Schraubenkompressoren - wie sie funktionieren und wie man den richtigen wählt
Der Schraubenkompressor ist heute die wichtigste Druckluftquelle in Produktionsbetrieben, Metallbearbeitungswerkstätten, Lackierereien, Lebensmittelbetrieben und überall dort, wo Druckluft während der gesamten Schicht benötigt wird. Ein Schraubenkompressor unterscheidet sich von einer Kolbenmaschine allein durch das Prinzip der Druckerzeugung, und das wirkt sich auf die Stabilität der Parameter, den Geräuschpegel, den Energieverbrauch und die Art der Wartung aus.
Dieser Ratgeber beschreibt Schritt für Schritt, wie ein Schraubenkompressor aufgebaut ist, worin sich seine Varianten unterscheiden, wie man den Bedarf eines Betriebs berechnet und worauf man vor der Bestellung achten sollte. Wir schreiben aus der Perspektive eines Unternehmens, das Schraubenkompressoren auswählt, in Betrieb nimmt, wartet und überholt, deshalb weisen wir auch auf Dinge hin, die sich erst nach mehreren Tausend Betriebsstunden zeigen.
Wie ein Schraubenkompressor funktioniert
Das Herzstück der Maschine ist die Verdichterstufe, ein Paar zusammenarbeitender Rotoren in einem präzise bearbeiteten Gehäuse. Der Hauptrotor hat meist weniger Zähne als der Nebenrotor, und ihre Profile sind so aufeinander abgestimmt, dass bei der Drehung sich schließende Kammern entstehen. Die durch Filter und Einlassventil angesaugte Luft gelangt in eine Kammer mit großem Volumen, und während sich die Rotoren drehen, nimmt dieses Volumen entlang der Achse der Stufe ab. Die Verdichtung ist somit ein kontinuierlicher Vorgang: Die Luft wird ohne hin- und hergehende Bewegungen und ohne im Takt der Drehung arbeitende Ventile von der Saug- zur Druckseite befördert.
Bei ölbespritzten Maschinen, die in der Industrie am häufigsten sind, wird Öl in die Verdichtungskammer eingespritzt. Es erfüllt drei Funktionen zugleich: Es dichtet die Spalte zwischen Rotoren und Gehäuse ab, nimmt einen großen Teil der bei der Verdichtung entstehenden Wärme auf und schmiert die Lager und die zusammenwirkenden Bauteile. Dank der Öleinspritzung bleibt die Temperatur am Stufenaustritt in einem vorhersehbaren Bereich, und die Stufe selbst kann mit hohem Wirkungsgrad arbeiten, ohne dass Metall auf Metall an den Rotorprofilen reibt.
Das Öl-Luft-Gemisch gelangt anschließend in den Abscheiderbehälter. Dort setzt sich das Öl zunächst durch Schwerkraft und an den Wänden ab, den restlichen Ölnebel fängt der Abscheiderpatrone auf. Das abgeschiedene Öl kehrt über Ölkühler und Filter zur Verdichterstufe zurück und schließt so den Kreislauf. Die Druckluft strömt über das Mindestdruckventil zum Nachkühler, wo sie vor dem Eintritt in die Anlage abgekühlt wird. Ein korrekt arbeitendes Abscheidesystem hält den Ölrestgehalt in der Luft im Bereich von Milligramm pro Kubikmeter, und eine verbrauchte Abscheiderpatrone ist eine der häufigsten Ursachen für Öl im Netz.
Die Kühlung entscheidet über die Lebensdauer der gesamten Maschine. Bei luftgekühlten Ausführungen werden Ölkühler und Nachkühler von einem Ventilator durchströmt, daher braucht der Kompressorraum eine gesicherte Zu- und Abluftführung für warme Luft. Bei wassergekühlten Ausführungen nimmt ein Wasserkreislauf die Wärme auf, wodurch sich die Abwärme leichter nutzen lässt. Eine zu hohe Umgebungstemperatur erhöht die Öltemperatur, beschleunigt dessen Alterung und verkürzt die Lagerlebensdauer, deshalb fragen wir bei der Auslegung immer nach dem Raumvolumen und der Belüftungsart.
Gegenüber einem Kolbenkompressor hat die Schraubenmaschine mehrere Vorteile, die im Mehrschichtbetrieb schon in der ersten Woche spürbar sind. Der Ausgangsdruck ist stabil, weil die Luft in einem kontinuierlichen Strom und nicht pulsierend fließt, wodurch schwankungsempfindliche Prozesse wie Pulverbeschichtung oder pneumatische Steuerungen gleichmäßiger arbeiten. Der Geräuschpegel ist deutlich niedriger, da es keine mechanischen Stöße gibt und die schallgedämmte Verkleidung den Rest gut dämpft. Die Schraubenmaschine ist zudem für den Dauerbetrieb ausgelegt: Sie benötigt keine Abkühlpausen und verträgt einen hohen Anteil an Betriebszeit unter Last, während ein Kolbenkompressor unter solchen Bedingungen schnell verschleißt. Schließlich sind die Schwingungen geringer, was die Aufstellung und den Anschluss an die Rohrleitung vereinfacht.
