Wie man mit Druckschaltern umgeht

• Wozu dient der Druckschalter im Kompressor
• Wie funktioniert ein Druckschalter
• Wie man den Druckschalter zur Steuerung des Kompressors nutzt
• Einstellen von Druckschaltern

Wozu dient der Druckschalter im Kompressor

Die vom Kolben des Kompressors verdichtete Luft wird in den Druckbehälter, also in den Druckluftbehälter, gedrückt. Der Druckschalter sorgt dafür, dass die Druckluft im Druckluftbehälter genau den Druck hat, den wir brauchen. Das funktioniert einfach: Der Druckschalter überwacht den Druck im Druckluftbehälter, und sobald der Druck unter die eingestellte untere Grenze fällt, schaltet der Schalter ein und schließt den Stromkreis. Dadurch läuft der Elektromotor an, der den Kompressor antreibt. Sobald der Druck auf die eingestellte obere Grenze steigt, schaltet der Druckschalter ab und der Kompressor bleibt stehen. Durch den Verbrauch oder auch durch eine Temperaturänderung sinkt der Druck im Druckluftbehälter wieder. Fällt der Druck unter die eingestellte untere Grenze, schaltet der Schalter den Kompressor erneut ein. Und so geht es immer weiter.

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Der Druckschalter startet und stoppt den Kompressor also so, dass der Druck im Druckluftbehälter ständig zwischen zwei eingestellten Druckwerten bleibt:

- Einschaltdruck – die untere Druckgrenze, bei der sich der Kompressor einschaltet
- Ausschaltdruck – die obere Druckgrenze, bei der sich der Kompressor ausschaltet

Die Differenz zwischen Einschalt- und Ausschaltdruck wird als Hysterese oder auch als Schaltdifferenz bezeichnet. Den Wert finden Sie unter den Parametern der Druckschalter.

Wie funktioniert ein Druckschalter

Ein Druckschalter, auch Pressostat genannt, ist ein Gerät, das einen Stromkreis in Abhängigkeit von der Höhe des Drucks schaltet. Der Schalter hat zwei Grundbestandteile:

- Einen Sensor zur Druckmessung – ein federndes Element, z. B. eine Membran mit Dehnungsmessstreifen. Der Luftdruck verformt die Membran, und dadurch ändert sich in den Dehnungsmessstreifen der elektrische Widerstand. Und weil die Dehnungsmessstreifen in einer Messbrücke verschaltet sind, lässt sich anhand des elektrischen Signals die Höhe des wirkenden Drucks bestimmen.

- Elektrische Kontakte, die den Stromkreis je nach gemessenem Druck schließen oder öffnen.

Schließer-, Öffner- und Wechselkontakte

Nach der Funktion unterscheiden wir Schalter mit Schließer-, Öffner- und Wechselkontakten. Bei der Auswahl des Schalters können wir uns nach dem Symbol richten, das die Funktion des Schalters andeutet:

Ein Schließer ist im Ruhezustand, also bei niedrigem Druck, geöffnet (der Stromkreis ist unterbrochen und der Kompressor läuft nicht). Der Schließer schaltet erst dann ein (und startet den Kompressor), wenn der Druck den eingestellten Wert erreicht. Verwendet wird dafür auch die Abkürzung NO – normally open.

Ein Öffner 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. Verwendet wird dafür auch die Abkürzung NC – normally closed.

Wechselkontakte funktionieren so, dass der Schalter von einem Kontakt auf den anderen umschaltet. Der Vorteil ist, dass dieser Schalter universell einsetzbar ist. Wenn Sie sich nicht sicher sind, welchen Schaltertyp Sie brauchen, schaffen Sie sich einen Schalter mit Wechselkontakten an und nutzen Sie den einen oder den anderen Kontakt.

Ein Schalter mit Wechselkontakten lässt sich auch zur Störungserkennung nutzen. In der einen Stellung wird der störungsfreie Betrieb signalisiert, und dieser Kontakt kann eine grüne Kontrollleuchte einschalten. Im Störungsfall schaltet der Schalter auf den anderen Kontakt um, und dieser lässt eine rote Kontrollleuchte aufleuchten.

