- Wozu dient ein Druckschalter im Kompressor
- Wie ein Druckschalter funktioniert
- Wie man einen Druckschalter zur Steuerung des Kompressors nutzt
- Einstellung von Druckschaltern
Wozu dient ein Druckschalter im Kompressor
Die vom Kompressorkolben verdichtete Luft wird in einen Druckbehälter, auch Windkessel genannt, geleitet. Der Druckschalter sorgt dafür, dass die Druckluft im Windkessel den benötigten Druck hat. Das funktioniert einfach: Der Druckschalter überwacht den Druck im Windkessel, und sobald der Druck unter einen eingestellten unteren Grenzwert fällt, schließt der Schalter und schaltet den Stromkreis ein. Dadurch läuft der Elektromotor an, der den Kompressor antreibt. Sobald der Druck den eingestellten oberen Grenzwert erreicht, öffnet der Druckschalter und der Kompressor stoppt. Durch Verbrauch oder auch Temperaturänderungen sinkt der Druck im Windkessel wieder. Wenn der Druck unter den eingestellten unteren Grenzwert fällt, schaltet der Schalter den Kompressor wieder ein. Und so geht es immer weiter.
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Der Druckschalter startet und stoppt den Kompressor also so, dass der Druck im Windkessel stets im Bereich zweier eingestellter Druckwerte liegt:
- Einschaltdruck – der untere Druckgrenzwert, bei dem sich der Kompressor einschaltet
- Ausschaltdruck – der obere Druckgrenzwert, bei dem sich der Kompressor ausschaltet
Die Differenz zwischen Einschalt- und Ausschaltdruck wird als Hysterese oder Schaltdifferenz bezeichnet. Den Wert finden Sie in den Parametern der Druckschalter.
Wie ein Druckschalter funktioniert
Ein Druckschalter oder Pressostat ist ein Gerät, das einen Stromkreis in Abhängigkeit von der Druckhöhe schaltet. Der Schalter besteht aus zwei Grundkomponenten:
- Sensor zur Druckmessung – ein elastisches Element, z. B. eine mit Dehnungsmessstreifen ausgestattete Membran. Der Luftdruck bewirkt eine Durchbiegung der Membran, wodurch sich der elektrische Widerstand in den Messstreifen ändert. Da die Dehnungsmessstreifen in einer Messbrücke verschaltet sind, lässt sich anhand des elektrischen Signals die Höhe des wirkenden Drucks ermitteln.
- Elektrische Kontakte, die je nach gemessenem Druck den Stromkreis schließen oder öffnen.
Schließer, Öffner und Wechsler
Je nach Funktion unterscheiden wir Schalter mit Schließer-, Öffner- und Wechslerkontakten. Bei der Wahl eines Schalters können wir uns am Symbol orientieren, das die Schalterfunktion andeutet:
Ein Schließerkontakt (NO - normally open) ist im Ruhezustand, also bei niedrigem Druck, offen (der Stromkreis ist unterbrochen und der Kompressor läuft nicht). Der Schließer schließt erst (und startet den Kompressor), wenn der Druck den eingestellten Wert erreicht.
Ein Öffnerkontakt (NC - normally closed) ist im Ruhezustand, also bei niedrigem Druck, geschlossen (der Stromkreis ist geschlossen und der Kompressor läuft). Der Öffner öffnet (und stoppt den Kompressor), sobald der Druck den eingestellten Wert erreicht.
Wechslerkontakte funktionieren so, dass der Schalter von einem Kontakt zum anderen umschaltet. Der Vorteil ist, dass dieser Schalter universell einsetzbar ist. Wenn Sie nicht sicher sind, welchen Schaltertyp Sie benötigen, wählen Sie einen Schalter mit Wechslerkontakten und nutzen Sie den einen oder den anderen Kontakt.
