Kompressoren oder „Verdichter“ gibt es schon seit Tausenden (!) von Jahren – als unverzichtbares Hilfsmittel bei der Herstellung von hochwertigen Metallen. Moderne Schraubenkompressoren sind hingegen eine relativ neue Erfindung aus dem 20. Jahrhundert. Was zeichnet die Technologie im Detail aus und wo kommt sie heute zum Einsatz? Antworten gibt es hier!
1. Wie genau funktioniert ein Kompressor?
Die deutsche Übersetzung „Verdichter“ macht die Aufgabe eines Kompressors sehr schön deutlich: Die Maschine erhöht den Druck und die Dichte von angesaugten Gasen bzw. von Luft, wobei unterschiedliche Konstruktionen zum Einsatz kommen. Experten unterscheiden zwischen sogenannten Kolben-, Schrauben- und Turboverdichtern. In diesen Maschinen …
- kommen entweder Kolben zum Einsatz, die per Auf- und Abbewegung die Luft verdichten,
- oder die Konstruktion besteht aus zwei parallel angeordneten Rotoren („Schrauben“) mit einem schraubenförmigen Profil, das beim Ineinandergreifen das Gas weitertransportiert und es gegen eine Wand drückt. Alternativ dazu wird der Gasdruck durch eine zunehmende Steigung der Verzahnung sichergestellt.
- Oder das Gas fließt durch verschiedene Verdichterstufen (mit kleinen Leiterschaufeln), die hintereinander auf einer Welle angeordnet werden. Das Ganze ähnelt einer Flugzeug-Turbine – nur in umgekehrter Richtung.
Grundprinzip eines Turboverdichters: Die Verdichterstufen sind hintereinander auf einer Welle angeordnet.
Quelle: NASA, Public domain, via Wikimedia Commons, https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/ca/Axial_compressor.gif
2. Wo kommt diese Technologie zum Einsatz?
Kompressoren gibt es in unzähligen Bauformen und Einsatzbereichen – am bekanntesten ist wahrscheinlich die Erzeugung von Druckluft, die man zum Beispiel für diverse Reinigungsprozesse in der Industrie, beim Transport oder bei der Kühlung von Komponenten in der Produktion benötigt. Überhaupt sind sehr viele Herstellungsprozesse auf Druckluft angewiesen. Man denke hier etwa an Lackieranlagen, das Sandstrahlen oder druckluftbetriebene Schlagschrauber. Nicht zuletzt ist in vielen Motoren ein Kompressor verbaut. Er versorgt den Antrieb mit verdichteter Luft (und somit mit mehr Sauerstoff), was für einen zusätzlichen Leistungsschub sorgt.
3. Wer hat’s erfunden?
Es mag vielleicht überraschen – weil man nicht direkt darauf kommt –, aber die Erfindung des ersten Kompressors liegt Jahrtausende (!) zurück, denn Darstellungen von fußbetriebenen Blasebälgen finden sich bereits in ägyptischen Hieroglyphen. Als die Menschheit damit anfing, hochwertige Metalle wie Eisen herzustellen, war die Entwicklung von leistungsstarker Druckluft-Technologie dieser Art unumgänglich, weil man nur auf diese Weise sehr hohe Temperaturen von über 1.000 Grad erzeugen kann. Auch weitergehende Anwendungen von Druckluft sind teilweise bereits mehr als hundert Jahre alt. So gab es bereits im 19. Jahrhundert pneumatische Bremsen für Eisenbahnen oder Rohrpost-Systeme mit Druckluft-Antrieb. Wer als erster einen echten Kompressor in der heutigen Form entwickelt hat, lässt sich nicht mehr abschließend klären. Dem schwedischen Ingenieur Alfred Lysholm gelang es im Jahr 1955, den ersten funktionsfähigen Schraubenkompressor herzustellen – allerdings ohne großen Erfolg im Markt, denn die internen Leistungsverluste an den Schrauben waren zu groß. Der entscheidende Durchbruch bei dieser Technologie war dann rund 40 Jahre später mit der Verwendung einer Öleinspritzung in die Kompressor-Stufe, was die Verlustrate minimiert.
Abbildung eines Kolbenkompressors aus „Meyers Konversationslexikon“ gegen Ende des 19. Jahrhunderts. Das Kolbenprinzip inklusive Schubstangen ist hier schön zu erkennen.
Quelle: Autor/-in unbekanntUnknown author, Public domain, via Wikimedia Commons, https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/96/Meyers_b10_s0995_b1.png
4. Was bedeutet das alles für die Produktion von Kompressoren?
Gerade die angesprochenen Rotoren bzw. „Schrauben“ sind hochpräzise Hightech-Produkte: Das zentrale Bauteil in Rotations- und Schraubenkompressoren muss dauerhaft hohen Belastungen standhalten und verschließfest sein – und das bei extremen Drehzahlen von rund 25.000 Umdrehungen pro Minute. Zudem ist die Profilform maßgeblich verantwortlich für die Leistung der Geräte. Sie werden deshalb mit höchster Präzision gefertigt, wofür das abschließende Profilschleifen sorgt. EMAG hat speziell für diese Aufgabe Schleifmaschinen entwickelt. Sie punkten mit ganzheitlichen Prozessen – inklusive schneller Formatwechsel für eine große Werkstückvielfalt. In der Folge kommen zum Beispiel eine CBN-Schleifscheibe für das Schruppen und eine Keramik-Schleifscheibe für den Schlichten zum Einsatz. Beides Prozesse läuft direkt hintereinander ab.
Rotor eines Luftkompressors, gefräst auf einer EMAG CLC 260 HW.
5. Was bringt die Zukunft?
Die Digitalisierung macht vor Kompressoren nicht halt. Hersteller arbeiten zum Beispiel an einer Echtzeit-Überwachung der Prozesse, wobei Sensoren die auftretenden Schwingungen oder Temperaturen messen. Anschließend kann man die dazugehörigen Daten auswerten, um Anomalien frühzeitig zu erkennen – gerade in anspruchsvollen Anwendungsbereichen wie in der Energie- und Chemieindustrie sollten ungeplante Ausfälle von Kompressoren vermieden werden. Gleichzeitig rückt der Energieverbrauch verstärkt in den Fokus. So lässt sich die benötigte Strommenge etwa verringern, wenn der dazugehörige Motor immer nur so viel Leistung erbringt, wie die Pumpe tatsächlich benötigt. Kurz gesagt: Der Kompressor der Zukunft ist smart und grün.
Profilschleifen sorgt für hochgenaue Oberflächen von Schraubenkompressoren. Bearbeitung auf einer EMAG GRX 500 H.
