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Ratgeber
Druckluftsysteme sind in zahlreichen Handwerks- und Industriezweigen von zentraler Bedeutung. Sie treiben Werkzeuge, Maschinen und Anlagen an, ermöglichen präzise Steuerungen und sind imstande, sehr hohe Kräfte zu generieren. Pneumatische Förderanlagen, wie sie beispielsweise in der Lebensmittel-, Chemie- und Pharmabranche, aber auch in der Baustoffindustrie zum Einsatz kommen, helfen dabei, die Produktivität zu steigern und Zeit und Kosten zu sparen. Da durch die Verwendung von Druckluft kein Funkenflug entstehen kann, sind pneumatische Systeme zudem in explosionsgefährdeten Umgebungen einsetzbar. Sie bieten viel Flexibilität, sind einfach zu integrieren und daher in vielen Sektoren unverzichtbar geworden. Bei der Verwendung von Druckluftsystemen spielen die Druckluftaufbereitung und die Druckluftregelung eine wesentliche Rolle. Während bei der Druckluftaufbereitung sichergestellt wird, dass die erzeugte Druckluft der erforderlichen Qualität entspricht, also sauber und trocken ist, dient die Druckluftregelung dazu, die komprimierte Luft in der richtigen Menge und mit dem richtigen Druck zur Verfügung zu stellen. Beides ist entscheidend, um einen reibungslosen, effizienten und sicheren Betrieb des pneumatischen Systems zu gewährleisten. In unserem Ratgeber erfahren Sie, welche Methoden der Aufbereitung und Regelung von Druckluft es gibt und was bei der Auswahl entsprechender Komponenten zu beachten ist.
Druckluftaufbereitung und Druckluftregelung sind die Grundpfeiler für den einwandfreien Betrieb von pneumatischen Systemen. Unter Druckluftaufbereitung versteht man sämtliche Schritte und Verfahren, die dazu dienen, die Qualität der Druckluft zu verbessern. Es muss sichergestellt sein, dass die Druckluft trocken und frei von Verunreinigungen ist, um Schäden an Systemkomponenten und Funktionsstörungen vorzubeugen. Die Druckluftregelung fokussiert sich dagegen auf die Steuerung und Regelung des Drucks, mit dem die komprimierte Luft in das pneumatische System ein- und ausgelassen wird. Zweck ist es, Luftmenge und -druck konstant auf optimalem Niveau zu halten, damit angeschlossene Maschinen und Anlagen effizient betrieben werden können. Eine sachgemäße Druckluftaufbereitung und Druckluftregelung tragen dazu bei, vorzeitigem Verschleiß der Komponenten entgegenzuwirken, die Lebensdauer des pneumatischen Systems zu erhöhen und das Risiko von Ausfällen zu reduzieren, was letztlich Zeit und Kosten spart.
Pneumatische Systeme arbeiten im Regelfall mit komprimierter Umgebungsluft, die durch Kompressoren, also Kolben- oder Schraubenverdichter, erzeugt wird. Während dieses Vorgangs gelangen Abriebpartikel mechanischer Komponenten sowie Öl- und Schmierstoffe in die Druckluft. Derlei Hilfsstoffe werden dazu eingesetzt, Verschleißerscheinungen an Bauteilen vorzubeugen. Problematisch daran ist, dass unsaubere Druckluft für pneumatische Maschinen und Anlagen eine große Belastung darstellen und zu Ausfällen führen kann. Des Weiteren enthält atmosphärische Luft immer einen Anteil an Wasserdampf, auch als Luftfeuchte bezeichnet. Nimmt der Kompressor die Umgebungsluft auf und verdichtet sie, findet zunächst eine Erwärmung statt. Bei der anschließenden Rückkühlung kondensiert der enthaltene Wasserdampf jedoch wieder zu Wasser. Um eine daraus resultierende Korrosion an angeschlossenen Rohrleitungen und anderen Stellen des Druckluftsystems zu verhindern, ist es notwendig, das Wasser abzuscheiden.
Die Druckluftaufbereitung dient dazu, Feuchtigkeit und Verunreinigungen in der Druckluft zu entfernen. Dabei spielen Druckluftfilter eine wichtige Rolle. Sie befreien die Druckluft von festen Partikeln, Öl oder Öldämpfen. Wird eine höhere Druckluftqualität benötigt, müssen zusätzliche Filterstufen zur weiteren Aufbereitung nachgeschaltet werden. Feinfilter sind in der Lage, kleinste Schmutz- und Abriebpartikel aus der Luft zu beseitigen. Für das Filtern von Öl und Öldämpfen müssen meist zusätzliche Aktivkohlefilter eingesetzt werden, um eine weitestgehend ölfreie Luftqualität zu erhalten.
