Was ist ein Kolbenkompressor?

Kolbenkompressoren verwenden Zylinder mit Kolben in ihnen. Jeder Zylinder hat ein geschlossenes Ende neben dem Zylinderkopf und ist am anderen Ende mit einem beweglichen Kolben versehen. Die Ventile der Zylinder befinden sich am Boden der Ventiltaschen des Kompressors. Während der ersten Kompressionsstufe strömt Luft über ein Saugventil in den Zylinder, ausgelöst durch die Bewegung des Kolbens. Dadurch entsteht ein Vakuum.

Der Kolben kehrt dann seine Bewegung um, erfüllt den „hin- und hergehenden“ Teil des Namens und beginnt dabei, die Luft zu komprimieren. Sobald der Innendruck des Zylinders den Druck in den Auslassrohren übersteigt, öffnen sich die Ventile und lassen Luft aus dem Zylinder.

Wie funktioniert ein Kolbenkompressor?

Kolbenkompressoren ziehen in der Regel Strom aus einem Dieselmotor. Dies kann über einen Direktantrieb oder einen Riemenantrieb erfolgen, die beide im Dauerbetrieb sind, solange der Motor eingeschaltet ist. Der gesamte Zyklus wird durch einen Mechanismus zum Entladen erleichtert, und einige Systeme verfügen über einen Regler, der normalerweise direkt am Kompressor montiert ist. Wenn ein Regler vorhanden ist, erzwingt er einen bestimmten Ansaug- und Ausschaltdruck. Werfen wir einen Blick auf einige Grundlagen des Kolbenkompressors.

Der Ansaugzyklus

Alles beginnt damit, dass der Kolben durch den Zylinder nach unten gezogen wird. Diese Bewegung erzeugt ein Vakuum zwischen der Kolbenoberseite und dem Zylinderkopf und bringt Luft mit niedrigerem Druck durch eine Reihe von Einlassventilen in den Zylinder. Diese Ventile befinden sich beim Absenken über dem Kolbenkopf. In diesem Teil des Zyklus bleiben die Einlassventile offen und die Auslassventile geschlossen.

Der Kolben bewegt sich dann wieder nach oben, wodurch die Einlassventile geschlossen werden, so dass Luft im Zylinder eingeschlossen wird. Wenn der Kolben weiter nach oben drückt, verringert sich der Bereich, den die Luft im Zylinder einnimmt, was zu Druckluft führt. Der Druck der Luft innerhalb des Zylinders übersteigt schnell den Widerstand der Auslassventilfeder, öffnet das Ventil und lässt die neu unter Druck gesetzte Luft das System verlassen, bevor sich der Zyklus wiederholt. Ein geschlossenes Auslassventil dient dazu, zu verhindern, dass Luft nach Druckbeaufschlagung in den Niederdruckteil des Zylinders zurückfließt.

Die aus der Auslassöffnung austretende Luft durchläuft dann einen Luftaufnahmetank, um die während der Kompression auftretende niederfrequente Pulsation auszugleichen.

Der Entladevorgang

Sobald der Regler oder das Druckregelgerät erkennt, dass die Luft im Auffangbehälter die Hochdruckabschaltschwelle erreicht hat, signalisiert es dem Kompressor, sich zu entladen. Die Entladung kann je nach Ausführung des Kolbenkompressors vollständig oder teilweise erfolgen.

Da Downstream-Maschinen die neu komprimierte Luft verwenden, verringert sich der Druckpegel des Tanks allmählich. Sobald er auf den vorgegebenen Lastpunkt abfällt, signalisiert das Steuergerät dem Verdichter, den Verdichtungszyklus erneut zu starten und den Tankdruck wieder aufzubauen.

Der Arbeitszyklus

Eine der wichtigsten Grundlagen des Kolbenkompressors, die Sie kennen sollten, ist der Arbeitszyklus. Der Arbeitszyklus wird bestimmt, indem die Zeit, die der Kompressor geladen verbringt, mit der Zeit verglichen wird, die die Maschine läuft, während sie vollständig entladen oder ausgeschaltet ist. Kolbenkompressoren sind nur für 20 bis 30% Volllast ausgelegt und sollten die restliche Zeit unbelastet sein.

