Erfahren Sie, wie Kompressoren funktionieren und nach welchen Parametern Sie den richtigen Kompressor für Ihre Werkstatt oder Ihren Betrieb auswählen sollten.
Inhalt des Artikels:
- Wie funktionieren Kompressoren?
- Wie geht man bei der Auswahl vor?
- Häufigkeit der Kompressornutzung
- Berechnung des benötigten Luftvolumens
- Qualität der Druckluft
- Tipps für Kompressoren in Werkstatt und Betrieb
Ein Kompressor ist ein Gerät, das den Luftdruck durch Komprimieren erhöht und so deren weitere Nutzung ermöglicht. Die Wahl des richtigen Kompressors hat wesentlichen Einfluss auf die Effizienz und Produktivität der Arbeit. Es ist daher unerlässlich, ein Gerät mit entsprechender Leistung, Größe, Geräuschentwicklung und Energieeffizienz zu wählen.
Z. B. ist für feine handwerkliche Arbeiten ein leiser und kompakter Kompressor besser geeignet, während für den industriellen Einsatz ein leistungsstärkeres und robusteres Modell die bessere Wahl ist.
In den folgenden Zeilen gehen wir die einzelnen Aspekte der Kompressorauswahl durch. Zuerst schauen wir uns jedoch an, nach welchem Prinzip diese pneumatischen Geräte arbeiten. Am Ende des Artikels finden Sie Empfehlungen für konkrete Geräte je nach Verwendungszweck.
Wie sehen Kompressoren aus und wie funktionieren sie?
In der Praxis nutzen wir am häufigsten zwei Typen von Kompressoren, die nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten: Kolben- und Schraubenkompressoren.
Kolbenkompressoren
Kolbenkompressoren sind meist mobile Geräte, die mit einem Tragegriff ausgestattet und auf Rollen montiert sind, um einen einfachen Transport zu ermöglichen.
Im Vergleich zu Schraubenkompressoren sind sie günstiger, aber gleichzeitig lauter und erzeugen stärkere Vibrationen. Es gibt jedoch auch Geräte in schallgedämpfter Ausführung. Eine geringere Geräuschentwicklung erreichen Sie auch durch den Einsatz von Mehrzylinder-Kompressoren, die dank bis zu drei Kolben mit niedrigeren Drehzahlen arbeiten können.
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Bei einem Kolbenkompressor wird die Luft zuerst angesaugt und dann durch einen Kolben komprimiert, der sich in einem Zylinder bewegt – ähnlich wie bei einem Verbrennungsmotor im Auto. Die Druckluft wird anschließend in einen Druckbehälter geleitet, den sogenannten Kessel (Windkessel), das auffälligste Bauteil des Kompressors. Bei Erreichen des gewünschten Drucks schaltet ein Druckschalter den Kompressor ab, und umgekehrt – wenn der Schalter einen Druckabfall registriert, aktiviert er den Kompressor wieder. Auf diese Weise wird ein konstanter Druck aufrechterhalten. Den Antrieb des Kompressors übernimmt ein Elektromotor, der die Kurbelwelle antreibt, die mit dem Kolben verbunden ist. Hinsichtlich des erreichbaren Drucks unterscheidet man:
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Funktionsprinzip eines Kolbenkompressors.@KATEGORIE@(/pistove-kompresory/)(10,random)(slider)
Schraubenkompressoren
Schraubenkompressoren haben weniger bewegliche Teile, weshalb ihr Lauf leiser und vibrationsfrei ist. Gegenüber Kolbenkompressoren sind sie größer, widerstandsfähiger und verfügen über eine längere Lebensdauer. Ihr Platz ist eher in Industriebetrieben als in Werkstätten. Gleichzeitig sind sie jedoch teurer.
