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Druckluft-Verdichter / Kompressor - Funktion & Bauarten

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Ein Verdichter, oder auch Kompressor, wird zur Komprimierung von Gasen verwendet und gehört zu den Fluidenergiemaschinen.

Grundlagen rund um den Druckluft-Verdichter

Wird das Volumen eines Gases verringert, so bezeichnet man diesen Vorgang als Verdichtung oder auch Komprimierung. Die hierzu benötigten Maschinen werden Verdichter oder Kompressoren* genannt. Während des Vorgangs der Verdichtung wird das vorhandene Ansaugvolumen (V1) mit einem Betriebsdruck (p1) zusammengepresst und somit im Umfang verringert zu einem kleineren Volumen (V2). Innerhalb des nun kleineren Volumens besteht ein höherer Druck (p2). Das Gas wird während des Prozesses der Verdichtung zudem erwärmt.
Aufgrund der Komprimierung des Volumens während des Vorgangs der Verdichtung, ist es wichtig, den Druckzustand des Volumenstroms zu nennen. Üblicherweise werden hier der Saugvolumenstrom, der Austrittsvolumenstrom in Bezug auf den Enddruck p2, oder auch der Normvolumenstrom als Angabe herangezogen.

Funktion Kolbenverdichter
Aufbau & Funktion eines Kolbenverdichters

Bei konstanter Temperatur gilt bei Verdichtungsvorgängen im Kompressor das Boyle-Mariottesche Gesetz.
Findet dieses Gesetz Anwendung, muss beachtet werden, dass es sich bei p1 und p2 um absolute Drücke handelt. Die Druckangaben pneumatischer Anlagen und pneumatischer Druckmessgeräte sind jedoch auf das Verhältnis von Überdruck Pe zu atmosphärischem Druck bezogen. In anderen Fällen findet eine gesonderte Kennzeichnung der Druckangaben statt.

Betriebsdruck und Liefermenge vom Kompressor

Erreichbarer Druck und Liefermenge vom Kompressor dienen seiner Kennzeichnung. Die Liefermenge ist hierbei definiert als das abgegebene Luftvolumen je Zeiteinheit und wird zumeist in m3/min angegeben. Lediglich bei kleineren Anlagen werden die Angaben in Liter/min gemacht.
Häufig wird auch die Angabe einer theoretischen Ansaugleistung gebraucht, welche jedoch irreführend sein kann. Hierbei wird die Ansaugleistung als Produkt aus Hubvolumen und Drehzahl angegeben, ohne dass eine Aussage über die tatsächliche Fördermenge getroffen wird, da der volumetrische Füllungsgrad nicht weiter betrachtet wird.

Unterscheidung von Verdichtern

Es wird in Turboverdichter und Verdrängerverdichter unterschieden. Während Turboverdichter große Volumenströme an Druckluft liefern, bei nur kleinen Verdichtungsenddrücken, zeichnen sich Verdrängerverdichter aus durch einen kleinen Durchsatz und große Verdichtungsenddrücke.

Auch lassen sich Kompressoren in ölgeschmierte und ölfreie Verdichter unterteilen.
Im Bereich der Kältetechnik findet zudem eine Unterscheidung in vollhermetische, halbhermetische und offene Verdichter statt. Befinden sich beim vollhermetischen Kompressor Motor und Verdichter in einem speziell abgeschlossenen Gehäuse in direktem Kontakt mit dem jeweiligen Kältemittel, zeichnen sich halbhermetische Kompressoren dadurch aus, dass der Motor an das Gehäuse des Kompressors angesetzt ist. Bei offenen Verdichtern findet der Antrieb durch Riemen, Zahnräder oder ein Getriebe statt.

Bauformen von Kompressoren

Verdichter sind in unterschiedlichen Bauformen zu finden und eingesetzt.
Es wird unterschieden in Schraubenverdichter, Hubkolbenverdichter, Labyrinth-Kolben-Verdichter, Turboverdichter, ionische- und Lamellenverdichter, wie auch Rotations- und Schraubenverdichter. Weiterhin finden sich im Gebiet der Kompressoren die Flüssigkeitsringpumpe, der Taumelscheibenverdichter, im Englischen auch Wobble-Plate genannt, das Roots-Gebläse, Swash-Plates (Schiefscheibenverdichter), Scrollverdichter, Seitenkanalverdichter, Membranverdichter und auch Junkers-Freikolbenverdichter.

Aufbau Schraubenverdichter
Aufbau von einem Schraubenverdichter

Relevante Kenngrößen

Wichtige Kenngrößen vom Kompressor sind die Liefermenge als Volumen des ausgestoßenen Fluids pro Zeiteinheit, wie auch der Betriebsdruck, der durch den erreichbaren Überdruck der Druckluft beschrieben wird. Ebenfalls eine relevante Kenngröße ist das Druckverhältnis, das sich aus der Beziehung von Enddruck zu Saugdruck ergibt. Der Liefergrad gibt das Verhältnis zwischen gefördertem und in der Theorie möglichem Volumenstrom der Druckluft an.
Der Vergleich verschiedener Kompressoren wird unter Betrachtung des Normvolumenstroms vollzogen. Hierbei handelt es sich um den Volumenstrom, der auf Normbedingungen in Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit umgerechnet wird.

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2009 Maschinenbau-Wissen.de
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