Druckerhöhungsverdichter oder Druckluftkompressor: Unterschiede

Wer für industrielle Anwendungen Druckluft oder Erdgas einsetzt, muss den Unterschied zwischen einem Druckerhöhungsverdichter und einem herkömmlichen Druckluftkompressor kennen, um Wirksamkeit und Effizienz bestmöglich auszuschöpfen. Beide spielen eine wichtige Rolle beim Betrieb von Druckluftwerkzeugen, Prozessen und Maschinen. Dennoch haben bestimmte Systeme aus mechanischer Sicht klare Vorteile. Dieser Beitrag beleuchtet die Unterschiede und hilft Ihnen einzuschätzen, welches System sich für die jeweilige Betriebssituation am besten eignet. Wenn Sie eine Anlage erweitern oder neu planen, erhalten Sie außerdem wichtige Informationen für eine ausgewogene Entscheidung.

Verdichter verstehen

Verdichter sind mechanische Geräte, die mit unterschiedlichen Verdichtungssystemen Luft oder Gas auf ein höheres Druckniveau bringen. Sie kommen in Industrie und Gewerbe ebenso wie in Privathaushalten zum Einsatz. Vor allem treiben sie Maschinen an und stellen in verschiedenen Anwendungen Druckluft oder Gas unter hohem Druck bereit. Je nach Anforderungen an Volumenstrom und Verdichtungsverhältnis unterscheidet man grundsätzlich zwischen Verdrängungsverdichtern und dynamischen Verdichtern. Verdrängungsverdichter wie Hubkolben- und Schraubenverdichter schließen Luft in einem Arbeitsraum ein und verdrängen sie anschließend in einen kleineren Raum. Dynamische Verdichter wie Kreiselverdichter beschleunigen die Luft durch Zentrifugalkraft und erhöhen dadurch ihren Druck und ihre Geschwindigkeit.

Definition eines Verdichters

Ein Verdichter ist eine Maschine, die den Druck von Gasen erhöht, indem sie deren Volumen mithilfe einer von zwei gängigen Methoden verringert: Verdrichtung oder dynamische Verdichtung. Ein herkömmlich aufgebauter Verdichter besteht aus mehreren Hauptsystemen: einer Verdichtungskammer, einer Antriebseinheit (Motor oder Elektromotor), Kühlsystemen und einer Steuerung. Aufgrund der vielfältigen Einsatzbereiche und ihrer Bedeutung für die Industrie werden viele Verdichter zudem mit modernen Werkstoffen und Fertigungstechniken hergestellt. Zu den wichtigsten Leistungsmerkmalen für den Einsatz vom Haushalt bis zur Industrie zählen das Druckverhältnis, das Volumenverhältnis und der spezifische Energieverbrauch.

Verdichtertypen

Wichtige Unterschiede zwischen Druckerhöhungsverdichtern und Druckluftkompressoren

Druckerhöhungsverdichter und Druckluftkompressoren

Der wesentliche Unterschied zwischen Druckluftkompressoren und Druckerhöhungsverdichtern liegt in ihrer Auslegung und Anwendung. Ein Druckluftkompressor verdichtet Luft oder Gas für zahlreiche grundlegende Anwendungen und liefert dabei in der Regel einen niedrigen bis mittleren Austrittsdruck. Ein Druckerhöhungsverdichter dagegen erhöht den Druck, den ein herkömmlicher Verdichter bereitstellt, und ist speziell für diese Funktion bei höherem Druck ausgelegt.

Druckerhöhungsverdichter kommen bei Anwendungen zum Einsatz, die häufig höhere Drücke erfordern, als herkömmliche Druckluftkompressoren bereitstellen. Typische Beispiele sind die Zerspanung, das Blasen von Getränkebehältern, auch PET-Flaschenherstellung genannt, und das gasunterstützte Spritzgießen. Sie werden außerdem für den Transport bestimmter reaktiver oder hochreiner Gase eingesetzt. Druckluftkompressoren eignen sich dagegen vor allem für viele einfache Aufgaben wie den Betrieb von Druckluftwerkzeugen, die Maschinenreinigung und das Spritzlackieren. Beide sind entscheidend für einen effizienten Betrieb der jeweiligen Systeme.

