Kompressoren Schraubenkompressoren liefern ölfreie Druckluft der Kategorie „Klasse 0“

Kompressoren Schraubenkompressoren liefern ölfreie Druckluft der Kategorie ¿Klasse 0¿ Mitte des Jahres wurden die Atlas Copco Schraubenkompressoren der Z-Serie vom TÜV gemäß ISO 8573-1, Klasse 0, geprüft und zertifiziert. Während der Prüfungen unter realistischen Einsatzbedingungen konnten in der Druckluft keine Spuren von Öl nachgewiesen werden. Zwar sind Schraubenkompressoren teurer in der Anschaffung, dennoch bieten sie unter Beachtung aller Faktoren wirtschaftliche Vorteile gegenüber öleingespritzten Kompressoren.

Anbieter zum Thema

Kinkele GmbH & Co. KG - Ihr Auftragsfertiger für den Maschinenbau

JUNG Hebe- und Transporttechnik GmbH

JESSBERGER GmbH

Wenn der Kunde ölfreie Druckluft einsetzen möchte, werden ihm unterschiedliche Konzepte von den Maschinenanbietern unterbreitet. Oft wird von einer technisch ölfreien Druckluft gesprochen, wenn ölgespritzte Kompressoren mit Filtertechnik angeboten werden. Was muss man wirklich bei der Bewertung der verschiedenen Kompressorenbauarten beachten, um zuverlässig ölfreie Druckluft für den Produktionsprozess zu erhalten?

Spricht man über Reinheit, benötigt man Fakten und Referenzbedingungen. Für die Druckluftqualität wurde im Jahr 2001 die ISO 8573-1 neu überarbeitet, dadurch wurden die vorhandenen Qualitätsklassen aus dem Jahre 1991 um die Klasse 0 erweitert. Die Klasse 0 besagt, dass die Druckluft besser ist als die Klasse 1 mit einem Restölgehalt von 0,01 mg/m³ und dass der Anwender oder der Lieferant die Spezifizierung der Qualität bestimmt.

Verbrennungsvorgänge belasten Umgebungsluft

Die Umgebungsluft wird unter anderem durch industrielle oder motorische Verbrennungsvorgänge belastet. Auch belasten Industriebetriebe mit mechanischer Fertigung die Umgebungsluft. Der TÜV Rheinland hat in der Nähe eines großen Werkes mit Dreh-, Fräs-, Schleif- und Bohrmaschinen in einer Messreihe nachgewiesen, dass der Ölgehalt kleiner als 0,003 mg/m³ ist. Belastend kam noch hinzu, dass dieses Werk an einer stark befahrenen Schnellstraße und neben einer Müllverbrennungsanlage lag.

Bei einem öleingespritzten Kompressor wird durch die Verdichtungswärme und den mechanischen Druck ein Teil des Öles in Dampf umgewandelt. Außer dem Dampf gelangen noch Aerosole, bestehend aus feinsten Tröpfchen und Öl in flüssiger Form, in die Druckluft. Auch durch Filterung verbleibt auf Grund des Filterabscheidegrades flüssiges Öl in der Druckluft. Die Druckluft-Rohrleitung besteht aus geraden Rohren und Formteilen, die den Druckluftstrom umlenken. Bei diesen Umlenkungen sammeln sich kleine Tröpfchen an der Rohrwand und wandern mit der Strömung zum Verbraucher (Bild 1).

Temperatur spielt wichtige Rolle

Bei der Ölfiltration der Druckluft spielt die Temperatur eine wichtige Rolle. Mit steigender Temperatur erhöht sich einmal der Ölanfall aus dem Kompressor, und zum anderen verschlechtern sich die Abscheidegrade der Filter. So liegt der Restölgehalt bei 40 °C Drucklufttemperatur drastisch höher im Verhältnis zu einer Drucklufttemperatur von 20 °C (Bild 2).

Die erhöhten Drucklufttemperaturen verkürzen erheblich die Standzeiten der Filter. Aktivkohlefilter büßen bis zu 90% ihrer Standzeit ein. Anstatt der gedachten 1000 Betriebsstunden werden gerade mal 100 Stunden erreicht. Das Problem ist aber, dass man den Sättigungsgrad eines Aktivkohlefilters nicht mit einfachen Mitteln kontrollieren kann. Zeit- und kostenaufwendig ist das Erneuern der Aktivkohlefilter, aber noch schlimmer ist es, diese Wechsel nicht rechtzeitig durchzuführen, dann gelangt kontaminierte Druckluft zu dem zu verarbeitenden Produkt und gefährdet die Produktqualität. Ausschuss und teure, imageschädigende Rückrufaktionen sind dann unausweichlich.

Zu den betroffenen Anwendungsgebieten gehören die Verarbeitung von Lebensmitteln und Getränken, die Herstellung und Verpackung von Pharmazeutika, die Herstellung von Elektronikprodukten, die Lackierung von Automobilen, die Pulverbeschichtung sowie die Herstellung von Textilien und viele andere.

Zwei Möglichkeiten zur Erzeugung ölfreier Druckluft

Bei der Erzeugung ölfreier Druckluft unterscheidet man zwei grundsätzliche Möglichkeiten. Die eine Variante ist, eine Verdichtungsart zu wählen, bei der die zu verdichtende Luft keine Berührung mit Öl im Verdichtungsprozess hat, und die zweite Variante ist, im Verdichtungsprozess Öl zu benutzen und anschließend das Öl aus der Druckluft aufwendig herauszufiltern. Betrachtet man beide Varianten, so erkennt man, dass die Ölfreiheit der erzeugten Druckluft nur durch ein ölfrei verdichtendes System gegeben ist.