Um die Lebensdauer Ihres Kompressors zu maximieren, muss sichergestellt sein, dass er innerhalb der Einschaltdauer arbeitet. Wenn Sie einen unterdimensionierten Kompressor für Ihre Anwendung auswählen oder die Last künstlich erhöhen, indem Sie Luftleckagen ignorieren, wird das System über seine Fähigkeiten hinausgehen und zu kostspieligem vorzeitigem Verschleiß mehrerer Komponenten des Kompressors führen.

Schmierung

Nicht jede Kolbenkompressorkonstruktion funktioniert auf diese Weise, aber es ist möglich, dass die Antriebsmotorpumpe einen Teil ihrer Schmierung mit dem Kompressor teilt. Bei dieser Konstruktion ist die Zufuhr aus dem Sumpf unerlässlich, um das gesamte System geschmiert zu halten und ordnungsgemäß zu funktionieren.

In dieser Konfiguration müssten Sie die vom Motorenlieferanten empfohlenen Schmiermittelwechselintervalle ändern, da sie die zusätzlichen Anforderungen des Kompressors nicht berücksichtigen würden. Der neue Zeitplan muss die Wärmebelastung berücksichtigen, die der Kompressor dem Schmiermittel hinzufügt, wenn Sie eine genaue Messung der gesenkten Lebenserwartung des Schmiermittels erhalten möchten.

Kühlung

Bei den meisten von Motoren angetriebenen Luftkompressoren ist die primäre Kühlquelle für das System das Schmiermittel. Der Motorölkühler kühlt dieses Schmiermittel, das dann durch den Kompressor recycelt wird. Der Luftstrom des Lüfters im Motorölkühler kann auch einen kleinen Teil der vom Kompressorkörper freigesetzten Wärme eliminieren und zusammen mit der abgegebenen Abluft aus dem System entfernen.

Die Kühlmethoden in einem Kolbenkompressor sind entscheidend für die Langlebigkeit der Ausrüstung. Ohne sie ist die Gefahr der Überschreitung der Temperaturbeschränkungen viel größer, wenn Ihre Anwendung den empfohlenen Arbeitszyklus überschreitet.

Wenn das Schmiermittel zu heiß wird und die Temperatur die Herstellerempfehlung überschreitet, kann das Schmiermittel vorzeitig ausfallen. Dies bedeutet, dass die Schmierung bestenfalls häufiger gewechselt werden muss und schlimmstenfalls Komponenten im Kompressor und Motor frühzeitig ausfallen.

Kolben-Luftkompressor verwendet

Unternehmen aller Größen verwenden Kolben-Luftkompressoren. Einige der Industrien, die diesen Kompressortyp stark nutzen, umfassen beispielsweise Autoservice, zahnärztlichen Service und eine Vielzahl von Freizeitdienstleistungen. Hier ist ein kurzer blick auf einige der häufigsten kompressor verwendet für unternehmen von kleinen bis mittleren größe:

• Sandstrahler in maschine geschäfte oder fabriken
• Holz oder auto körper schleifen
• Spray malerei für fahrzeuge
• Herstellung schnee für skifahren oder andere unterhaltung zwecke
• Dental und einige medizinische werkzeuge
• Pneumatische nagel pistolen, hämmer und bohrer in bau
• Air pistolen für reinigung maschinen

Luftkompressoren sind auch in der Landwirtschaft üblich, für Anwendungen wie:

• Förderer, die Futtermittel oder Getreide zwischen Silos und anderen Zielen bewegen
• Lüftungssysteme in Gewächshäusern oder hydroponischen Systemen
• Pflanzenspritzen zur Abgabe von Pestiziden oder Düngemitteln
• Stromversorgung verschiedener Arten von Materialtransportmaschinen
• Stromversorgung verschiedener Molkereimaschinen vom Melken bis zum Materialtransport