Druckniveaus und Anwendungen

Je nach eingesetztem Druckluftkompressor können Druckerhöhungsverdichter deutlich höhere Drücke erzeugen als herkömmliche Druckluftkompressoren. Ein Druckerhöhungsverdichter kann den Druck auf bis zu 10.000 psi und darüber steigern. Das ist für Anwendungen mit extrem hohen Druckanforderungen erforderlich, etwa für hydrostatische Prüfungen, die PET-Herstellung und Gasabfüllanlagen. Druckluftkompressoren für Privathaushalte und kleine Baumärkte arbeiten dagegen meist im niedrigen bis mittleren Druckbereich von etwa 90 bis 175 pounds per square inch. Sie eignen sich für Druckluftwerkzeuge, Lackierarbeiten und andere Anwendungen mit niedrigen bis mittleren Anforderungen, etwa im Bauwesen.

Druckerhöhungsverdichter verfügen über fortschrittliche Funktionen, mit denen sich die Gasverdichtung in Bereichen steuern lässt, in denen sauberes Gas besonders wichtig ist, etwa in der Medizin und im Labor. Druckluftkompressoren sind dagegen vielseitig einsetzbar und daher für die meisten Fertigungs- und Bauprozesse geeignet. Bei beiden Verdichtertechnologien haben Ingenieure und Bediener zudem Vorteile beim Energieverbrauch festgestellt, was in der modernen Fertigung zunehmend wichtig ist. Bei der Auswahl des passenden Verdichtertyps muss auch berücksichtigt werden, in welchem Maß die jeweilige Bauart den Druck erhöht.

Funktionsweise: Drehkolben- und Kolbenverdichter

Drehkolben und Drehschieber sind die zentralen Bauteile von Drehkolben-Druckluftkompressoren. Sie sind vor allem dafür bekannt, bei Volllast einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen. Zahnrad-, Drehkolben- und Schraubenverdichter können einen konstanten Druck und Volumenstrom bereitstellen. Das ist für den Betrieb dieser Aggregate in Fabriken besonders nützlich. Zahnrad-, Drehkolben- und Schraubenverdichter bieten den Vorteil, dass sie eine gleichmäßige Förderleistung aufrechterhalten können, sodass es in Fabriken zu keinen Einbußen kommt.

Kolbenverdichter arbeiten dagegen nach dem Hubkolbenprinzip: Ein Kolben bewegt sich im Zylinder hin und her und verdichtet dabei die Luft. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, die in begrenzten Bereichen zeitweise einen hohen Druck erfordern, etwa in der Automobilindustrie oder bei mobilen Einsätzen. Kolbenverdichter sind robust und können höhere Drücke erreichen als Drehkolbenverdichter. Aufgrund ihrer Bauweise, insbesondere der Kolben und der anderen hin und her bewegten Bauteile, sind sie jedoch laut und müssen häufig instand gehalten werden.

Um die Funktionsweise dieser beiden Bauarten richtig einzuschätzen, müssen ihre jeweiligen Stärken und Schwächen im Hinblick auf die industriellen Anforderungen berücksichtigt werden. Fortschritte bei Konstruktionswerkstoffen, Schmiersystemen und der Präzisionsfertigung eröffnen neue Möglichkeiten, sowohl Kolben- und Drehkolbenverdichter als auch Scrollverdichter zu verbessern. Dadurch sind Verdrängungsverdichter beider Bauarten für viele industrielle Anwendungen unverzichtbar.

