Glossar der industriellen Druckluft

Der Klauenkompressor nutzt zwei klauenförmig profilierte Rotoren (Claws), die mit sehr hoher Drehzahl gegenläufig drehen, ohne sich gegenseitig oder den Stator zu berühren. Die Luft wird zwischen den Rotoren und dem Stator eingeschlossen und dann ausgestoßen. Ölfreie Technologie, TÜV-zertifiziert Klasse 0, besonders geeignet für anspruchsvolle industrielle Anwendungen (Pharma, Lebensmittel, Elektronik) im Leistungsbereich 15-55 kW. Es gibt sie in drehzahlkonstanter und in VSD-Ausführung.

Ein ölfreier Kompressor verdichtet ohne Öl im Verdichtungsraum: trockenlaufende Schraube (berührungsfreie Rotoren), Scroll (ineinandergreifende Spiralen), Klauen oder Wassereinspritzung anstelle von Öl. Öl kann im Getriebegehäuse verbleiben, getrennt vom Verdichtungsraum. ISO 8573-1 definiert die Klasse 0 als strenger als die Klasse 1, auf einem vom Anwender oder Lieferanten festgelegten Niveau; im Katalog tragen die Klauenkompressoren sie mit einer TÜV-Prüfung. Erwartet für Prozesse, bei denen die Luft das Endprodukt berührt: Pharmaherstellung nach GMP, Lebensmittelindustrie, Elektronik, hochwertige Lackierung.

Die PID-Regelung (Proportional-Integral-Differential) ist der Standardalgorithmus für die Regelung im geschlossenen Regelkreis. Bei einem drehzahlgeregelten Kompressor liest der PID-Regler den Austrittsdruck (zum Beispiel Sollwert 7,5 bar) und passt die Motordrehzahl in Echtzeit an, um ihn konstant zu halten: Proportionalanteil (sofortige Reaktion auf die Abweichung), Integralanteil (Korrektur langsamer Drift), Differentialanteil (Vorwegnahme von Änderungen). Gut eingestellt hält ein PID-Regler den Druck auf ±0,1 bar am Sollwert, wodurch sich der Sollwert so knapp wie möglich absenken lässt: Jedes gewonnene 0,1 bar entspricht 0,7 % eingesparter Energie.

Der Permanentmagnetmotor ersetzt die Rotorwicklung herkömmlicher Asynchronmotoren durch Magnete aus Neodym-Eisen-Bor (NdFeB) oder Samarium-Cobalt. Vorteile: kein induzierter Strom im Rotor (also keine Joule-Verluste im Rotor), maximales Drehmoment beim Anlauf, Kompaktheit. Er kann die in IEC TS 60034-30-2 definierten Klassen IE4 und IE5 erreichen; bei den CEZIUM-Schraubenkompressoren ist er IE4, IE5 auf Anfrage. Der Gewinn gegenüber einem IE3-Motor zählt in Wirkungsgradpunkten: Für einen 4-poligen Motor fordert die Verordnung (EU) 2019/1781 bei 75 kW 95,0 % in IE3 und 96,0 % in IE4 (93,0 % und 94,5 % bei 22 kW). Bei den CEZIUM-VSD-Kompressoren nahezu durchgängig eingesetzt.

Das PSA-Verfahren nutzt die unterschiedliche Adsorption von Gasen an einem Molekularsieb unter Druck (Kohlenstoff für N₂, Zeolith für O₂). Zwei Adsorberkolonnen wechseln in einem kurzen Zyklus (15-60 Sekunden) zwischen Adsorptionsphase (hoher Druck, das Produktgas strömt hindurch) und Regenerationsphase (niedriger Druck, das Sieb wird entladen). Damit lässt sich vor Ort aus der vorhandenen Druckluft Stickstoff mit 95-99,999 % Reinheit oder Sauerstoff mit 93-95 % erzeugen. Keine Abhängigkeit mehr von Flaschen und Tanks.

Der Scrollkompressor verdichtet die Luft zwischen zwei Spiralen: einer festen und einer beweglichen, die eine Orbitalbewegung ausführt (ohne Eigenrotation). Die zwischen den Spiralen eingeschlossene Luft wird schrittweise zur Mitte hin verdichtet und dann ausgestoßen. Vorteile: sehr wenige bewegte Teile, keine Ventile, leiser Betrieb (55 bis 70 dB(A) laut Katalog), von Natur aus ölfrei. Grenzen: kleine Liefermengen (0,3 bis 5 m³/min laut Katalog) und ein Druck von 8 bis 10 bar. Ideal für Labor, Reinraum und medizinische Anwendungen.

