Schraube oder Drehkolben?

Autoren Peter Werhahn Produktmanager, Kaeser Kompressoren Daniela Koehler Pressesprecherin, Kaeser Kompressoren

Angesichts steigender Energiepreise spielt besonders die Energieeffizienz bei der Verdichterwahl eine wichtige Rolle. Je nach Einsatzgebiet bieten sich für den Niederdruckbereich verschiedene Lösungen an. Die beiden bekanntesten und am weitesten verbreiteten sind Drehkolben- und Schraubengebläse. Beide haben unterschiedliche Stärken und sind für unterschiedliche Bedingungen ideal. Vor der Entscheidung für ein System ist es deshalb wichtig, zunächst genau zu analysieren, wie der eigene Bedarf an Druckluft aussieht. Erst danach lässt sich sagen, welche Lösung langfristig am effizientesten ist.

Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Methoden der Verdichtung. Die sogenannte isochore Verdichtung und die innere Verdichtung. Isochore Verdichtung heißt, dass die Förderung der Druckluft ohne innere Verdichtung im Verdichterblock erfolgt. Das im Block eingeschlossene Luftvolumen bleibt gleich. Diese Methode ist das Arbeitsprinzip von Drehkolbengebläsen. Die Rotoren im Inneren sind durchlaufend geradlinig profiliert. Drehkolbengebläse nehmen ein bestimmtes Volumen an Luft in die Arbeitskammer auf, schließen diese durch die Drehung ab und bringen sie in derselben Größe mit der Ausschubseite in Verbindung, wo der Inhalt ausgeschoben wird. Die sich trotzdem ergebende Druckerhöhung auf maximal 1000 mbar erfolgt nur dadurch, dass bereits verdichtete Luft zurückströmt. Drehkolbengebläse ermöglichen bis zu 1000 mbar Überdruck bei Ansaugvolumenströmen zwischen 200 und 9000 m³/h.

Schraubengebläse hingegen arbeiten mit innerer Verdichtung. Hier wird das Volumen der Luft, während sie durch den Verdichterblock befördert wird, verkleinert. Bei ihnen ist es gelungen, die Verdichtertechnik aus dem Kompressorenbereich, der normalerweise höhere Drücke abdeckt, auf Gebläse zu übertragen. Schraubengebläse liefern typischerweise einen Druck von bis zu 1100 mbar. Da Schraubengebläse in der Regel effizienter arbeiten, können sie, wenn die Energiekosten an sich betrachtet werden, langfristig um bis zu 30 % kostengünstiger sein als Drehkolbengebläse. Möglich ist dies aufgrund der inneren Verdichtung im Block.

Im Unterschied zu Drehkolbengebäsen sind die Rotoren bei Schraubengebläsen in sich verdreht, was eine Verkleinerung des eingeschlossenen Luftvolumens innerhalb des Blocks ermöglicht. Außerdem können Schraubengebläse mit höheren Drehzahlen der Rotoren arbeiten, wodurch die Effizienz weiter gesteigert werden kann.

Schraubengebläse neuster Bauart verfügen zusätzlich noch über einige technische Merkmale, die die Effizienz nochmal im nahezu zweistelligen Bereich steigert. Möglich ist dies erstens durch besonders effizient gestaltete Schraubenprofile, z. B. das Sigma-Profil. Zweitens verfügen diese Modelle über zusätzliche effizienzsteigernde technische Neuerungen. Ein internes Kühlkonzept macht Ölpumpe und Ölkühler überflüssig. Darüber hinaus sind sie mit einem wirkungsvollen Dichtungskonzept versehen, das nicht den Einsatz einer Unterdruckpumpe erfordert.