Wirkungsgrad und Energieverbrauch

Energieverbrauch und Betriebsverhalten von Druckerhöhungsverdichtern und Druckluftkompressoren hängen im Wesentlichen von ihrer Funktionsweise und ihrem Einsatzzweck ab. Druckerhöhungsverdichter erhöhen den Druck von Druckluft oder Gas auf ein höheres Niveau und verbrauchen dabei häufig mehr Strom, weil sie große Druckänderungen bewältigen müssen. Moderne Elektromotoren und Antriebe wie Frequenzumrichter (VFDs) ermöglichen jedoch eine effiziente Regelung. So lässt sich bei schwankendem Bedarf unnötiger Energieverbrauch verringern. Je nach Bauart und Betriebsbedingungen erreichen viele dieser Maschinen weiterhin einen Wirkungsgrad zwischen 85 % und 92 %.

Druckluftkompressoren decken ein breites Einsatzspektrum ab. Ihr Energieverbrauch und Wirkungsgrad hängen von der Bauart ab, etwa Hubkolben-, Schrauben- oder Kreiselverdichter. Schraubenverdichter zeichnen sich durch ihren Wirkungsgrad im Dauerbetrieb aus: Mit Energierückgewinnungssystemen erreichen sie etwa 90 %. Die Weiterentwicklung der Verdichtertechnik hat außerdem intelligente Steuerungen und vorausschauende Instandhaltungssoftware hervorgebracht. Der Einsatz solcher Systeme hat in der Industrie und anderen Bereichen zu erheblichen Energieeinsparungen geführt.

Anwendungen von Druckerhöhungsverdichtern

Druckerhöhungsverdichter sind unverzichtbar, wenn in industriellen Prozessen ein erhöhter Druck aufrechterhalten oder weiter gesteigert werden muss. In der Öl- und Gasindustrie kommen sie insbesondere hinter Pumpen in Anlagen zur Druckerhöhung in Rohrleitungen zum Einsatz. Auch bei der PET-Flaschenherstellung spielen sie eine wichtige Rolle: Sie stellen den höheren Druck für das Blasformen bereit. In der Schneidtechnik werden diese Verdichter vor allem beim Laserschneiden eingesetzt, wenn der Hochdruckstrom von Luft oder Gas geregelt werden muss. Für solche Aufgaben eignen sich Anlagen, die hohen Drücken standhalten, etwa in der Öl- und Gasindustrie.

Industrielle Anwendungen von Druckerhöhungsverdichtern

1. 01
   Öl- und Gasindustrie

   Bei Rohrleitungssystemen für den Kurzstreckentransport kommen keine Druckerhöhungsverdichter zum Einsatz, bei Verdichterstationen für den Ferntransport dagegen schon. Diese Verdichter halten den Betriebsdruck bei bis zu 1500 psi und ermöglichen so auch über lange Strecken einen zuverlässigen Gastransport.

2. 02
   PET-Flaschenherstellung

   In der Kunststoffindustrie, insbesondere bei der Herstellung von PET-Flaschen, gilt der Einsatz von Druckerhöhungsverdichtern in einer nachgeschalteten Blasstufe als Standard. Sie helfen dabei, die Flaschen präzise zu formen, und arbeiten üblicherweise bei Drücken zwischen 350 psi und 600 psi.

3. 03
   Laserschneidanlagen

   Druckerhöhungsverdichter werden in Präzisionslaserschneidanlagen eingesetzt. Sie stellen den Hochdruckstrom von Sauerstoff oder Stickstoff bereit, der zum Schneiden von Metallen und Baustoffen benötigt wird. Ihr typischer Förderdruck liegt zwischen 200 psi und 400 psi.

4. 04
   Luft- und Raumfahrtprüfungen

   In der Luft- und Raumfahrt kommen Druckerhöhungsverdichter unter anderem bei Prüfungen von Kraftstoffsystemen und Hydraulikkomponenten sowie zur Sicherung der strukturellen Integrität zum Einsatz. Bei den meisten Prüfverfahren müssen Drücke von bis zu 3.000 psi erzeugt werden, um eine realitätsnahe oder anderweitig verlässliche und sichere Kalibrierung zu gewährleisten.

