Leitfaden für Schraubenkompressoren: Funktionsweise, Typen, Größen und Kauftipps

Bevor Sie ein weiteres Kompressorangebot genehmigen, überprüfen Sie den Betriebsstundenzähler der Einheit, die Ihre Anlage in den letzten vier Jahren versorgt hat. Wenn er über 20.000 Betriebsstunden absolviert hat und immer noch seinen Solldruck hält, sehen Sie sich den Grund an, warum die meisten Fabriken Rotationsschrauben-Luftkompressoren gegenüber Kolbenmaschinen bevorzugen. Wenn der Kompressor ständig läuft, Öl austritt oder Ihr Energiebudget aufgebraucht ist, liegt das Problem normalerweise nicht an der Marke des Kompressors, sondern an der Diskrepanz zwischen der Maschine und dem Bedarf. Um den nächsten Kauf richtig zu machen, kommt es auf drei Dinge an: zu verstehen, wie die Maschine Luft komprimiert, zwischen öleingespritzter und ölfreier Konstruktion zu wählen und Kapazität und Steuerung an das tatsächliche Nachfrageprofil anzupassen.

So funktioniert ein Schraubenkompressor

Ein Schraubenkompressor ist eine Verdrängermaschine, die Luft durch die Drehung zweier ineinandergreifender Schraubenrotoren in einem Präzisionsgehäuse komprimiert. Die männlichen Rotorlappen greifen in die Nuten des weiblichen Rotors ein. Luft tritt durch die Einlassöffnung ein, wird in den Zwischenräumen zwischen den Rotorflanken eingeschlossen und beim Drehen der Rotoren nach vorne transportiert. Da das Ineinandergreifen der Rotoren das eingeschlossene Volumen kontinuierlich verringert, wird die Luft vom atmosphärischen Druck auf den Auslassdruck verdichtet, bevor sie durch die Auslassöffnung austritt.

Das Fehlen von Ventilen, Kolbenringen und hin- und hergehenden Teilen macht das Schraubenelement von Natur aus zuverlässig. Es gibt keine unausgeglichene Masse, die Vibrationen erzeugen könnte, und der Luftstrom ist kontinuierlich und nicht gepulst. Typische Industrieanlagen liefern Drücke von 7 bis 13 bar, wobei die meisten Anlagen zwischen 7,5 und 10 bar einstellen, da pneumatische Werkzeuge und Zylinder für diesen Bereich ausgelegt sind. Aus diesem Grund sind Schraubenkompressoren die Standardwahl für Anlagen, die mehr als ein paar Stunden am Tag Druckluft benötigen.

Öleingespritzt vs. ölfrei: Auswahl des richtigen Kompressionstyps

Der erste Schritt bei der Kaufentscheidung eines Kompressors ist die Wahl zwischen öleingespritzter und ölfreier Verdichtung. Jede Familie verfügt über eine andere interne Architektur, ein anderes Wartungsprofil und einen anderen Bereich akzeptabler Anwendungen.

Öleingespritzte Kompressoren sprühen Öl direkt in die Kompressionskammer. Das Öl dichtet die Spielspalte zwischen den Rotoren ab, schmiert die Lagerflächen, absorbiert den Großteil der beim Komprimieren entstehenden Wärme und spült Verunreinigungen vom Element weg. Anschließend wird das Öl von der Druckluft getrennt, abgekühlt und wieder in den Kreislauf zurückgeführt. Dieses Design ist kompakt, effizient und hält anspruchsvollen Bedingungen stand, die zugeführte Luft enthält jedoch immer Spuren von Öl, typischerweise im niedrigen ppm-Bereich.

Für allgemeine Maschinenwerkstätten, Montagelinien und Metallverarbeitungsbetriebe, a Mikroöl-Doppelschnecken-Luftkompressor ist die kostengünstigste Variante. Der Spurenölgehalt hat keine Auswirkungen auf pneumatische Werkzeuge, Abblasdüsen oder Zylinder, und die höhere Effizienz der öleingespritzten Kompression senkt die Stromkosten für die Produktion jedes Kubikmeters Luft.