Der Verdichterblock (Air-End) ist die mechanische Baugruppe, die die Verdichtung ausführt: zwei schraubenförmige Rotoren bei einem Schraubenkompressor, ein Rotor mit Schiebern bei einem Drehschieberkompressor, Kolben bei einem Hubkolbenkompressor. Er ist das am teuersten zu ersetzende Teil und am stärksten Fertigungs- oder Betriebsfehlern ausgesetzt (Schmierung, Überhitzung). CEZIUM deckt ihn während der gesamten Maschinengarantie vollständig ab: 3 Jahre, verlängert auf 5 Jahre, solange die Anlage von SEENTINEL überwacht wird.

Der VSD (Variable Speed Drive) ist ein elektronischer Frequenzumrichter, der die Motordrehzahl in Echtzeit moduliert, damit die Drucklufterzeugung genau dem Verbrauch entspricht. Anders als ein drehzahlkonstanter Kompressor, der zwischen Volllast und Entlastung wechselt, moduliert der VSD kontinuierlich. Mit einem Permanentmagnetmotor (Klasse IE4 bei den CEZIUM-Schraubenkompressoren) läuft die Maschine bei sinkendem Bedarf nicht mehr im Leerlauf: Eine drehzahlkonstante Schraube im Leerlauf nimmt laut dem Sourcebook des US-Energieministeriums noch 15 bis 35 % ihrer Leistung auf, ohne etwas zu erzeugen.

In einem zweistufigen Kompressor wird die Luft ein erstes Mal verdichtet (typischerweise 1 → 3 bar), über einen Zwischenkühler gekühlt und dann ein zweites Mal verdichtet (3 → 8-10 bar). Diese Zwischenkühlung verringert die Verdichtungsarbeit in der zweiten Stufe und senkt den Energieverbrauch um rund 10 % gegenüber einem gleichwertigen Standardkompressor (6 bis 11 % laut dem Druckluft-Sourcebook des US-Energieministeriums). Er spart am meisten an Standorten mit langen Laufzeiten: Je länger die Maschine läuft, desto größer die jährliche Einsparung.

Die FAD (Free Air Delivery) ist das genormte Maß für die nutzbare Liefermenge eines Kompressors: das am Austritt gelieferte Druckluftvolumen, bezogen auf die Umgebungsbedingungen am Ansaug (Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit). Gemessen nach der Norm ISO 1217, deren Anhang C komplette Kompressoren mit elektrischem Antrieb behandelt. Das ist der Wert, der zwischen Herstellern zu vergleichen ist, nicht der aus dem Hubvolumen berechnete theoretische Volumenstrom.

Der Volumenstrom eines Kompressors kann in m³/min (Kubikmeter pro Minute, bei den realen Ansaugbedingungen: Höhenlage, Temperatur, Luftfeuchtigkeit des Standorts) oder in Nm³/h (Normkubikmeter pro Stunde, bezogen auf 1.013 mbar und 0 °C) angegeben werden. Auf dem Typenschild eines Kompressors steht in der Regel die FAD (Free Air Delivery): der am Austritt gemessene reale Volumenstrom, bezogen auf die Ansaugbedingungen. Volumenströme immer auf derselben Basis vergleichen: 6 m³/min FAD ≠ 6 Nm³/h. Die näherungsweise Umrechnung: 1 m³/min ≈ 56 Nm³/h für bei 20 °C angesaugte Luft.

Die spezifische Leistung ist das Verhältnis von Leistungsaufnahme zu Liefermenge, in kW/(m³/min). Sie ist die Referenzkennzahl, um die Energieeffizienz zweier Kompressoren zu vergleichen: Ein 30-kW-Kompressor mit 5 m³/min verbraucht 6 kW/(m³/min), ein 30-kW-Kompressor mit 5,5 m³/min verbraucht 5,45, also 9 % besser. Für dieselben 5 m³/min nimmt der zweite bei konstanter spezifischer Leistung nur etwa 27,3 kW statt 30 auf: 2,7 kW weniger in jeder Betriebsstunde, multipliziert mit Ihren jährlichen Betriebsstunden und Ihrem kWh-Preis. In Verkaufsunterlagen oft nicht angegeben: Rechnen Sie sie immer selbst nach.

Die vorausschauende Wartung stattet den Kompressor mit Sensoren aus (Lagerschwingung, Öl-/Lufttemperatur, Differenzdruck an Filter und Abscheider), deren Daten in eine kontinuierliche Überwachung einfließen. Der Eingriff wird durch eine Schwellenwertüberschreitung oder die Erkennung einer Drift ausgelöst, nicht durch einen festen Kalender. Mittlere Vorteile laut dem Betriebs- und Wartungsleitfaden des US-Energieministeriums (2010): 70 bis 75 % der Ausfälle beseitigt, 35 bis 45 % weniger Stillstandszeit, 25 bis 30 % geringere Wartungskosten; es wird nur getauscht, was getauscht werden muss, und die Komponenten halten länger. Sinnvoll ist sie zuerst dort, wo ein Stillstand teuer ist: bei einem produktionskritischen Kompressor ohne Reservemaschine.