Druckluft ist auch eine wesentliche Energiequelle für große Unternehmen in der Fertigungsindustrie. Fertigung, Montage, Raffinerieanlagen und mehr verwenden Druckluft zur Stromversorgung:

• Druckluftwerkzeuge und automatisierte Maschinen
• Schweiß- oder Schneidgeräte
• Bauteilauswurf aus Formen
• Produktionsüberwachungsgeräte
• Vorschub- und Walzenmaschineneinstellungen
• Formgastanks und Kunststoffflaschen
• Positionierer, Luftmesser, Klemmen und Druckluftfutter
• Pneumatische Fertigungs- und Verpackungsgeräte

Luftkompressoren sind für alltägliche Anwendungen wichtiger als die Herstellung von Druckluftkompressoren die meisten Menschen erkennen. Kühl- und Gefriergeräte verwenden Luftkompressoren, um die Luft im Gerät zu kühlen, und Klimaanlagen verwenden sie als Hauptstromquelle für die Kühlung. Sogar Freizeitaktivitäten wie Paintball und Tauchen nutzen die Luftkompression.

Typen von Kolbenkompressoren

Mit Kolbenluftkompressoren haben Sie je nach Anwendung einige Optionen.

Einfachwirkend

In einem einfachwirkenden Kompressor haben Sie die Grundausstattung mit einem Einlassventil und einem Auslassventil, die beide einseitig und federbelastet sind. Das Einlassventil saugt Luft an, während sich der Kolben nach unten bewegt, und das Auslassventil öffnet erst, wenn genügend Kraft aufgebracht wurde.

Einfachwirkende Kolbenkompressoren haben nur einen Kompressionszyklus für jede Kurbelwellendrehung, da Ventile nur oben im Zylinder vorhanden sind. Einfachwirkende Kompressoren werden aus verschiedenen Gründen am häufigsten verwendet. Im Vergleich zu anderen Arten der Kompressortechnik, wie z.B. Drehschraubenkompressoren, sind einfachwirkende Kolbenkompressoren sehr erschwinglich.

Doppeltwirkend

Ein doppeltwirkender Kolbenkompressor hat an beiden Enden des Zylinders Auslass- und Einlassventile, was zu zwei Kompressionszyklen mit jeder Umdrehung der Kurbelwelle führt.

Dieses Design macht doppelt wirkende Hubkolben unglaublich effizient, weshalb sie in der Fertigungsindustrie so beliebt sind. Es ist selten, einen doppeltwirkenden Kompressor unter 100 PS zu finden. Ihre Leistung ist jedoch mit einer extrem großen Stellfläche verbunden, die nicht immer praktisch ist, wenn Platzbedenken von Bedeutung sind. Sie neigen auch dazu, eine Menge Vibrationen zu erzeugen, was eine Vibrationsisolierung erfordert und dafür sorgt, dass das System auf einem soliden Fundament steht.

Einstufige vs. zweistufige Kompressoren

Ein zweistufiger Kompressor arbeitet sehr ähnlich wie ein einstufiges System, aber die Druckluft gelangt nach ihrer anfänglichen Kompression nicht in einen Speichertank. Stattdessen durchläuft es einen zweiten, kleineren Kolben, um mit einem weiteren Hub wieder komprimiert zu werden. Erst nach der zweiten Kompression wird doppelt unter Druck stehende Luft durch das Kühlsystem geleitet und in den Lagertank geleitet.

Ein zweistufiger Kompressor erzeugt deutlich mehr Luftleistung, weshalb er häufiger in großen industriellen Anwendungen eingesetzt wird, bei denen ein kontinuierlicher Betrieb erforderlich ist. Dementsprechend entspricht mehr Leistung den höheren Vorlaufkosten und dem fortgesetzten Wartungsbedarf, sodass Sie sie nicht in Einstellungen finden, in denen der Betrieb mit weniger Strom funktionieren kann.Einstufige Kompressoren werden am häufigsten für pneumatische Handwerkzeuge verwendet, die nicht mehr als 100 Pfund pro Quadratzoll (psi) Druck benötigen.