Typen von Schraubenkompressoren
Hinter einem Namen verbergen sich mehrere Konstruktionslösungen, die sich in Wirkungsgrad, Preis und der Reaktion auf schwankenden Bedarf unterscheiden. Die Wahl der Variante beeinflusst die Betriebskosten stärker als die Marke selbst.
Einstufig
Die Luft wird in einer Verdichterstufe auf den Zieldruck verdichtet, meist 7,5, 10 oder 13 bar. Das ist die einfachste, in der Anschaffung günstigste und für die meisten Betriebe mit Bedarf bis zu einigen zehn Kubikmetern pro Minute völlig ausreichende Lösung. Weniger Bauteile bedeuten auch einfacheren Service und günstigere Wartungen.
Zweistufig
Die Verdichtung ist auf zwei Stufen mit Zwischenkühlung aufgeteilt. Jede Stufe arbeitet mit einem geringeren Druckanstieg, wodurch Verluste durch innere Leckagen und Überhitzung kleiner ausfallen und der spezifische Energieverbrauch je erzeugtem Kubikmeter Luft sinkt. Die zweistufige Bauweise ist typisch für höhere Leistungen und Betriebe im Dreischichtbetrieb, wo sich der Wirkungsgradunterschied real in der Stromrechnung niederschlägt. Der Anschaffungspreis ist höher, daher steigt die Wirtschaftlichkeit mit der Anzahl der Betriebsstunden pro Jahr.
Mit Permanentmagnetmotor (PM)
Der PM-Motor hat einen Rotor mit Permanentmagneten und verliert daher keine Energie zur Erzeugung eines Feldes im Rotor. Er hält einen hohen Wirkungsgrad über einen weiten Drehzahlbereich, auch bei Teillast, und ermöglicht kompaktere und leichtere Antriebe. Bei Maschinen mit hohem Anteil an Betrieb bei schwankendem Bedarf bringt der PM-Motor den größten Unterschied, da ein klassischer Asynchronmotor dort weit von seinem optimalen Betriebspunkt entfernt arbeitet.
Mit Frequenzumrichter (VSD)
Der Frequenzumrichter (VSD) ändert die Versorgungsfrequenz des Motors und damit die Drehzahl der Verdichterstufe, wodurch die Leistung der Maschine stufenlos geregelt wird und sich dem aktuellen Luftverbrauch anpasst. Der Netzdruck bleibt in einem engen Band, statt zwischen Ein- und Abschaltschwellen zu schwanken. Es entfällt die bei Last- und Leerlaufzyklen verlorene Energie, und die Anläufe sind sanft, was Riemen, Lager und die elektrische Installation schont. Eine stufenlose Regelung lohnt sich überall dort, wo sich der Luftverbrauch während der Schicht deutlich ändert.
Wie man einen Schraubenkompressor auswählt
Die Auswahl ist eine einfache Rechnung mit wenigen Daten, die aber sorgfältig erhoben werden müssen. Der häufigste Fehler ist der Kauf einer Maschine anhand der Motorleistung und des Typenschilds des alten Kompressors, ohne zu prüfen, wie viel Luft der Betrieb tatsächlich verbraucht.
Luftbedarf, also FAD
Die Leistung von Kompressoren wird als FAD angegeben, also der auf Ansaugbedingungen bezogene Volumenstrom freier Luft, meist in Kubikmetern pro Minute. Addieren Sie den Bedarf aller Verbraucher aus deren Unterlagen, berücksichtigen Sie, welche gleichzeitig laufen, und fügen Sie eine Reserve für Betriebswachstum und natürliche Leckagen der Anlage hinzu. Fehlen Maschinendaten, lässt sich die Leistung aus der Messung der Laufzeit des aktuellen Kompressors unter Last oder aus einer Durchflussaufzeichnung berechnen. Prüfen Sie beim Vergleich von Angeboten, ob sich die angegebenen FAD-Werte auf denselben Druck beziehen, sonst sind die Zahlen nicht vergleichbar.