Eine weitere Besonderheit der hauptsächlich für den Druckbereich von 500 bis 1100 mbar Überdruck vorgesehenen Schraubengebläse ist ihre Konzeption als Komplettanlage, die von Kaeser nach dem Prinzip „Plug and Blow“ anschlussfertig geliefert werden. Das vereinfacht die Installation und senkt den damit verbundenen Aufwand. Das alles bedeutet jedoch nicht, dass nicht auch die Anwendung von Drehkolbengebläsen sinnvoll sein kann. Welche Technik, also ob Schrauben- oder Drehkolbengebläse, optimal ist, hängt von verschiedenen Kriterien ab, die im Einzelfall geprüft werden müssen. Sowohl Volumenstrom als auch Druck beeinflussen direkt die zu installierende Leistung und damit den Energieverbrauch. Kann etwa die Druckerhöhung um 100 mbar geringer ausfallen, reduziert sich die Leistungsaufnahme deutlich. Schwankt darüber hinaus der Volumenstrom bedarfsabhängig, ist eventuell eine Kombilösung sinnvoll. Eine Rolle spielt zum Beispiel auch die Einblastiefe und die Nutzungsdauer des Gebläses. Bis zu einer Einblastiefe von 5 m sind Drehkolbengebläse häufig sinnvoller, darüber Schraubengebläse. Ist das Gebläse im Dauereinsatz, dann rechnet sich die Investition in ein Schraubengebläse sehr schnell. Werden für eine Station mehrere Gebläse benötigt, können zum Beispiel Schraubengebläse als Dauerläufer konstant eingesetzt werden und Drehkolbengebläse dazu dienen, die nur wenig benötigte Spitzenlast abzudecken.

Generell ist es wichtig, nicht nur die einzelnen Gebläse zu betrachten, sondern das System als solches. Ein einzelnes, hocheffizientes Gebläse kann nicht effektiv wirken, wenn es an ungeeigneter Stelle falsch eingesetzt wird. Es genügt also nicht, nur die Geräte zu installieren, wichtig ist es auch zu wissen, wie man diese steuert und wann sie zu- und abschalten müsse. Dafür ist natürlich eine genau Planung im Vorfeld der Installation sinnvoll. Am besten gelingt dies mithilfe eines Luftbedarfsprofils, das den genauen Verbrauch über das Jahr ermittelt. Ziel ist es, das energetische Optimum der Gebläsestation zu ermitteln, um nicht Gefahr zu laufen, es an einen höchst seltenen Betriebspunkt zu legen, der nur an wenigen Tagen im Jahr angefahren wird.

Die Gebläse müssen so ausgelegt sein, dass sie zwar den maximalen Luftbedarf erbringen, jedoch insgesamt da am effizientesten sind, wo in der Realität am häufigsten gearbeitet wird. Mithilfe von Computermodellen kann man im Vorfeld die für den jeweiligen Bedarf infrage kommende Gebläsekombination in ihrer Effizienz und auch hinsichtlich deren Instandhaltungsaufwand vergleichen, um die beste Lösung daraus zu bestimmen. Gebläseblock, Kraftübertragung, Antrieb, Nebenaggregate, Leistungselektrik, Steuerung usw., das alles bildet das fertige, betriebsbereite Drehkolbengebläse, Schraubengebläse, das Turbogebläse oder was auch immer für den Lufteintrag eingesetzt wird. Es fällt nicht immer leicht zu unterscheiden, was aus dieser Vielfalt das für den jeweiligen Einsatz Effizienteste und Robusteste ist. Eine mögliche Hilfe beim Vergleich bieten da bestehende Standards, wie zum Beispiel die Normvorschrift ISO 1217-C, um sich von sogenannten „Kupplungsleistungen“ nicht täuschen zu lassen. Denn letztlich zählt nicht die Aufnahmeleistung des einzelnen Gebläseblocks, sondern der gesamten Anlage.

Halle A1, Stand 133

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Das Sigma-Profil von Kaeser gibt es jetzt auch für Gebläseanlagen. Auf der Ifat stellt der Druckluftspezialist das effziente Schraubengebläse EBS für den Niederdruckbereich vor. Damit ist es gelungen, die versierte Technik auf den Niederdruckbereich zu übertragen. Im Vergleich zu herkömmlichen Drehkolbengebläsen sind die Schraubengebläse um bis zu 30 % effizienter.

Die integrierte Steuerung Sigma Control 2 sorgt für umfangreiche Überwachung und einfache Anbindung an Kommunikationsnetzwerke. Bei jedem Einzelgerät und bei kompletten Gebläsestationen kommt die maschinenübergreifende Steuerung, der Sigma Air Manager (SAM), mit spezieller Gebläsesoftware zum Einsatz. Die EBS-Gebläse sind einfach zu installieren, sichere Dauerläufer und sehr robust. Dank einer durchdachten Anordnung der Bauteile ist sowohl eine Wand- als auch eine Seite-an-Seite-Aufstellung möglich.