Membran

Membrankompressoren werden auch Membrankompressoren genannt. Sie verwenden eine rotierende Membran, um Luft in das Kompressionssystem zu ziehen. Ein Membran-Kolbenkompressor verwendet zwei Systeme – ein Hydrauliksystem und ein Luftdrucksystem mit einer flexiblen Metallmembran, die als Schutzbarriere zwischen ihnen wirkt. Die Membran und der Kompressorkasten sind die einzigen Komponenten, die mit dem gepumpten Gas in Kontakt kommen, wodurch diese Kompressoren häufiger zur Komprimierung giftiger oder explosiver Gase als nur Luft verwendet werden.

Kolbenkompressoren vs. andere Luftkompressoren

Wie messen sich Kolbenluftkompressoren mit Schrauben- und Zentrifugalkompressoren und welche Vor- und Nachteile sollten Sie berücksichtigen?

Komponenten und Wartung

Kolbenluftkompressoren müssen sorgfältig auf die Kolben geachtet werden, aber sie haben auch eine Reihe anderer Komponenten, die auf Verschleiß überwacht werden müssen. Ventile, Pleuel, Kurbelwellen und mehr müssen harmonisch zusammenarbeiten, um einen minimalen Verschleiß zu gewährleisten, aber die Anzahl der Komponenten macht es schwieriger, effektiv zu überwachen. Die Teile sind jedoch kostengünstiger und komplexer als die von Schrauben- und Zentrifugalverdichtern, was die Wartungskosten insgesamt senkt.

Wärmeerzeugung

Die während des Betriebs eines Kompressors erzeugte Wärme wirkt sich spürbar auf die Haltbarkeit und Langlebigkeit der Ausrüstung aus. Ein Drehschraubenkompressor verwendet Schrauben, die sich berührungslos umeinander drehen und daher weniger Reibung erzeugen. Kolbenkompressoren erzeugen jedoch eine erhebliche innere Reibung zwischen der Bewegung der Kolben und anderen internen Komponenten. Der Betrieb in dieser heißeren Umgebung ist ein weiterer Grund, warum Kolbenkompressoren höhere Wartungsanforderungen haben.

Druck

Im Vergleich zu Schraubenkompressoren haben Kolbenkompressoren den Vorteil des erzeugten Drucks. In vielen Fällen kann ein Kolbenkompressor den doppelten Druck eines Drehschraubenkompressors erzeugen. Zentrifugalkompressoren können bis zu produzieren 1.25 mal so viel Austragsdruck wie ein Kolbenkompressor.

Lärm

Lärm ist nicht immer ein Faktor, aber in Umgebungen, in denen Arbeiter klar kommunizieren müssen, kann das Geräusch eines doppelt wirkenden Kolbenkompressors ablenken. Ein Drehschraubenkompressor erzeugt das geringste Geräusch, während ein Zentrifugalkompressor am meisten erzeugt. Ein einfachwirkender Kolbenkompressor ist in der Regel die beste Wahl, wenn es darum geht, den Strombedarf gegen Lärm und Effizienz abzuwägen.

Kosten

Die Anschaffungskosten eines Kompressors sind für die meisten Käufer ein wichtiger Faktor. Ein Kolbenkompressor bietet im Vergleich zu Rotations- und Zentrifugalkompressoren im Voraus mehr Leistung zu geringeren Kosten. Die Lebenserwartung eines Kolbenkompressors ist jedoch niedriger als bei beiden Wettbewerbern. Sowohl Rotations- als auch Zentrifugalkompressoren haben weniger bewegliche Teile, die unter Reibung leiden, so dass sie weniger in Bezug auf Teileaustausch, Ausfallzeiten und Reparaturen kosten. Mit regelmäßiger vorbeugender Wartung können diese Kosten jedoch etwas gemindert werden.

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