Betriebsdruck
Der Druck sollte auf den anspruchsvollsten Verbraucher abgestimmt werden, nicht auf den höchsten Katalogwert. Jedes zusätzliche bar erhöht den Energieverbrauch um einige Prozent und vergrößert die Leckageverluste, daher ist ein Sicherheitsaufschlag bei der Einstellung teuer. Benötigt ein Anschluss deutlich höheren Druck als der Rest des Betriebs, ist es meist günstiger, ihn lokal zu versorgen, als den Druck im gesamten Netz anzuheben. Es lohnt sich auch, die Druckverluste an Filtern, Trockner und Rohrleitung zu prüfen, denn oft ist nicht der Kompressor, sondern die Anlage das Problem.
Verbrauchsprofil der Luft
Wie sich der Bedarf über die Zeit verteilt, entscheidet darüber, ob sich ein Frequenzumrichter und ein PM-Motor lohnen. Ein Betrieb mit konstant hohem Verbrauch über die ganze Schicht wird gut von einer Maschine mit Stufenregelung bedient. Ein Betrieb, in dem der Verbrauch zwischen Schichten, Produktionsserien oder einzelnen Geräten springt, profitiert von stufenloser Regelung. Eine häufige und wirksame Lösung ist der Einsatz zweier Maschinen: eine Grundlastmaschine mit stufenloser Regelung deckt die laufenden Schwankungen ab, eine zweite mit fester Leistung springt in Spitzenzeiten ein und dient als Reserve.
Bedingungen im Kompressorraum
Ein Kompressor gibt nahezu die gesamte aufgenommene Leistung als Wärme an den Raum ab, daher wird eine Zufuhr kühler Luft und eine Abfuhr warmer Luft, am besten über einen Kanal nach außen, benötigt. Wichtig sind auch die Sauberkeit der angesaugten Luft, da Staub Filter und Kühler schnell zusetzt, die Umgebungstemperatur, die Raumhöhe, der Zugang zur Maschine für die Wartung sowie die Kondensatableitung. Hinzu kommen ein auf Leistung und Verbrauchsverhalten abgestimmter Druckluftbehälter, ein für die geforderte Luftqualitätsklasse geeigneter Trockner und eine Filtration hinter dem Trockner.
Lebenszykluskosten, also TCO
Über die gesamten Besitzkosten eines Kompressors entfallen üblicherweise 70 bis 80 Prozent der Ausgaben auf elektrische Energie, den Rest teilen sich Anschaffung und Service. Das bedeutet, dass ein Unterschied im Anschaffungspreis innerhalb weniger Betriebsmonate ausgeglichen oder verspielt werden kann. Rechnen Sie beim Angebotsvergleich also den Energieverbrauch für Ihr eigenes Betriebsprofil, nicht nur für den Nennpunkt, und addieren Sie erst dann die Kosten für Wartung, Öl, Filter und Abscheiderpatronen. Hilfreich ist oft ein Blick auf die Anlage selbst: eine Absenkung des Druck-Sollwerts, die Beseitigung von Leckagen und ein sinnvoller Puffer bringen oft schneller Einsparungen als ein Maschinenaustausch.
Zur Auslegung gehört auch der Druckluftbehälter als Puffer. Über die Faustregel von 6 bis 10 Litern Volumen je l/s Volumenstrom, die Aufstellung und das Zubehör schreiben wir auf der Seite Druckluftbehälter.
Wovon der Preis eines Schraubenkompressors abhängt
Wir geben keine Preise in einer Tabelle an, da dieselbe Leistung je nach Ausstattung und Regelungsart sehr unterschiedlich kosten kann. Nachfolgend die wichtigsten Faktoren, die den Preis nach oben oder unten verschieben und die sich zwischen Angeboten zu vergleichen lohnen.
Leistung und Fördermenge
Grundfaktor: Je höher die Motorleistung und die FAD-Fördermenge, desto größer die Verdichterstufe, Kühler, Motor und Gehäuse, und desto höher der Preis. Ein Sprung zu höherem Betriebsdruck bei gleicher Fördermenge erhöht ebenfalls die Kosten.
Anzahl der Verdichtungsstufen
Die zweistufige Bauweise ist teurer als die einstufige, da sie zwei Stufen, eine Zwischenkühlung und ein umfangreicheres Ölsystem hat. Man zahlt für den Wirkungsgrad, was sich bei hoher jährlicher Betriebsstundenzahl lohnt.
Frequenzumrichter
Stufenlose Regelung bedeutet einen zusätzlichen Frequenzumrichter, Filter und eine umfangreichere Steuerung. Die Kosten amortisieren sich durch Energieeinsparung, aber nur bei schwankendem Luftverbrauch.
Permanentmagnetmotor (PM)
Ein PM-Antrieb erhöht den Anschaffungspreis gegenüber einem klassischen Asynchronmotor, bietet dafür aber höheren Wirkungsgrad über einen weiten Drehzahlbereich, besonders bei Teillast.
