdichtet wird. Der gesamte Verdichtungszyklus läuft in einer einzigen, kontinuierlichen Umdrehung ab. Deshalb fördern Schraubenverdichter pulsationsfrei bei konstantem Austrittsdruck. Bei einem öl-eingespritzten Schraubenverdichter (ölüberflutet) wird Schmierstoff direkt in die Verdichtungskammer eingespritzt. Das Öl erfüllt dabei drei Aufgaben: Es dichtet die Zwischenräume zwischen Rotoren und Gehäuse ab, nimmt die Verdichtungswärme auf und schmiert die Kontaktflächen der Rotoren. Anschließend wird das Druckluft-Öl-Gemisch durch ein Ölabscheideelement geleitet, das den Schmierstoffübertrag auf nahezu 3 ppm reduziert, bevor die Luft in das nachgeschaltete System gelangt. Ein Kältetrockner oder Adsorptionstrockner übernimmt die nachgeschaltete Druckluftaufbereitung und entfernt die restliche Feuchtigkeit, um Druckluft in der erforderlichen Qualität bereitzustellen.

Schrauben- oder Kolbenverdichter: Welcher passt zu Ihrer Anwendung?

Die Wahl zwischen einem Schraubenverdichter für Druckluft und einem Hubkolbenverdichter hängt von der erforderlichen Einschaltdauer, Lärmschutzvorgaben und den Betriebskosten ab. Kolbenverdichter sind in der Anschaffung günstiger. Dieser Vorteil schwindet jedoch schnell, wenn Ihr Betrieb täglich mehr als einige Stunden Druckluft benötigt. Fachleute in Branchenforen berichten immer wieder von einem typischen Anfängerfehler beim Wechsel von Kolben- auf Schraubenverdichter: der Annahme, dass ein Schraubenverdichter ebenso häufig takten kann wie ein Kolbenaggregat. Schraubenverdichter müssen bei jedem Betrieb mindestens eine Stunde lang ihre Betriebstemperatur (über 170-205F) erreichen, damit das interne Wasser verdampft. Häufige kurze Betriebsphasen bei niedrigen Temperaturen führen zu Rostbildung, Schmierstoffverschmutzung und vorzeitigem Verschleiß des Verdichterblocks – eine Verschleißart, die den meisten Nutzern von Kolbenverdichtern unbekannt ist.

Öl-eingespritzte und ölfreie Schraubenverdichter

Die Wahl zwischen einem öl-eingespritzten und einem ölfreien Schraubenverdichter hängt von weiteren Faktoren ab, die bestimmen, für welche Anwendungen und Anforderungen an die Druckluftqualität sich ein System eignet. Für die meisten allgemeinen Industrieanwendungen sind öl-eingespritzte (ölüberflutete) Modelle vorzuziehen, da der eingespritzte Schmierstoff folgende Vorteile bietet: bessere Abdichtung, bessere Kühlung und eine längere Lebensdauer des Verdichterblocks. Ölfreie Verdichter kommen ohne Öl in der Verdichtungskammer aus, sind jedoch teurer und stellen andere Anforderungen an die Instandhaltung. Die Reinheitsklassen für den Partikel-, Wasser- und Ölgehalt von Druckluft sind in der Norm ISO 8573-1:2010 festgelegt. Beispielsweise werden für Luft der 1. Klasse 0 noch strengere Grenzwerte für Ölverunreinigungen als für Klasse 1 angegeben – diese werden durch ölfreie Verdichtung erreicht; bei industriellen Anwendungen, die keinerlei Ölspuren zulassen, wird jedoch keine Luft der oberen Klasse 0 verwendet. Ein öleingespritzter Verdichter liefert dieselbe Luftqualität bei geringeren Investitions- und Betriebskosten.

Schraubenverdichter für Druckluft richtig für Ihren Betrieb auslegen

Eine unterdimensionierte Anlage führt zu Druckabfällen und einer unzureichenden Versorgung pneumatischer Werkzeuge. Eine überdimensionierte Anlage bindet unnötig Kapital und zwingt den Verdichter zu einem ineffizienten Teillastbetrieb. Für eine einfache Auslegung ermitteln Sie zunächst den tatsächlichen Druckluftbedarf nach Abzug der Gleichzeitigkeitsfaktoren und leiten daraus die benötigte Motorleistung ab.

Auslegung in 4 Schritten

1. Erfassen Sie alle pneumatischen Werkzeuge und Prozesse. Ermitteln Sie für jedes Werkzeug den Volumenstrom in cfm und den Betriebsdruck (PSI). Diese Angaben finden Sie auf dem Typenschild oder in den technischen Datenblättern der Hersteller.
2. Berechnen Sie den gleichzeitigen Bedarf – es ist nicht die gesamte Maschinenanlage gleichzeitig in Betrieb. Verwenden Sie für allgemeine Fertigungsbetriebe einen Gleichzeitigkeitsfaktor von 0,6-0,8, um den Spitzenbedarf in cfm zu berechnen.
3. Planen Sie 25-30 % Reserve ein – für künftige Erweiterungen, den Leistungsabfall des Verdichters und kurzfristige Spitzen über dem errechneten Durchschnittsbedarf.
4. Rechnen Sie Kubikfuß pro Minute (cfm) in horsepower um. Verwenden Sie dazu die nachstehende Referenztabelle. Ein Schraubenverdichter erreicht bei 100 psi etwa 4 bis 5 cfm pro hp; bei 125 psi sind es eher 3,5-4 cfm pro hp.