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Die Basis eines Schraubenkompressors ist – wie der Name schon sagt – ein Paar ineinandergreifender Schrauben (Rotoren). Durch deren Drehung und Annäherung wird die Luft im Zwischenraum komprimiert und ihr Druck erhöht. Genau wie beim Kolbenkompressor wird die Luft von einer Seite angesaugt und auf der anderen Seite in den Kessel ausgestoßen. Für den Antrieb der Schrauben sorgt wieder ein Elektromotor, dessen Leistung Sie durch den Anschluss eines Frequenzumrichters regulieren können. Um die Reibung und die Betriebstemperatur zu senken, werden auf die beweglichen Teile des Kompressors in der Regel Mineralöle und andere Schmiermittel aufgetragen. Es gibt aber auch ölfreie Versionen (siehe unten). |
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Wie geht man bei der Wahl eines Kompressors für Werkstatt oder Betrieb vor?
Überlegen Sie sich bei der Auswahl des Geräts zunächst einige Schlüsselfragen:
- Wie oft wird der Kompressor in Betrieb sein?
- Welches Volumen an Druckluft werden Sie benötigen?
- In welcher Qualität benötigen Sie die Druckluft?
Diese Tabelle dient dem schnellen Vergleich |
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| Kompressortyp | Nutzungshäufigkeit | Maximaler Luftdruck (unsere Kompressoren) |
Leistungsregelung | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kolbenkompressor | ideal 4–6 Schaltungen pro Stunde max. 10 Schaltungen/Std. |
11 bar (einstufige Geräte) 16 bar (mehrstufige Geräte) |
mittels Druckschalter | |||||||||
| Schraubenkompressor | Dauerbetrieb | 16 bar | Druckschalter Frequenzumrichter Ansaugklappen |
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1) Häufigkeit der Kompressornutzung
Es gilt, dass für den gelegentlichen Einsatz in der Heimwerkstatt oder in einem kleinen Betrieb ein Kolbenkompressor die ideale Wahl ist. Sie können ihn nach Bedarf ein- und ausschalten. Man muss jedoch bedenken, dass diese Modelle bei jedem Einschalten verschleißen. Bei häufigerer Nutzung bzw. bei längerem Lauf überhitzen Kolbenkompressoren und nehmen Schaden. Die ideale Betriebsfrequenz ist:
- 4 Einschaltungen pro Stunde, Laufintervall höchstens 10 Minuten (Kompressoren für kleine Werkstätten und Garagen),
- 6 Einschaltungen pro Stunde, max. Intervall 20 Minuten (Kompressoren für den professionellen Einsatz).
Für den dauerhaften und intensiven Betrieb sind hingegen Schraubenkompressoren besser geeignet, die für den Dauerlauf und höhere Leistungen konzipiert sind. Bei Schraubenkompressoren können Sie zudem eine bessere Leistungsregelung und eine effizientere Aufbereitung der Druckluft erwarten. Achten Sie bei beiden Gerätetypen auf rechtzeitigen Ölwechsel, Filterelemente und allgemein auf eine korrekte Wartung.
Regeln für die Nutzung eines Kolbenkompressors
Damit Ihnen Ihr Kolbenkompressor lange und zuverlässig dient, ist es wichtig, einige Grundsätze zu beachten:
- Wechseln Sie Einschalt- und Ausschaltzeit im Verhältnis 3:1 ab – das bedeutet, wenn der Kompressor z. B. 9 Minuten läuft, lassen Sie ihn anschließend 3 Minuten ruhen.
- Begrenzen Sie die Anzahl der Schaltungen – höchstens 10 pro Stunde. Häufiges Schalten führt zu übermäßigem Verschleiß des Motors und des Aggregats selbst.
Ob man einen Kolbenkompressor wählt, hängt u. a. auch vom gesamten täglichen Druckluftvolumen ab (unter Berücksichtigung notwendiger Betriebspausen – Berechnung siehe unten).
Regeln für die Nutzung eines Schraubenkompressors
Schraubengeräte sollten jeden Tag genutzt werden. Der Kompressor muss mindestens einmal alle 24 Stunden auf eine Betriebstemperatur von 80 °C kommen, damit (mithilfe des Ölabscheiders) überschüssige Feuchtigkeit entfernt wird, die durch Kondensation entsteht. Andernfalls korrodiert der Schraubenblock schnell.
