Ölfreie Kompressoren liefern reine Luft

Die Bosch-Gruppe verdankt ihren Erfolg in hohem Maße der Innovationskraft ihrer Entwickler und Konstrukteure. Um die Spitzenstellung zu halten, finden in den Laboratorien am Hauptsitz auf der Schillerhöhe in Gerlingen außer Grundlagenforschung auch Vorversuche statt. Zum Bau von Prototypen stehen darüber hinaus Reinraumlabore zur Verfügung. Für diese Aufgaben benötigt Bosch Druckluft in hoher Qualität und hoher Verfügbarkeit rund um die Uhr.

Weil die vorhandenen Verdichter wartungsanfälliger wurden, entschloss man sich zum Austausch der Kompressoren. Es wurde eine völlig neue Drucklufterzeugung ausgeschrieben, die drei neue Verdichter für den zentralen Kompressorraum vorsah und je eine kleine Maschine für zwei Nebengebäude. Alle drei Gebäude sind über eine Ringleitung verbunden, die nur bei Bedarfsspitzen geöffnet wird. Die Druckluft muss ölfrei und trocken sein.

Kompressoren arbeiten mit zwei Schraubenpaaren

Compair hat die Ausschreibung mit Kompressoren der Pure-Air-Verdichterbaureihe der Serie DH gewonnen. Die Konstruktion unterscheidet sich grundlegend von bisherigen ölfreien Verdichtern, weil sie auf zwei parallel angeordnete Schraubenpaare verzichtet. Den Kern des Verdichterblocks bilden ein direkt angetriebenes Ein-Schrauben-Kompressorenelement und zwei Schieberrotoren aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, die im 90°-Winkel zum Hauptrotor angeordnet sind.

Die Luft wird in zwei Kammern ober- und unterhalb des Hauptrotors komprimiert. Bei einer Drehzahl von 2960 min-1 wird ein Volumenstrom erreicht, für den herkömmliche Schraubensysteme bis zu 20 000 min-1 benötigen. Das ausgeglichene Pulsationsniveau führt zu geringen Schwingungs- und Schallwerten.

In das Kompressionselement eingespritztes Wasser, gereinigt in einem vollständig integrierten Umkehrosmose-Membranfiltersystem, sorgt für Schmierung, Abdichtung und Kühlung. Die Kühleigenschaften von Wasser ermöglichen den Betrieb des Kompressors mit niedrigen Verdichtungstemperaturen.

Energieeffizienter Kompressor bietet nahezu isothermische Verdichtung

Die Folge sind eine nahezu isothermische Verdichtung, ein geringer Energieverbrauch und ein sehr hoher Wirkungsgrad. Dazu trägt auch der getriebelose Antriebsstrang bei: Die Regelelektronik übernimmt die Aufgaben eines mechanischen Getriebes. Dies hat zugleich den Vorteil, dass man im Vergleich zu anderen bekannten Kompressorsystemen auf viele zusätzliche Bauteile verzichten kann und eine sehr kompakte Bauweise erreicht.

Den Entwicklern ist es durch den getriebelosen Direktantrieb und die Verwendung von gekapselten, auf Lebensdauer geschmierten Lagern gelungen, den Verdichtungsraum absolut ölfrei zu halten. Auch Öl- und Ölfilterwechsel entfallen und erst nach 28 000 Betriebsstunden wird ein Wechsel der Carbonfaser-Dichträder erforderlich.

Im Kompressorenraum des Forschungszentrums wurden zwei Modelle vom Typ D 75 HSR mit 75 kW drehzahlgeregelter Motorleistung installiert, die jeweils bis zu 13,6 m3/min Druckluft erzeugen, sowie ein D 37 H mit Festdrehzahl. In den beiden Nebengebäuden gewährleistet jeweils ein D 15 H mit einem Volumenstrom von 2,48 m3/min die Druckluftversorgung.

Kompressor wird von Reluktanzmotor angetrieben

Die drehzahlgeregelten 75-kW-Maschinen werden von Reluktanzmotoren angetrieben, die im Vergleich zu konventionellen Drehstrommotoren in einem sehr viel weiteren Volumenstrombereich bei hohem Wirkungsgrad regelbar sind. Der günstige Energieverbrauch ist auch an der niedrigen Austrittstemperatur der Druckluft zu erkennen, die sich sowohl durch die Wassereinspritzung als auch durch das niedrige Drehzahlniveau erklärt: Die Wärmeverluste sind nur gering; die Druckluft verlässt mit einer Austrittstemperatur von unter 35 °C den Verdichter.

Das kommt nicht nur dem Energiekosten-Budget, sondern auch der Druckluftqualität zugute: Bei den vorhandenen, warmregenerierenden Adsorptionstrocknern, die den Drucktaupunkt konstant auf unter -70 °C halten, wurde nach der Installation der Verdichter eine Drucktaupunktverbesserung festgestellt, zudem müssen die Trockner seltener in die energieaufwändige Regenerationsphase schalten. Das erklärt sich durch die niedrige Eintrittstemperatur der Druckluft: Je kälter die Luft, desto geringer ihre Fähigkeit, Wasser an sich zu binden.

Nach knapp einem Jahr können die Verantwortlichen eine rundum positive Bilanz ziehen. Die Kompressoren DH 75 SR haben eine Grundlastwechselschaltung und einen automatischen Wiederanlauf nach einem kurzzeitigen Stromausfall. Damit würde auch dann die Druckluftversorgung sichergestellt, wenn die Drucklufterzeugung während eines Dauertests durch einen Stromausfall unterbrochen wird.

Dipl.-Ing. Norbert Nitsche ist Key Account Manager stationäre Druckluftsysteme bei der Compair Drucklufttechnik GmbH.