Wenn der Druckluftbedarf im Laufe einer Schicht schwankt, wie es bei Chargenbetrieb, auf Baustellen oder in Karosseriewerkstätten häufig der Fall ist, passt ein drehzahlgeregelter Schraubenverdichter für Druckluft die Motordrehzahl dem tatsächlichen Bedarf an. Verdichter mit fester Drehzahl schalten zwischen Last- und Leerlaufbetrieb um und verschwenden bei Teillast Energie. Verdichter mit variabler Drehzahlregelung (VSD) passen die Rotordrehzahl kontinuierlich an und liefern nur den vom System benötigten Volumenstrom.

Instandhaltung, Öl und Lebensdauer

Die Instandhaltung von Schraubenverdichtern erfolgt in festgelegten Intervallen auf Grundlage der Betriebsstunden, nicht nach Kalendertagen. Die nachstehenden Intervalle wurden aus mehreren Handbüchern der Hersteller zusammengestellt. Anwendungsbedingungen wie Umgebung, Öltyp und Förderaufgabe können die vom Hersteller empfohlenen Instandhaltungsintervalle jedoch verändern. Prüfen Sie alle aufgeführten Intervalle anhand der Herstellerunterlagen. Das Öl für Schraubenverdichter (auch Verdichterschmierstoff oder Kühlmittel genannt) dient in ölüberfluteten Systemen dazu, den Verdichterblock abzudichten, zu kühlen und zu schmieren. Die Hersteller liefern ihre Maschinen üblicherweise mit Mineralöl aus und bieten anschließend eine synthetische Alternative an, die längere Ölwechselintervalle und eine bessere thermische Stabilität ermöglicht. Je nach Hersteller kommen unterschiedliche Öle zum Einsatz; außerdem erfordern verschiedene Anwendungen unterschiedliche Additivpakete und Viskositäten. Mischen Sie Öle unterschiedlicher Typen oder Marken nicht ohne vorherige Ölspülung. Andernfalls droht chemische Unverträglichkeit, die den Verschleiß erhöhen und den Wirkungsgrad verringern kann.

Gesamtbetriebskosten und Energieeffizienz

Der Anschaffungspreis eines Schraubenverdichters für Druckluft macht mit 10-15 % nur einen kleinen Teil der tatsächlichen Gesamtbetriebskosten über die durchschnittliche Lebensdauer von 10 Jahren aus. Laut dem Programm U.S. DOE ENERGY STAR entfallen 76 % der Lebenszykluskosten eines Druckluftkompressors auf Strom; auf Abschreibung, Installation, Instandhaltung und Gemeinkosten entfallen die verbleibenden 19 %. Die restlichen 10-15 % umfassen die Instandhaltung. Aufgrund dieser Kostenstruktur hat die Energieeffizienz oberste Priorität – sie ist 5-7-mal wichtiger als die Aushandlung des optimalen Anschaffungspreises. Verfügbaren Daten zufolge sind Druckluftsysteme in den USA für erhebliche 10 % des gesamten industriellen Stromverbrauchs verantwortlich – das entspricht jährlich 8.8 TWh. In einzelnen Betrieben kann der Anteil ein Vielfaches davon betragen und möglicherweise 30 % oder mehr des gesamten Stromverbrauchs ausmachen. Drehzahlgeregelte Verdichter mit variabler Drehzahl (VSD) senken den Energieverbrauch, indem sie die Motordrehzahl anpassen, statt sich je nach aktuellem Druckluftbedarf ein- und auszuschalten. Bei einer Auslastung von etwa 30-80 % kann ein VSD im Vergleich zu Anlagen mit fester Drehzahl und Last-Leerlauf-Regelung 25-35 % Energie einsparen. VSD ist jedoch nicht immer die beste Lösung: Wie jeder Installateur und Konstrukteur von Schraubenverdichtern weiß, gibt es für jedes Rotordesign einen optimalen Bereich für Umfangs- und Rotordrehzahl. Wird dieser Bereich deutlich unter- oder überschritten, kann der isentrope Wirkungsgrad sinken. Bei vorhersehbarem, gleichmäßigem Bedarf nahe der vollen Förderleistung kann ein ausreichend dimensionierter Verdichter mit fester Drehzahl tatsächlich energieeffizienter sein als ein VSD-Aggregat. Prüfen Sie Druckluftsysteme für ein Greenfield- oder Brownfield-Projekt? Entdecken Sie die Schraubenverdichter von PanGeng mit integriertem Drucklufttrockner und Optionen zur Drehzahlregelung, um die Gesamtbetriebskosten direkt zu beeinflussen.

Häufig gestellte Fragen