Ein Schalter mit Wechslerkontakten kann auch zur Fehlererkennung genutzt werden. In einer Position wird der fehlerfreie Betrieb signalisiert (z. B. grüne Kontrollleuchte). Im Fehlerfall schaltet der Schalter auf den zweiten Kontakt um, der eine rote Kontrollleuchte aktiviert.
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Wie man einen Druckschalter zur Steuerung des Kompressors nutzt
Zur Steuerung von Kompressoren können entweder einfache und preisgünstige Druckschalter oder robuste, teurere Schalter verwendet werden, die speziell für diesen Zweck entwickelt wurden.
a) Verwendung einfacher Schalter
z. B. elektromechanische Druckschalter der Serie DRS für 42 V/5A
I. Ein Druckschalter mit Öffnerkontakt
Eine einfache Lösung nutzt einen Druckschalter mit Öffnerkontakt. Der Kontakt ist bei niedrigem Druck geschlossen, sodass Strom zum Motor fließt, der den Kompressor antreibt. Der Druck im Windkessel steigt, bis er den eingestellten oberen Grenzwert (Ausschaltdruck) erreicht. Der Schalter öffnet und der Kompressor stoppt. Durch Verbrauch sinkt der Luftdruck allmählich ab. Erreicht er den unteren Grenzwert (Einschaltdruck), schließt der Kontakt wieder, der Kompressor läuft an, der Windkessel wird nachgefüllt und der Schalter öffnet wieder.
Diese einfache Lösung hat jedoch ihre Grenzen:
- Sie ist nur für leistungsschwache Kompressoren geeignet, da die Kontakte einfacher Schalter keine hohen Strombelastungen aushalten.
- Die Schaltdifferenz (Differenz zwischen Einschalt- und Ausschaltdruck) kann zu klein sein. Dann kann es vorkommen, dass sich der Kompressor ständig ein- und ausschaltet, selbst ohne Luftverbrauch (z. B. durch Abkühlung der Luft im Kessel). Bei einfachen Druckschaltern lässt sich die Schaltdifferenz nicht einstellen; sie beträgt üblicherweise 15 bis 20 %.
II. Druckschalter mit Leistungsrelais
Die Leistungsbegrenzung des Kompressors lässt sich umgehen, indem man den Druckschalter mit einem Leistungsrelais oder Schütz verbindet. Die Kontakte eines Schützes sind für größere Lasten ausgelegt. So können auch Kompressoren mit hoher Leistung geschaltet werden. Das linke Schema zeigt den Anschluss eines Einphasenmotors, das rechte den eines Drehstrommotors.
Durch den Einsatz eines Schützes erhalten wir eine höhere Strombelastbarkeit, können aber die Schaltdifferenz immer noch nicht einstellen.
III. Zwei Druckschalter mit Relais in Selbsthaltung
Durch den Einsatz zweier Druckschalter nach diesem Schema lösen wir beide Probleme: die Strombelastbarkeit der Kontakte für leistungsstarke Kompressoren sowie die Einstellung der Schaltdifferenz.
Wie funktioniert das?
Drucksensor S1 ist auf den Einschaltdruck am unteren Limit des Betriebsdrucks p1 eingestellt und startet den Kompressormotor.
Druckschalter S2 ist auf den Ausschaltdruck am oberen Limit des Betriebsdrucks p2 eingestellt und stoppt den Kompressormotor.
Die Schaltdifferenz wird als Differenz zwischen Einschaltdruck p1 und Ausschaltdruck p2 festgelegt.
Fällt der Druck im Windkessel unter p1, schließt S1 und der Motor startet den Kompressor. Der Druck steigt, und sobald p1 erreicht ist, öffnet S1 zwar, aber der Kompressor läuft weiter dank der Überbrückung durch das Relais mit Hilfskontakt. Erst wenn der Druck auf den Grenzwert p2 steigt, unterbricht der zweite Druckschalter S2 den gesamten Stromkreis und der Kompressor stoppt.