Zum Abscheiden von Kondensat finden üblicherweise Kältetrockner oder Adsorptionstrockner Anwendung. Kältetrockner kühlen die Druckluft auf den Drucktaupunkt (etwa 3 bis 4 °C) herunter. Bei dieser Temperatur beginnt der Wasserdampf sich abzusetzen und zu Feuchtigkeit zu kondensieren. Das entstehende Kondensat wird dann mechanisch vom Luftstrom getrennt. Adsorptionstrockner arbeiten dagegen mit Trockenmitteln, die der Luft Wasserdampf entziehen. Sie sind noch effizienter und eignen sich gut für pneumatische Systeme, die besonders hohe Anforderungen an eine trockene Druckluft stellen.
Gut zu wissen: Kondensate bestehen in vielen Fällen nicht aus reinem Wasser, sondern enthalten Schmutz, Kohlenwasserstoff und Öl. Aus Gründen des Umweltschutzes ist es gesetzlich verboten, sie ins öffentliche Abwassernetz abzuleiten. Ölhaltige Kondensate gelten als Sondermüll, deswegen müssen strenge Auflagen bei der Entsorgung eingehalten werden. Um sich damit einhergehende Kosten zu sparen, kommen Öl-Wasser-Trenner zum Einsatz. Sie sind in der Lage, Öl und Partikel abzutrennen, so dass reines Kondenswasser übrigbleibt, das ins Abwasser entsorgt werden kann.
Damit ein Druckluftsystem reibungslos und letztlich wirtschaftlich arbeiten kann, kommt es auf einen konstanten, optimalen Druck und eine gleichmäßige Verteilung der Luft an. Zu diesem Zweck gibt es unterschiedliche Komponenten der Druckluftregelung. Wir geben einen Überblick:
Druckluftregler
In einem pneumatischen System werden meist verschiedene Verbraucher und Anwendungen mit Druckluft versorgt, jedoch arbeiten nicht alle mit demselben Betriebsdruck. Druckluftregler ermöglichen es, die aufbereitete Druckluft auf den Druck zu bringen, den die individuelle Anwendung oder das nachgeschaltete Bauteil benötigt. Das hilft dabei, zu hohen Drücken im System und vorzeitigem Verschleiß an den Bauteilen vorzubeugen. Des Weiteren tragen Druckregler dazu bei, Schwankungen des Eingangsdrucks auszugleichen und für einen stabilen Ausgangsdruck zu sorgen.
Druckluftbehälter
Druckluftbehälter oder Drucklufttanks dienen der Speicherung von Druckluft. Sie ermöglichen es, Spitzen aufzufangen und einen kurzfristigen Mehrbedarf an Druckluft zu decken, wenn der Kompressor dazu nicht imstande ist. Druckluftspeicher sind aber nicht nur in Belastungsphasen hilfreich. Werden nur geringe Mengen an Druckluft gebraucht, muss nicht jedes Mal der Kompressor in Betrieb genommen werden. Stattdessen steht die gespeicherte Druckluft im Behälter zur Verfügung, so dass keine unnötige Energie verbraucht wird.
Druckluftverteiler
Druckluftverteiler haben die Aufgabe, die erzeugte Druckluft auf effizientem Weg zu den Verbrauchsstellen zu leiten. Dabei verhindern sie, dass es zu einem Druckabfall kommt. An den einzelnen Entnahmestellen sind mitunter weitere Druckregler installiert, damit am Verbrauchsort der gewünschte Luftdruck eingestellt werden kann. Auch zusätzliche Filtereinheiten können notwendig sein, um Verschmutzungen aus dem Luftverteilungsnetz zurückzuhalten.
Druckluftventile
Druckluftventile erfüllen vielerlei Aufgaben in der Pneumatik. Sie dienen dazu, die Fließrichtung des Luftstroms und die Menge an Druckluft zu regulieren, und können somit auch als Druckluftverteiler und Druckluftregler zum Einsatz kommen. Es gibt mehrere Arten von Druckluftventilen: Wegeventile und Sperrventile ermöglichen es beispielsweise, Durchflusswege zu öffnen oder zu schließen, während Druckbegrenzungsventile zur Begrenzung des maximal zulässigen Luftdrucks eingesetzt werden.
Beim Kauf von Komponenten zur Druckluftaufbereitung und Druckluftregelung kommt es in erster Linie auf die spezifischen Anforderungen des pneumatischen Systems an. Sie geben vor, welche Systemteile in welcher Anzahl gebraucht werden. In dem Zusammenhang gilt es mehrere Aspekte zu berücksichtigen.
Druckluftaufbereitung
Qualität der Druckluft
Ein entscheidendes Kriterium bei der Druckluftaufbereitung ist der erforderliche Reinheitsgrad der Druckluft. Nach ISO 8573-1 sind sechs Reinheitsklassen für verschiedene Anwendungen definiert. So ist beispielsweise für das Lackieren mit Spritzpistolen hochreine Luft der Klasse 1 vorgeschrieben, für das Befüllen von Reifen sollte es Druckluft der Klasse 2 sein. Maßstäbe für die Einteilung der Klassen sind die Partikelkonzentration, der Feuchtigkeitsgehalt und der Ölgehalt.