5. 05
   Automobilindustrie

   Diese Verdichter sind auch in der Automobilindustrie von großer Bedeutung: Sie treiben pneumatisch betriebene Geräte an und werden für Bremsprüfungen eingesetzt. Der Betriebsdruck liegt je nach Anwendung in der Regel zwischen 100 psi und 250 psi.

6. 06
   Chemische Industrie und Raffinerien

   Weitere anspruchsvolle Anwendungen für Druckerhöhungsverdichter finden sich in der chemischen Industrie und in Raffinerien. Dort werden beispielsweise atmosphärische Gase wie Wasserstoff, Stickstoff oder Kohlendioxid aus bestimmten Gründen verdichtet. Die geforderten Spitzenleistungen können Drücke in der Größenordnung von 5.000 psi erfordern.

Einsatz in der Stickstofferzeugung

Druckerhöhungsverdichter sind für Stickstofferzeugungsanlagen unverzichtbar. Sie übernehmen eine besonders wichtige Funktion, wenn hochreiner Stickstoff unter hohem Druck benötigt wird. Zur Stickstofferzeugung wird Stickstoff mithilfe der Membrantechnik oder der Druckwechseladsorption (PSA) aus der Umgebungsluft abgetrennt. Anschließend erhöht der Druckerhöhungsverdichter den Stickstoffdruck, damit die Betriebsanforderungen von Anwendungen erfüllt werden, bei denen etwa Rohrleitungen gespült, chemische Oxidation durch Schutzgas verhindert oder andere anspruchsvolle Fertigungsprozesse unterstützt werden müssen.

Je nach Anwendung wird Stickstoff üblicherweise mit einem Druck zwischen 300 psi und 4.500 psi bereitgestellt. Zudem wurden in der Vergangenheit erhebliche Anstrengungen unternommen, bestehende Verdichtungstechnik energieeffizienter zu machen und den Volumenstrom besser zu regeln. Dabei wird auch der Energieverbrauch der eingesetzten Stickstofferzeugungsanlagen berücksichtigt. Diese Entwicklungen sind besonders wichtig für die Luft- und Raumfahrt, die Elektronikindustrie und die Lebensmittelverpackung, wo eine bestimmte Stickstoffqualität aus betrieblichen und sicherheitstechnischen Gründen erforderlich ist.

Vorteile eines Druckerhöhungsverdichters

Anwendungen von Druckluftkompressoren

Druckluftkompressoren werden in vielen Branchen eingesetzt, weil sie wirksam sind und sich vielseitig nutzen lassen. Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen zählen:

• Fertigung — Antrieb von Druckluftwerkzeugen und Anlagen sowie Versorgung von Steuerleitungen und Geräten an Förderbändern usw.
• Bauwesen — Betrieb schwerer Werkzeuge wie Druckluftkompressoren, Abbruchhämmer und Airbrushes.
• Automobilindustrie — Unterstützung beim Aufpumpen von Reifen und bei Hebearbeiten sowie beim Spritzlackieren und der Fahrzeugaufbereitung.
• Gesundheitswesen — Bereitstellung medizinischer Druckluft für Beatmungsgeräte und medizinische Eingriffe sowie für Reinigungsverfahren.
• Lebensmittel und Getränke — Einsatz in Prozessen wie Verpacken, Abfüllen, Erhaltung einer ansprechenden Umgebung und Reinigung.
• Energiesektor — Unterstützung sämtlicher Betriebsabläufe, darunter Exploration, Bergbau, nachgelagerte und vorgelagerte Prozesse sowie die Instandhaltung von Rohrleitungen.

Diese Anwendungen zeigen, wie wichtig Druckluftkompressoren sind, damit verschiedenste Tätigkeiten wirtschaftlich durchgeführt werden können.