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Ölfreie Kompressoren halten die Kompressionskammer völlig frei von Schmiermitteln. Die Rotoren werden durch Zahnräder synchronisiert und berühren sich nie, sodass im Inneren des Elements kein Öl erforderlich ist. Die Luftqualität ist der entscheidende Vorteil: Keine Ölverschleppung erfüllt die Standards der Lebensmittel-, Getränke-, Pharma- und Elektronikfertigung. Der Preis für diese Sauberkeit ist ein komplexeres Design, engere Fertigungstoleranzen und eine etwas geringere Energieeffizienz als bei einer öleingespritzten Maschine derselben Größe.

Betriebe, die Lebensmittel verpacken, medizinische Geräte herstellen oder elektronische Komponenten verarbeiten, sollten eine Bewertung abgeben Ölfreier Doppelschnecken-Luftkompressor auch wenn das ursprüngliche Angebot höher ist. Der Verlust einer kontaminierten Charge übersteigt typischerweise die gesamte Differenz der Kapitalkosten.

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Einstufige vs. zweistufige Komprimierung

Sobald die Ölentscheidung gefallen ist, stellt sich als nächstes die Frage, ob die Luft ein- oder zweistufig verdichtet werden soll. Einstufige Maschinen saugen atmosphärische Luft an und verdichten sie in einem einzigen Rotorsatz auf den Enddruck. Zweistufige Maschinen fügen einen Ladeluftkühler zwischen zwei Rotorsätzen ein: Die erste Stufe erhöht die Luft auf einen Zwischendruck, die Luft wird abgekühlt und die zweite Stufe vervollständigt die Verdichtung auf den Enddruck.

Zweistufige Konstruktionen gibt es aus einem einfachen Grund: Durch die Kühlung der Luft zwischen den Stufen wird ihre Dichte erhöht, sodass die zweite Stufe weniger mechanische Arbeit leistet, um den Enddruck zu erreichen. Dies reduziert den Stromverbrauch des Motors bei Drücken über dem üblichen Bereich von 7 bis 8 bar und senkt die Temperatur im Inneren der Kompressionselemente, was die Lebensdauer von Dichtungen und Rotoren verlängert. Bei Betriebszyklen über 6.000 Stunden pro Jahr rechtfertigen die Energieeinsparungen einer zweistufigen Maschine in der Regel den höheren Anschaffungspreis.

In der Kategorie der Mikroöle decken einstufige Modelle 10 bis 75 PS ab, während der schwere Dauerbetrieb von übernommen wird zweistufige 100-PS- und 120-PS-Mikroölschraubenkompressoren die die Effizienz auch bei höheren Förderdrücken aufrechterhalten.

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Dimensionierung eines Schraubenkompressors

Pferdestärken verkaufen Kompressoren, aber der gelieferte Durchfluss erledigt die Arbeit. Die entscheidende Spezifikation ist die freie Luftlieferung (FAD) bei dem Druck, den Ihre Anlage tatsächlich nutzt, normalerweise ausgedrückt in Kubikfuß pro Minute (cfm) oder Liter pro Sekunde (l/s). Zwei Maschinen mit derselben Motorleistung können je nach Rotorprofil, Motoreffizienz und Antriebsverlusten einen unterschiedlichen Durchfluss liefern. Vergleichen Sie daher die Leistungskurve anstelle des Motorschilds.

Die praktische Methode zur Dimensionierung eines Kompressors besteht darin, jede pneumatische Last aufzulisten, ihren Nennluftverbrauch abzulesen, den Arbeitszyklus jedes Werkzeugs abzuschätzen und einen Gleichzeitigkeitsfaktor anzuwenden, da nicht alle Werkzeuge gleichzeitig laufen. Fügen Sie dann zwei Toleranzen hinzu, die fast immer fehlen: Leckagen, die in typischen Anlagen 20 bis 30 Prozent des Gesamtdurchflusses ausmachen, und eine zukünftige Marge von 10 bis 15 Prozent. Die Summe ist der erforderliche FAD bei Ihrem Betriebsdruck.

Diese Bewertungen sind Ausgangspunkte und keine Garantien. Eine 20-PS-Maschine kann für eine Einschichtwerkstatt überdimensioniert und für eine Anlage mit starken Leckagen oder hohen Umgebungstemperaturen unterdimensioniert sein. Der einzig zuverlässige Ansatz besteht darin, das tatsächliche Lastprofil zu messen oder den Lieferanten zu bitten, es anhand Ihrer Ausrüstungsliste zu modellieren.