Bedarfsspezifische Komponenten
Zur Grundausstattung gehören ein Ansaugfilter am Drucklufterzeuger und eine Filtereinheit dahinter, die die gröbsten Verunreinigungen entfernt. Ob weitere Filter- und Regelstufen installiert werden müssen, hängt von der spezifischen Anwendung und dem erforderlichen Reinheitsgrad der Druckluft ab. Was das Abscheiden von Kondensat betrifft, ist zu überlegen, ob ein Kältetrockner oder ein Adsorptionstrockner die richtige Wahl ist.
Effizienz und Wartung
Druckluftfilter müssen dem maximal zu erwartenden Betriebsdruck standhalten und einen ausreichenden Luftdurchsatz bieten. Zu klein dimensionierte Filter und Filtereinheiten weisen geringe Standzeiten auf und müssen häufiger gewartet bzw. gewechselt werden. Durch einen zu geringen Luftdurchsatz entstehen Druckverluste und Druckschwankungen, die die Effizienz des Systems beeinträchtigen.
Druckluftregelung
Umfang und Genauigkeit der Regelung
Zugunsten der Energieeffizienz sollte der Druck in einer pneumatischen Anlage so hoch wie nötig und so niedrig wie möglich gehalten werden. In dem Zusammenhang ist wichtig, Druckregler geeigneter Bauart und in ausreichender Anzahl zu verwenden. Um das System vor Überdruck zu schützen, müssen zusätzliche Sicherheitsventile und Druckbegrenzer installiert werden. Bei sensiblen Druckluftverbrauchern, zum Beispiel in der Anlagen- und Prozesstechnik, kommt es besonders auf eine präzise Justierbarkeit und eine hohe Regelgenauigkeit an.
Leistung und Effizienz
Druckregler müssen so dimensioniert sein, dass sie dem erforderlichen Betriebsdruck standhalten. In dem Zusammenhang ist darauf zu achten, dass der Regler den maximalen Druckbereich der Anwendung abdeckt. Auch die Durchflussrate (m³/h) ist zu berücksichtigen. Die Komponenten sollten die anfallenden Luftmengen bewältigen können, ohne dass es zu Druckverlusten kommt.
Anschlüsse und Baugröße
Die Anschlüsse der Druckventile und anderer Komponenten sollten mit den übrigen Systemkomponenten kompatibel sein. So ist beispielsweise auf die richtige Gewindegröße und -art zu achten. Auch die Baugröße ist zu berücksichtigen, da der Platz innerhalb pneumatischer Anlagen naturgemäß begrenzt ist.
Wartungseinheiten als Kombinationslösungen
Filterregler oder Wartungseinheiten sind Kombinationen aus Druckreglern, Filtern und gegebenenfalls Druckluftölern. Da sie eine kompakte Einheit bilden, lassen sie sich einfacher installieren als einzelne Komponenten. Auch der Wartungsaufwand fällt geringer aus, sofern Zubehör und Ersatzteile für Wartungsgeräte wie Filterpatronen und dergleichen verfügbar sind. Wartungseinheiten bestehen mindestens aus einem einstellbaren Druckregler, einem Grobfilter und einem Wasserabscheider mit Ablassventil. Als weitere Stufe kann noch ein Feinfilter nachgeschaltet sein. Zudem gibt es Ausführungen mit integriertem Nebelöler, der die Luft mit einem feinen Ölnebel anreichert, was für die Schmierung mancher Druckluftwerkzeuge erforderlich ist.
Umgebungsluft enthält naturgemäß Verunreinigungen in Form partikelartiger Schwebstoffe, die Schaden verursachen können, wenn sie in den Kompressor gelangen. Die Schmirgelwirkung kann beweglichen Teilen innerhalb des Verdichters zusetzen, was wiederum vorzeitigen Verschleiß zur Folge hat. Nachgeschaltete Filter, die die Druckluft nach dem Komprimieren reinigen, schützend davor nicht. Aus diesem Grund sollte immer ein Ansaugfilter vor den Kompressor gesetzt werden.
Warum benötigt man auch bei ölfreien Kompressoren Druckluftfilter?
Zwar besteht bei ölfreien Kompressoren nicht die Gefahr, dass Ölpartikel in die Druckluft gelangen. Sauber bleibt sie trotzdem nicht. Schon durch Materialabrieb kann es zu Verunreinigungen kommen, die das System belasten. Aus diesem Grund sind auch bei Systemen mit ölfreien Kompressoren Druckluftfilter zur Reinigung notwendig.
Wie wichtig ist es, Komponenten der Druckluftaufbereitung und Druckluftregelung zu warten?
Systeme zur Druckluftaufbereitung und Druckluftregelung benötigen eine regelmäßige Wartung, um eine konstant gute Druckluftqualität sicherstellen zu können. Zugesetzte oder gesättigte Filter sind nicht mehr wirkungsvoll und verursachen höhere Strömungswiderstände. Deshalb ist es wichtig, sie turnusmäßig zu überprüfen und bei Bedarf zu erneuern. Undichte Pneumatik-Komponenten oder Leckagen im Leitungsnetz führen zu erhöhtem Energiebedarf und Verschleiß der Drucklufterzeugungsanlage und sollten daher schnellstmöglich behoben werden.