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Wie man den Druckschalter zur Steuerung des Kompressors nutzt

Zur Steuerung von Kompressoren können entweder einfache und günstige Druckschalter oder robuste, teure Schalter verwendet werden, die für diesen Zweck ausgelegt sind.

a) Einsatz einfacher Schalter
z. B. elektromechanische Druckschalter der Baureihe DRS für 42 V/5A

I. Ein Druckschalter mit Öffnerkontakt

Die einfachste Lösung nutzt einen Druckschalter mit Öffnerkontakt, dessen Kontakte nur für kleine Ströme ausgelegt sind. Der Kontakt ist bei niedrigem Druck geschlossen, sodass Strom zum Motor gelangt, der den Kompressor antreibt, welcher die Luft verdichtet. Der Druck im Druckluftbehälter steigt, bis er die eingestellte obere Grenze, also den Ausschaltdruck, erreicht. Der Schalter öffnet und der Kompressor bleibt stehen. Der Luftdruck sinkt dann durch den Verbrauch allmählich ab. Und wenn er auf die untere Grenze, also auf den Einschaltdruck, fällt, schließt der Kontakt wieder, der Kompressor läuft an, der Druckluftbehälter wird gefüllt und der Schalter öffnet.

Wie es so ist, hat diese einfache Lösung auch ihre Grenzen:

1. Sie eignet sich nur für Kompressoren mit geringer Leistung, weil die Kontakte einfacher Schalter keine große Strombelastung vertragen.
2. Die Schaltdifferenz (der Unterschied zwischen Einschalt- und Ausschaltdruck) kann zu klein sein. Dann kann es passieren, dass sich der Kompressor ständig ein- und ausschaltet, und zwar auch dann, wenn wir gar keine Luft verbraucht haben. In den Druckluftbehälter gelangt nämlich im Kompressor erwärmte Luft, und durch ihr Abkühlen kann der Druck so weit sinken, dass ein Schalter mit kleiner Schaltdifferenz den Kompressor erneut einschaltet. Bei einfachen Druckschaltern lässt sich die Schaltdifferenz nicht einstellen, sie beträgt üblicherweise 15 bis 20 %.

II. Druckschalter mit Leistungsrelais

Die begrenzte Kompressorleistung lösen wir dadurch, dass wir den Druckschalter mit einem Leistungsrelais, also einem Schütz, verschalten. Die Kontakte des Relais sind nämlich so konstruiert, dass sie eine höhere Last vertragen. So können wir auch Kompressoren mit höherer Leistung ein- und ausschalten. Im Schema links ist der Anschluss eines einphasigen Elektromotors dargestellt und im Schema rechts der Anschluss eines dreiphasigen Elektromotors.

Durch den Einsatz eines Leistungsrelais erhalten wir zwar eine größere Strombelastbarkeit, sind aber immer noch nicht in der Lage, die Schaltdifferenz einzustellen.

III. Zwei Druckschalter mit Relais in Selbsthalteschaltung

Durch die Verschaltung von zwei Druckschaltern nach diesem Schema lösen wir beide Einschränkungen – sowohl die Strombelastbarkeit der Kontakte für das Schalten leistungsstarker Kompressoren als auch die Einstellung der Schaltdifferenz.

Wie funktioniert das?

Der Drucksensor S1 hat den Einschaltdruck an der unteren Grenze des Betriebsdrucks p1 eingestellt und schaltet den Kompressormotor ein.

Der Druckschalter S2 hat den Ausschaltdruck an der oberen Grenze des Betriebsdrucks p2 eingestellt und stoppt den Kompressormotor.

Die Schaltdifferenz ergibt sich als Differenz zwischen dem Einschaltdruck p1 und dem Ausschaltdruck p2.

Wenn der Druck im Druckluftbehälter unter die untere Grenze p1 fällt, schaltet der Schalter S1 ein und der Motor lässt den Kompressor anlaufen. Der Druck im Druckluftbehälter steigt, und sobald er die untere Grenze p1 erreicht, öffnet der Schalter S1 zwar, der Kompressor läuft aber dank der Überbrückung weiter, die das Relais mit einem Hilfs-Haltekontakt bildet. Sobald der Druck jedoch auf die obere Grenze p2 steigt, trennt der zweite Druckschalter S2 den gesamten Stromkreis und der Kompressor bleibt stehen.

Das Relais kann entweder einen Leistungskontakt für einen einphasigen Motor oder drei Leistungskontakte für einen dreiphasigen Motor haben, wie unser Schema zeigt.

b) Robuster Druckschalter zur Steuerung von Kompressoren

Zur Steuerung leistungsstarker Kompressoren eignen sich robustere und teurere Druckschalter. Diese Schalter erfreuen mit folgenden Vorzügen:

Sie haben Kontakte mit hoher Strombelastbarkeit. Wir setzen sie bedenkenlos zur Steuerung leistungsstarker Kompressoren ein. Sie ermöglichen es, den Einschaltdruck und die Schaltdifferenz einzustellen. Die Sorge, dass sich der Kompressor unnötig ein- und ausschaltet, entfällt.