Kontrollsysteme, die Ihren Anforderungen entsprechen

Nach der Größe des Kompressors bestimmt das Steuerungsschema, wie viel der von Ihnen bezahlten Energie tatsächlich in Ihre Prozesse gelangt. Die vier gängigen Optionen sind Start/Stopp, Laden/Entladen, Modulation und Antrieb mit variabler Geschwindigkeit.

• Start/Stopp: Der Motor läuft nur, wenn der Druck unter den unteren Sollwert fällt. Es ist einfach und energieeffizient bei niedrigen Arbeitszyklen, aber häufiges Motorradfahren beschränkt seinen Einsatz auf intermittierende Anwendungen.
• Laden/Entladen: Der Motor läuft kontinuierlich, während ein Einlassventil beim Drucksollwert schließt. Im unbelasteten Zustand werden etwa 20 bis 30 Prozent der Volllastleistung verbraucht, was einer relativ stabilen Nachfrage entspricht.
• Modulation: Das Einlassventil drosselt den Luftstrom, um den Druck sehr konstant zu halten. Der Wirkungsgrad bei Teillast ist jedoch schlecht, da der Motor immer noch mit voller Drehzahl läuft.
• Antrieb mit variabler Drehzahl (VSD): Die Motorgeschwindigkeit folgt dem Bedarf, sodass der Stromverbrauch ungefähr proportional zum Luftstrom sinkt. VSD eignet sich am besten für Lasten, die zwischen 40 und 90 Prozent der Kapazität schwanken.

Für einen stabilen Luftbedarf ist eine Maschine mit fester Geschwindigkeit und Be-/Entladung normalerweise am wirtschaftlichsten. Bei Anlagen, in denen die Nachfrage im Zuge der Umstellung stark schwankt, amortisieren sich die Mehrkosten eines VSD-Modells in der Regel in weniger als drei Jahren.

Riemengetriebene und direktgetriebene Maschinen sind die beiden gängigen Antriebskonfigurationen. Riemenantriebe vereinfachen die Anpassung der Motorgeschwindigkeit bei kleineren Rahmen; Direktantriebe eliminieren Riemenverluste und reduzieren den Wartungsaufwand. Da beide Ausführungen eine gute Leistung erbringen, ist in der Regel die Verfügbarkeit von Ersatzteilen und Serviceunterstützung vor Ort ausschlaggebend.

Was Sie vor der Bestellung überprüfen sollten

Der Anschaffungspreis eines Schraubenkompressors ist der niedrigste in seinem Leben. Über einen Zeitraum von zehn Jahren entfallen etwa 75 bis 80 Prozent der Gesamtbetriebskosten auf den Strom, gefolgt von der Wartung und nur ein kleiner Rest auf die Maschine selbst. Ein Effizienzunterschied von 10 Prozent ist mehr wert als der Preisunterschied zwischen zwei konkurrierenden Angeboten, daher sollte die Effizienzkurve das letzte Wort bei Ihrer Entscheidung haben.

Die Lieferantenbewertung verdient die gleiche Prüfung wie die Maschinenspezifikation. Ein Hersteller, der die Qualitätsverfahren nach ISO 9001 befolgt und über eine CE-Zertifizierung verfügt, bietet Ihnen eine reproduzierbare Grundlage für die Produktqualität. Bitten Sie darum, das zu sehen Herstellungs- und Prüfprozess vor Vertragsunterzeichnung, denn ein Kompressor ist nur so zuverlässig wie die Toleranzen, nach denen er gebaut wurde.

Serviceverpflichtung ist die dritte Säule. Erkundigen Sie sich nach Ersatzteilverfügbarkeit, Garantieabdeckung, Reaktionszeit und ob der Lieferant einen Techniker zu Ihnen vor Ort schicken kann. Die Beziehung endet nicht mit der Lieferung, also bestätigen Sie die After-Sales-Struktur und Sprechen Sie direkt mit dem Team das Sie nach der Installation unterstützt.

Bei der Auswahl eines Schraubenkompressors kommt es auf vier Entscheidungen an: Luftqualitätsklasse, Anzahl der Kompressionsstufen, gelieferte Kapazität und das Steuerungsschema, das Ihrem Bedarfsmuster entspricht. Wenn Sie das richtig machen, wird die Maschine zehntausende Stunden lang leise und effizient Druckluft erzeugen. Ein Hersteller, der sein Qualitätssystem dokumentiert, seine Fabrik zur Inspektion öffnet und ein reaktionsfähiges Servicenetzwerk unterhält, ist der Partner, der Ihre Investition langfristig schützt.