Der TÜV Rheinland hat in einer Versuchsreihe ölfrei verdichtende Schraubenkompressoren in einer typischen Arbeitsumgebung untersucht. Es wurden die Ansaugverhältnisse ebenso untersucht wie die Druckluft. Die Messungen wurden gemäß den betrieblichen Gegebenheiten bei unterschiedlichen Temperaturen, nämlich 20, 40 und 50 °C, und Betriebsdrücken von 1 und 8 bar durchgeführt. Die Maximalflussprüfmethode B1 gemäß der ISO 8573-2 kam zum Einsatz, und es wurde kein Öl nachgewiesen.

Bei der öleingespritzten Drucklufterzeugungsvariante wird das Öl-Luft-Gemisch durch eine mehrstufige Filtration „ölfrei“ erfiltert. Vielfach wird nur die Teilflussprüfmethode nach B2 zur Ölgehaltsbestimmung herangezogen und das Ergebnis als „technisch ölfreie“ Druckluft präsentiert.

Kunden zeigen sich sehr interessiert

Bedingt durch das steigende Kundeninteresse an Schutzmaßnahmen für industrielle Prozesse und Endprodukte erhielt die Atlas Copco Oil-free Air Division viele Anfragen zur Zertifizierung der Druckluftqualität ihrer Topmodelle der ölfreien Schraubenkompressoren der Z-Serie (Bild 3). 2005 veranlasste die Atlas Copco Oil-free Air Division daher ein Zertifizierungsverfahren für ihre Kompressoren gemäß der ISO-Norm 8573-1.

Der unabhängige Technische Überwachungs-Verein (TÜV) wurde für die Durchführung der Prüfungen und Bewertung der Kompressoren ausgewählt. Auf Wunsch von Atlas Copco wendete der TÜV die strengsten zur Verfügung stehenden Prüfmethoden an und erhöhte gleichzeitig noch die Temperatur- und Druckanforderungen. Die Ergebnisse wurden veröffentlicht und zeigten, dass selbst unter den strengsten Prüfbedingungen keinerlei Spuren von Öl nachgewiesen werden konnten.

Die Atlas-Copco-Kompressoren der Z-Serie wurden nach einer Reihe sehr anspruchsvoller Prüfungen bewertet. So gehörte zu den verwendeten Prüfungen die Maximalflussprüfmethode B1 aus Teil 2 der ISO-Norm, mit der die gesamte Luftströmung durch Messung der Aerosol- und Wandströmung untersucht wurde. Die Teilflussprüfmethode B2 aus Teil 2 der ISO-Norm dagegen erfasst weder die gesamte Wandströmung noch flüssige Ölablagerungen.

Die am häufigsten verwendete Prüfmethode B2 basiert auf der Messung des Ölgehaltes aus einem Teilstrom. Die Probe wird mitten aus dem Druckluftrohr entnommen und quantifiziert. Somit wird der Anteil flüssigen Öls nicht erfasst, der quantitativ in dem Druckluftstrom überwiegt. Wenn nun eine Bestimmung des Ölgehaltes in der Druckluft vorgenommen werden soll, so muss zwangsweise der gesamte Volumenstrom des Rohres untersucht werden. Dieses Verfahren wird in der Prüfmethode B1 der ISO 8573-2 festgeschrieben.

Geringerer Energieverbrauch senkt die Kosten

Die Wirtschaftlichkeit der Drucklufterzeugung wird nicht durch die einmaligen Investitionskosten geprägt, sondern durch die laufenden Energie-, Wartungs- und Instandhaltungskosten, denn dieser Kostenblock macht bereits 80 bis 85% der Gesamtkosten aus. Die Energiekosten eines ölfrei verdichtenden Schraubenkompressors bleiben durch die nicht erforderlichen Filter in der Druckluftleitung konstant. Dies ergibt gegenüber den öleingespritzten Kompressoren einen energetischen Vorteil von rund 12%.

Hinzu kommen die Vorteile aus dem Wartungs- und Instandhaltungsbereich. Die Wartungsintervalle sind wesentlich länger. Weil das Öl nicht mit der zu verdichtenden Luft in Berührung kommt, kann es 16 000 Stunden im Getriebe verbleiben - im Vergleich zu 4000 Stunden bei öleingespritzen Kompressoren. Unter dem Strich ergibt sich ein 8%iger Vorteil für die ölfrei verdichtenden Kompressoren trotz doppelter Investitionssumme.

Der Lieferant sollte außerdem ein Zertifikat vorlegen können, worin durch eine unabhängige Stelle bestätigt wird, dass der Kompressor oder das verwendete System ölfreie Druckluft liefert. Wie in den verschiedenen Abschnitten erläutert, sollte dieses Zertifikat auf der Anwendung der Maximalflussprüfmethode basieren und unterschiedliche Temperaturen und Drücke berücksichtigen. MM

Reimund Scherff ist Business Line Manager Oil-free Air bei der Atlas Copco Kompressoren und Drucklufttechnik GmbH in 45141 Essen, Tel. (02 01) 2 17 72 55, reimund.scherff@de.atlascopco.com

(ID:185987)