• Sie haben einen eingebauten thermischen Motorschutz.
  - Käme es zu einer Überlastung oder zum Ausfall einer oder mehrerer Phasen, könnte der dreiphasige Motor nicht anlaufen und es drohte, dass er durchbrennt. Deshalb blockiert der thermische Schutz in diesem Fall das Anlaufen des Motors.

Einstellen von Druckschaltern

Bei einem gekauften Druckschalter ist immer zu prüfen, bei welchem Druck er ein- und ausschaltet. Wenn die Einstellung nicht passt, ändern wir sie. Dafür haben die Schalter ein Bedienelement, meist eine Einstellschraube. Ein zweites Einstellelement haben Druckschalter mit einstellbarer Schaltdifferenz.

Die Einstellelemente sind entweder mit einem kalibrierten Ring oder einem Schieber versehen, der die Druckwerte anzeigt, auf die der Druckschalter dann eingestellt wird. Meist sitzt am Schalter jedoch nur eine Schraube ohne Anzeige, sodass wir anfangs nicht wissen, auf welchen Druck der Schalter gerade eingestellt ist. Zum Einstellen des Schalters muss außerdem ein Manometer an den Druckluftbehälter angeschlossen werden, an dem wir die Druckänderungen verfolgen.

Einstellen des Ausschaltdrucks des Kompressors

Die Einstellschraube ist in der Regel so konstruiert, dass sich Einschalt- und Ausschaltdruck durch Drehen nach rechts erhöhen und durch Drehen nach links verringern.

1. Wir füllen den Druckluftbehälter mit dem Kompressor und stellen zunächst am Manometer fest, bei welchem Druck der Schalter öffnet, also den Kompressor stoppt. Jetzt wissen wir, wo die obere Grenze liegt, also auf welchen Ausschaltdruck der Schalter eingestellt ist.
2. Wir lassen den Druckluftbehälter ab und stellen fest, bei welchem Druck sich der Kompressor wieder einschaltet. Und das ist die untere Grenze, also der Einschaltdruck, auf den der Druckschalter eingestellt ist.
3. Wenn die gegebene Einstellung nicht passt, verändern wir die Position des Einstellelements leicht, lassen den Druckluftbehälter ab und wiederholen die Probe.
4. Wir wiederholen den Vorgang, bis wir den gewünschten Ausschalt- und Einschaltdruck des Druckschalters erreicht haben.

Einstellen der Schaltdifferenz

Bei Druckschaltern mit fest eingestellter Schaltdifferenz müssen wir uns mit der Angabe in Prozent begnügen (üblicherweise 15 bis 20 %). Stellen wir also die obere Grenze ein, also den Wert des Ausschaltdrucks, so liegt der Wert der unteren Grenze, also des Einschaltdrucks, um 15 bis 20 % niedriger.

An robusten und teureren Schaltern finden wir noch eine weitere Einstellschraube, mit der wir die Schaltdifferenz einstellen.

1. Nach dem oben beschriebenen Vorgehen stellen wir zuerst den Ausschaltdruck ein und ermitteln durch Ablassen des Druckluftbehälters den Einschaltdruck.
2. Wenn uns die Differenz zwischen Einschalt- und Ausschaltdruck nicht passt, drehen wir die Schraube zum Einstellen der Schaltdifferenz leicht und stellen fest, wie sie sich verändert hat.
3. Wir wiederholen den Vorgang, bis wir die Schaltdifferenz erreichen, die uns passt.

Hinweis: Durch das Einstellen der Schaltdifferenz verschieben sich üblicherweise jedoch beide Grenzen, sowohl der Einschalt- als auch der Ausschaltdruck. Deshalb müssen sie kontrolliert und angepasst werden

Einsatz eines Druckreglers

Wenn uns ein Druckregler zur Verfügung steht, müssen wir nicht den ganzen Druckluftbehälter füllen und ablassen. Wir schließen den Druckregler an den Druckschalter an und stellen mit seiner Hilfe Einschalt- und Ausschaltdruck ein. Dann schließen wir den Druckschalter an den Druckluftbehälter an und prüfen, ob er richtig ein- und ausschaltet. Mit einem Druckregler sind üblicherweise spezielle Arbeitsplätze zum Einstellen von Druckschaltern ausgestattet