Das Relais kann entweder einen Leistungskontakt für einen Einphasenmotor oder drei Leistungskontakte für einen Drehstrommotor haben, wie unser Schema zeigt.
b) Robuster Druckschalter zur Kompressorsteuerung
Für die Steuerung leistungsstarker Kompressoren eignen sich robustere und teurere Druckschalter. Diese Schalter bieten folgende Vorteile:
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- Sie haben einen integrierten Motorschutzschalter.
- Bei Überlastung oder Ausfall einer Phase könnte ein Drehstrommotor nicht anlaufen und Gefahr laufen durchzubrennen. In diesem Fall blockiert der Thermoschutz den Motorstart.
Einstellung von Druckschaltern
Bei einem gekauften Druckschalter muss stets geprüft werden, bei welchem Druck er ein- und ausschaltet. Entspricht die Einstellung nicht den Anforderungen, muss sie geändert werden. Dazu haben die Schalter ein Bedienelement, meist eine Einstellschraube. Ein zweites Einstellelement finden Sie bei Druckschaltern mit einstellbarer Schaltdifferenz.
Die Einstellelemente sind entweder mit einem kalibrierten Ring oder einem Schieber versehen, der die Druckwerte anzeigt. Meist ist am Schalter jedoch nur eine Schraube ohne Skala vorhanden, sodass man zunächst nicht weiß, auf welchen Druck der Schalter eingestellt ist. Zur Einstellung muss ein Manometer am Windkessel vorhanden sein, um die Druckänderungen zu verfolgen.
Einstellung des Ausschaltdrucks des Kompressors
Die Einstellschraube ist in der Regel so konstruiert, dass Drehen nach rechts den Einschalt- und Ausschaltdruck erhöht und Drehen nach links ihn senkt.
- Befüllen Sie den Windkessel mit dem Kompressor und beobachten Sie am Manometer, bei welchem Druck der Schalter öffnet (den Kompressor stoppt). Das ist der obere Grenzwert (Ausschaltdruck).
- Lassen Sie Luft ab und prüfen Sie, bei welchem Druck der Kompressor wieder anläuft. Das ist der untere Grenzwert (Einschaltdruck).
- Passt die Einstellung nicht, ändern Sie leicht die Position der Einstellschraube, lassen Sie Luft ab und wiederholen Sie den Test.
- Wiederholen Sie den Vorgang, bis die gewünschten Werte erreicht sind.
Einstellung der Schaltdifferenz
Bei Schaltern mit fest eingestellter Schaltdifferenz müssen Sie sich mit dem Prozentwert (meist 15 bis 20 %) begnügen. Wenn Sie also den Ausschaltdruck festlegen, liegt der Einschaltdruck automatisch 15 bis 20 % darunter.
An robusten und teureren Schaltern finden Sie eine zweite Schraube zur Einstellung der Schaltdifferenz.
- Stellen Sie zuerst den Ausschaltdruck wie oben beschrieben ein und ermitteln Sie durch Luftablassen den Einschaltdruck.
- Ist die Differenz nicht passend, drehen Sie leicht an der Schraube für die Schaltdifferenz und prüfen Sie die Änderung.
- Wiederholen Sie den Vorgang bis zum gewünschten Ergebnis.
Hinweis: Durch das Verstellen der Schaltdifferenz verschieben sich üblicherweise beide Grenzwerte (Einschalt- und Ausschaltdruck). Daher müssen diese anschließend erneut kontrolliert und ggf. korrigiert werden.
Verwendung eines Druckreglers
Wenn ein Druckregler zur Verfügung steht, muss nicht der gesamte Windkessel befüllt und entleert werden. Schließen Sie den Regler an den Druckschalter an und stellen Sie damit Einschalt- und Ausschaltdruck ein. Schließen Sie den Schalter dann an den Windkessel an und prüfen Sie die Funktion. Druckregler gehören meist zur Standardausrüstung an speziellen Prüfplätzen für Druckschalter.