Trockner und Behälter im Set
Eine kompakte Ausführung mit Behälter und integriertem Kältetrockner kostet mehr als der Kompressor allein, aber meist weniger als dieselben Komponenten einzeln gekauft und vor Ort verbunden. Es lohnt sich, beide Varianten inklusive Montage und Platzbedarf im Kompressorraum zu kalkulieren.
Servicefreundlichkeit und Teileverfügbarkeit
Ein beim Kauf oft übersehener, in den folgenden Jahren aber am stärksten spürbarer Faktor. Prüfen Sie den Zugang zu Filtern, Abscheider und Kühlern, ob Verschleißteile schnell und zu welchem Preis verfügbar sind, wie lange die Wartezeit auf Bauteile im Störfall ist und ob die Steuerung eine Betriebshistorie auslesen lässt. Eine Maschine mit leicht verfügbaren Teilen ist im Unterhalt günstiger als eine Konstruktion, bei der jede Wartung eine Bestellung im Ausland erfordert.
Hertz Kompressoren in unserem Angebot
Wir sind autorisierter Vertriebspartner von Hertz Kompressoren. Im Verkauf konzentrieren wir uns auf diese Marke, weil sie uns erlaubt, die gesamte Kette zu verantworten: Auswahl der Maschine, Inbetriebnahme, Wartung und Ersatzteillieferung. Das Angebot umfasst einstufige und zweistufige Schraubenkompressoren, Ausführungen mit Frequenzumrichter und mit Permanentmagnetmotoren sowie Trockner und Druckluftaufbereitungskomponenten, sodass ein Kompressorraum als abgestimmtes Gesamtpaket bestellt werden kann.
Die Auswahl beginnt mit einem Gespräch über Bedarf und Betriebsprofil, nicht mit dem Katalog. Fehlen Daten, schlagen wir eine Messung im Betrieb vor. Bei der Lieferung kümmern wir uns um die Inbetriebnahme der Maschine, die Prüfung der Parameter unter Last und die Übergabe an die Bediener, danach folgen Wartungen zu vereinbarten Terminen.
Siehe auch: Hertz Kompressoren und Kompressoren kaufen.
Service und Überholung von Schraubenkompressoren
Wir warten mehr als 30 Marken von Schraubenkompressoren, unabhängig davon, wo die Maschine gekauft wurde. Wartungen und Reparaturen führen wir beim Kunden vor Ort im Kompressorraum durch, mit Werkzeugen und den üblichen Verschleißteilen im Servicefahrzeug. Diese Vorgehensweise verkürzt den Stillstand und erlaubt es, die Bedingungen zu beurteilen, unter denen der Kompressor tatsächlich arbeitet: Raumtemperatur, Staubbelastung, Zustand von Filtration und Trocknung sowie Druckverluste in der Anlage.
Reicht eine Reparatur vor Ort nicht aus, bauen wir die Verdichterstufe aus und überholen sie in unserer eigenen Werkstatt in Radom. Die Überholung umfasst die Messung der Spiele, die Instandsetzung oder den Austausch von Lagern und Dichtungen, die Prüfung der Rotorprofile und einen Prüfstandslauf, nach dem Wiedereinbau folgt eine erneute Messung der Parameter unter Last. Die Instandsetzung einer Stufe ist meist deutlich günstiger als der Kauf einer neuen Maschine und stellt die Leistung wieder her, ohne die gesamte Anlage auszutauschen.
Siehe auch: Schraubenkompressor-Service und Überholung und Regeneration von Schraubenkompressoren.
Kompressor mieten während einer Reparatur oder Produktionsspitze
Steht eine Maschine still und die Produktion kann nicht warten, stellen wir einen Ersatzkompressor mit einer Leistung von 4 bis 75 kW zur Verfügung. Die Vermietung wird auch bei der Überholung des Kompressorraums, bei saisonal steigendem Bedarf und dann genutzt, wenn ein Betrieb vor einer Kaufentscheidung in der Praxis prüfen möchte, welche Leistung wirklich benötigt wird. Wir liefern die Maschine, schließen sie an die Anlage an, nehmen sie in Betrieb und holen sie nach Ende der Mietzeit wieder ab.
Siehe auch: Kompressor mieten.
Schraubenkompressoren - häufig gestellte Fragen
Die Fragen, die wir bei der Auswahl, dem Kauf und dem Betrieb von Schraubenkompressoren am häufigsten erhalten.
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Wir helfen Ihnen, den richtigen Schraubenkompressor für Ihren Betrieb zu wählen
Sagen Sie uns, wie viel Luft Sie benötigen, bei welchem Druck und wie sich der Verbrauch während der Schicht ändert. Wir erstellen eine Auslegung inklusive Trocknung, Filtration und Behälter, und schlagen bei fehlenden Daten eine Messung im Betrieb vor.
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