Die Leistung eines Schraubenkompressors können Sie durch den Anschluss eines Frequenzumrichters regulieren, der durch Änderung der Antriebsdrehzahl je nach Bedarf die Leistung des Kompressors, also die gelieferte Druckluftmenge, senkt oder erhöht. Bei günstigeren Geräten übernimmt eine Ansaugklappe eine ähnliche Rolle.
Details finden Sie im Artikel über den effizienten Betrieb von Schraubenkompressoren.
2) Benötigtes Luftvolumen des Kompressors
Bei der Auswahl eines Kompressormodells müssen Sie wissen, wie viel Luft Sie in Ihrer Werkstatt oder Ihrem Betrieb verbrauchen. Dies kann durch eine gründliche Analyse der Nutzung der einzelnen pneumatischen Geräte und Arbeitsgänge erfolgen.
Als grobe Schätzung des Verbrauchs dient diese Tabelle:
Anwendung |
Luftverbrauch |
| Heimwerkstätten, Reifen aufpumpen, Ausblasen, Spritzen kleiner Flächen | 50 bis 160 l/min |
| Heimwerkstätten, Montagearbeitsplätze, weniger leistungsstarke Druckluftwerkzeuge, Spritzen mittelgroßer Flächen | 100 bis 260 l/min |
| mittelschwere Druckluftwerkzeuge, NC-Maschinen mit geringerem Verbrauch, Spritzen großer Flächen | 260 bis 410 l/min |
| professionelle Betriebe, Industrietrockner, NC-Maschinen, leistungsstarke Druckluftwerkzeuge | 410 bis 660 l/min |
Die Wahl des Kompressors nach Luftverbrauch richtet sich dann nach der Größe des Kessels (Druckbehälters), der an dem jeweiligen Gerät angebracht werden kann.
Beachten Sie gleichzeitig, dass für große stoßweise Entnahmen (typischerweise beim Ausblasen, Farbspritzen, Sandstrahlen) ein großer Druckbehälter besser geeignet ist. Zum Antrieb von Fertigungsstraßen und anderen Anwendungen mit stetiger Luftentnahme benötigen Sie einen Schraubenkompressor mit einem kleineren Kessel.
Stellen Sie sich vor, Sie erwägen für Ihre Werkstatt, in der Ihr Luftverbrauch 100 l/min beträgt, den Kauf eines Kolbenkompressors mit folgenden Parametern:
- Kesselvolumen: 100 l,
- Ansaugleistung (Geschwindigkeit der Luftansaugung) 250 l/min
- Maximaldruck der Maschine: 10 bar
Bei 1 bar könnte der Kompressor 1 × 100 Liter Luft in den Kessel drücken (also das Volumen des Behälters), bei einem Druck von 10 bar sind es 10 × 100 l = 1.000 Liter Luft.
Wie lange dauert das vollständige Aufpumpen? Wir wissen nun, dass 1.000 Liter Luft in den Kessel passen – und gleichzeitig wissen Sie, dass die Liefermenge 250 Liter pro Minute beträgt. Die Rechnung ist dann einfach: 1.000 l / 250 l/min = 4 min.
Das bedeutet aber nicht, dass Sie die 1.000 Liter Luft sofort verbrauchen könnten. Damit wir das Gerät effizient nutzen können, muss der Kompressor einen gewissen Druck im Behälter belassen. Wenn dessen Wert unter ein bestimmtes Niveau sinkt, schaltet sich der Kompressor wieder ein und beginnt, weitere Luft anzusaugen.
In der Praxis liegt dieser Einschaltdruck in der Regel bei 6,5 bar. Die meisten Druckluftwerkzeuge benötigen für ihre Funktion nämlich eine Druckkraft von 6 bar.
Die Differenz zwischen dem Maximaldruck (Abschaltdruck) der Maschine (10 bar) und dem Einschaltdruck (6,5 bar) wird Hysterese genannt. In unserem Fall beträgt die Hysterese also 10 bar - 6,5 bar = 3,5 bar. Bei 1.000 Litern verbleiben also immer 650 Liter Luft im Behälter und für den sofortigen Verbrauch stehen uns nur 350 Liter zur Verfügung.