Druckluftkompressoren: Schrauben- und Kolbenverdichter im Vergleich

Vorteile von Druckluftkompressoren

1. 01
   Energieeffizienz

   Viele moderne Verdichter sind auf einen besonders rationellen Energieeinsatz ausgelegt, vor allem bei Anwendungen mit hohem Volumenstrom. Frequenzgeregelte Verdichter mit drehzahlvariablem Antrieb (VSD) passen beispielsweise die Motordrehzahl bedarfsgerecht an und können den Energieverbrauch im Vergleich zu Modellen mit fester Drehzahl um 35 % senken.

2. 02
   Vielseitigkeit

   Druckluftkompressoren versorgen eine Vielzahl pneumatischer Werkzeuge und Geräte, darunter Schlagschrauber, Farbspritzpistolen und Druckluftnagler. In Unternehmen der Fertigungsindustrie, im Bauwesen, in der Kfz-Reparatur und verwandten Branchen sind sie unverzichtbar.

3. 03
   Hohes Leistungsgewicht

   Es ist vielfach belegt, dass meine Verdichtungswerkzeuge im Vergleich zu mehreren anderen Antriebsarten sehr effizient sind. Das erklärt, warum Beschäftigte diese Werkzeuge sehr schätzen: Sie nehmen ihnen einen Großteil der körperlichen Belastung ab und sorgen zugleich für mehr Beweglichkeit beim Arbeiten.

4. 04
   Robustheit und lange Lebensdauer

   Tatsächlich geben fast alle technischen Datenblätter für industrielle Druckluftkompressoren an, dass sie bei gutem Zustand bis zu 20 Jahre oder länger eingesetzt werden können. Ein Beispiel sind ölgeschmierte Schraubenverdichter, die auf eine lange Lebensdauer und hohe Leistung ausgelegt sind – Eigenschaften, die in jeder Industrieumgebung mit Druckluftbedarf wichtig sind.

5. 05
   Langfristige Wirtschaftlichkeit

   Auch wenn die Anschaffung hocheffizienter Druckluftkompressoren zunächst teuer sein kann, fallen die Gesamtkosten dank geringerer Ausgaben für Instandhaltung und Reparaturen sowie Einsparungen im Betrieb deutlich niedriger aus. Investieren Sie mit solchen wirtschaftlichen Lösungen sinnvoll in den Bedarf Ihres Industriebetriebs.

6. 06
   Sicher im Betrieb

   Herkömmliche Industrieanlagen sind für die Gefahrenbereiche von Raffinerien in der Regel ungeeignet. Pneumatische Geräte lassen sich dort sicher installieren, da sie keine Funken erzeugen und keine Gase freisetzen. Deshalb werden sie häufig in der Erdöl- und Chemieindustrie eingesetzt.

Faktoren bei der Auswahl

1. 1
   Druckanforderungen

   Wenn Ihre Anlage für den Betrieb einen leistungsstärkeren Druckerhöhungsverdichter als einen herkömmlichen Druckluftkompressor benötigt, ist ein Druckerhöhungsverdichter die beste Lösung. Druckluftkompressoren kommen üblicherweise bei Anwendungen zum Einsatz, deren Druckanforderungen nicht besonders hoch sind.

2. 2
   Anwendungsspezifische Anforderungen

   Für ein breiteres Anwendungsspektrum, etwa die Herstellung von PET-Flaschen, das Laserschneiden oder die Gasverdichtung, eignen sich Druckerhöhungsverdichter besser; Druckluftkompressoren wären hier ineffizient. Druckluftkompressoren werden dagegen hauptsächlich für Tätigkeiten wie den Betrieb pneumatischer Werkzeuge oder allgemeine Industrieprozesse eingesetzt.

3. 3
   Energieeffizienz

   Beim Vergleich sollten auch der Energieverbrauch und der Umfang des Betriebs berücksichtigt werden. Druckerhöhungsverdichter eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen der Druck zeitweise auf hohe Werte steigt und anschließend wieder auf den Normaldruck absinkt. Druckluftkompressoren sind bei Anwendungen mit niedrigem bis mittlerem Druck im Vorteil, wenn der Druck weitgehend konstant bleibt.

4. 4
   Installations- und Instandhaltungskosten

   Druckerhöhungsverdichter sind aufgrund ihrer speziellen Funktion in der Regel teurer als Druckluftkompressoren. Berücksichtigen Sie bei der Bewertung die Reparatur- und Ersatzkosten über die gesamte Nutzungsdauer sowie den Komplexitätsgrad Ihrer Arbeit.

5. 5
   Systemkompatibilität

   Achten Sie darauf, dass sich das ausgewählte Gerät problemlos in die vorhandenen Systeme integrieren lässt. Druckerhöhungsverdichter verdichten die Druckluft eines herkömmlichen Druckluftkompressors weiter und erhöhen so deren Druck. Sie eignen sich daher, wenn eine zusätzliche Verdichtung erforderlich ist und das bestehende System einen Teil des Bedarfs weiterhin decken kann.

Spezifische Anforderungen der Anwendung

Bei der Wahl zwischen Druckerhöhungsverdichtern und Druckluftkompressoren sind einige Punkte sorgfältig zu prüfen. An erster Stelle stehen die technischen Anforderungen des Systems, in dem Druckluft oder ein Gas verdichtet wird. Druckerhöhungsverdichter kommen beispielsweise bei der Herstellung von PET-Flaschen, bei Hochdruckprüfungen und in anderen Anwendungen zum Einsatz. Sie erfüllen dort spezielle Aufgaben und können den Druck gezielt erhöhen. Druckluftkompressoren eignen sich hingegen für viele allgemeine technische Anwendungen mit niedrigem bis mittlerem Druckbedarf, etwa zum Antrieb pneumatischer Systeme oder für Klimaanlagen.

Berücksichtigen Sie die Betriebsbedingungen, den erforderlichen Lastzyklus und die Spitzenlast. Druckerhöhungsverdichter arbeiten häufig intermittierend und eignen sich daher für Prozesse mit kurzfristig hohem Druckluftbedarf. Bei Prozessen mit kontinuierlichem oder gleichmäßigem Druckluftstrom sind dagegen Druckluftkompressoren besser geeignet, da sie über längere Zeiträume betrieben werden können. Wenn Sie den Gesamtzusammenhang berücksichtigen, lässt sich die Auslegung an die technischen und betrieblichen Anforderungen des Betreibers anpassen, um Verschwendung zu vermeiden und die geforderte Leistung zu erreichen.

Platzbedarf und Installationsanforderungen

Für die optimale Installation eines Druckluftkompressors müssen unabhängig vom Grundriss und der geplanten Geräteanordnung ausreichend Platz für das Fundament und den Betrieb vorgesehen werden. Der Druckluftkompressor sollte in einem temperaturgeregelten, gut belüfteten Raum stehen, damit der Motor während des Betriebs nicht überhitzt. Außerdem muss um das Gerät herum genügend Platz für die Instandhaltung gemäß den vom Hersteller vorgegebenen Mindestabständen vorhanden sein.

Bei großen stationären Verdichtern kommt es vor allem auf die Qualität des Fundaments an. Ein Stahlbetonboden bietet eine stabile, vibrationsarme Aufstellfläche, die auch zur Verringerung von Lärm und Maschinenverschleiß beiträgt. Zu berücksichtigen ist außerdem die Verlegung elektrischer Leitungen und Rohrleitungen im Raum, um den Stromverbrauch möglichst gering zu halten. Schwingungsdämpfer und flexible Schläuche können das System zusätzlich stabilisieren und kleine Bewegungen oder Ausdehnungen der Rohrleitungen aufnehmen.

Nicht zuletzt müssen bei der Festlegung des Installationsbereichs die örtlichen Sicherheitsvorschriften und Richtlinien eingehalten werden. Dabei sind unter anderem der Geräuschpegel, die Luftverschmutzung und der Abstand des Systems zu anderen wichtigen Arbeitsbereichen zu berücksichtigen. So wird sichergestellt, dass das System den Gesundheits- und Umweltvorschriften entspricht und die Produktivität unterstützt.

Quellen

Häufig gestellte Fragen