Wenn Sie also die gesamten 350 Liter verbrauchen, schaltet sich der Kompressor ein und das Gerät füllt die verbrauchte Luft in 1 Minute und 24 Sekunden nach (350 l / 250 l/min = 1,4 min).
In der Praxis warten Sie aber in der Regel nicht, bis das Gerät die gesamte verbrauchte Luft nachgefüllt hat:
- Zuerst schalten Sie das Gerät ein, warten bis es Druck aufgebaut hat und verbrauchen dann in 3,5 Minuten die bereitgestellten 350 Liter (Ihr Arbeitsverbrauch beträgt, wie oben geschrieben, 100 Liter pro Minute, also: 350 l / 100 l/min = 3,5 min).
- Danach arbeiten Sie mit dem Kompressor weiter, während das Gerät die verbrauchte Luft nachfüllt. Das bedeutet, von den 250 Litern, die das Gerät pro Minute nachfüllt, verbrauchen Sie in der gleichen Zeit 100 Liter (die effektive Liefermenge beträgt also 250 l/min - 100 l/min = 150 l/min). Die verbrauchten 350 Liter werden also in 2 Minuten und 20 Sekunden nachgefüllt (350 l / 150 l/min = 2,33 min).
Bei fortlaufendem Luftverbrauch hat der Kompressor wieder 3,5 Minuten Pause (muss keine Luft verdichten und läuft nicht) und schaltet dann wieder für 2,33 Minuten ein (läuft). Der gesamte Zyklus des Kompressors beträgt also 5 Minuten und 50 Sekunden (3,5 min + 2,33 min = 5,88 min).
Und da wir aus den vorherigen Zeilen wissen, dass bei Kolbenkompressoren höchstens 10 Schaltungen pro Stunde empfohlen werden, können wir ein Gerät mit einer Ansaugleistung von 250 l/min für eine Werkstatt mit einem Verbrauch von 100 l/min kaufen.
3) Qualität der Druckluft
Bei herkömmlichen Kompressoren gelangen durch das Vorhandensein von Schmiermitteln Ölrückstände in die Druckluft. Während dies im Werkstatt- und Maschinenbaubetrieb kein wesentliches Hindernis darstellt, darf in bestimmten Branchen (Bierausschank, Lebensmittel- und Arzneimittelherstellung, Gesundheitswesen u. a.) keine Spur von Schmiermittel in der Luft verbleiben. Die konkrete Konzentration legt die Druckluft-Qualitätsnorm ISO 8573-1 fest.
In Schraubenkompressoren wird das Öl von der Druckluft getrennt, diese durchläuft dann noch einen Filter. Es gibt auch Schraubenkompressoren, die kein Öl benötigen und durch Flüssigkeitseinspritzung gekühlt werden.
Sich im breiten Angebot an Kompressoren zurechtzufinden, ist nicht einfach. Daher stellen wir in den folgenden Zeilen Parameter von Modellen für verschiedene Anwendungen vor.
Kolbenkompressoren für Handwerker sowie kleine und mittlere Betriebe
Für die Heimwerkstatt oder den Betrieb sind Kolbenkompressoren geeignet, die ausgestattet sind mit:
- Betrieb mit automatisiertem Druckschalter,
- zwei Manometern zur Überwachung des Betriebsdrucks und des Kesseldrucks,
- direktem Anschluss des Kompressors an den Antrieb,
- Nachkühler zur Senkung der Feuchtigkeit in der Druckluft.
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Was man aus dem Artikel mitnehmen sollte?
- Für die Werkstatt ist ein Kolbenkompressor ideal, während sich für den industriellen Dauerbetrieb ein Schraubenkompressor eignet.
- Kolbenkompressoren sind mobil, günstiger, aber lauter, während Schraubenkompressoren leiser, langlebiger und für eine intensivere Nutzung geeignet sind.
- Wählen Sie den Kompressor (bzw. Kessel) u. a. auf Basis Ihres Luftverbrauchs aus.
- Für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie und im Gesundheitswesen wählen Sie ölfreie Kolbenkompressoren bzw. Schraubengeräte mit lebensmittelechtem Öl.