Die ISO 8573-1 gibt der Klasse 0 keinen Zahlenwert: Sie definiert sie als strenger als die Klasse 1 (0,01 mg/m³ Gesamtöl), auf dem Niveau, das Anwender oder Lieferant angeben. Eine Klasse 0 wird daher mit ihrem Grenzwert und ihrem Messverfahren angegeben. In der Branche, und bei CEZIUM, bezeichnet sie eine Maschine ohne Öl im Verdichtungsraum: Scroll, Klauen, trockenlaufende Schraube, wassereingespritzte Schraube. Eine ölgeschmierte Schraube mit nachgeschalteter Filtration kann sich diesem Niveau an der Verwendungsstelle annähern, die Maschine selbst ist jedoch nicht Klasse 0. Es ist die übliche Anforderung in Pharma, Lebensmittelindustrie und Elektronik.

Der Drucktaupunkt (PDP) ist die Temperatur, bei der der in der Luft enthaltene Wasserdampf beim betrachteten Druck beginnt, zu flüssigen Tropfen zu kondensieren. Er ist der Indikator für die Restfeuchte nach der Trocknung. Ein Standard-Kältetrockner erreicht +3 °C PDP (Klasse 4 nach ISO 8573-1), ein Adsorptionstrockner erreicht −40 °C PDP (Klasse 2) oder −70 °C PDP (Klasse 1). Je niedriger der PDP, desto trockener die Luft und desto teurer die Trocknungsenergie: Die Wahl der richtigen Klasse ist ein Kompromiss zwischen Energie und Prozess.

ATEX ist die Abkürzung des französischen „ATmosphères EXplosibles“ (explosionsfähige Atmosphären). Zwei europäische Richtlinien: 2014/34/EU für Gerätehersteller (Ex-Kennzeichnung, Zertifizierung) und 1999/92/EG für Arbeitgeber (Risikobeurteilung, Zoneneinteilung des Standorts). Die Zonen werden eingeteilt in: 0 (explosionsfähige Atmosphäre ständig vorhanden), 1 (gelegentlich), 2 (selten). Ein in einer ATEX-Zone installierter Kompressor muss ATEX-tauglich sein (Geräte, Anschlüsse, Elektrik). Betrifft Chemie, Petrochemie, Lackierung, Lebensmittelindustrie (Getreidestaub) usw.

Die GMP (Good Manufacturing Practices) sind die in der Pharmaindustrie verbindlichen Regeln der guten Herstellungspraxis. In Europa ist das Referenzwerk EudraLex Band 4, dessen Anhang 1 (Revision 2022) speziell die Herstellung steriler Arzneimittel behandelt. Für Druckluft in Kontakt mit dem Produkt verlangen die GMP eine definierte Qualität, eine qualifizierte Anlage (IQ/OQ/PQ) und eine Überwachung über die Zeit; die gewählte ISO-8573-1-Klasse legt der Betreiber in seiner Dokumentation fest, oft mit Öl in Klasse 1 oder 0.

HACCP ist eine systematische Methode zur Identifizierung, Bewertung und Beherrschung von Gefahren (mikrobiologisch, chemisch, physikalisch), die für die Lebensmittelsicherheit bedeutsam sind. Nach der europäischen Verordnung 852/2004 für alle Lebensmittelunternehmer verpflichtend. Für Druckluft in Kontakt mit Lebensmitteln (Flaschenblasen, pneumatische Förderung von Zutaten, Verpackung) schreibt die Methode keine ISO-8573-1-Klasse vor: Der Betreiber legt sie in seiner Risikoanalyse fest und dokumentiert sie, meist mit dem Ziel Öl in Klasse 1 oder besser für Luft, die Lebensmittel berührt.

Die Norm ISO 1217 „Verdrängerkompressoren: Abnahmeprüfungen“ legt das Verfahren zur Messung der Leistungsdaten von Verdrängerkompressoren (Schraube, Kolben, Drehschieber) fest. Anhang C (kommerziell am häufigsten verwendet) regelt, wie Luftvolumenstrom, Druck und Leistungsaufnahme unter genormten Bedingungen gemessen werden. Verlangen Sie immer Leistungsdaten nach ISO 1217: Sie sind die einzige verlässliche Vergleichsbasis zwischen Marken.

Die Norm ISO 8573-1 „Druckluft: Verunreinigungen und Reinheitsklassen“ ist die weltweite Referenz, um die Druckluftqualität festzulegen und zu überprüfen. Sie definiert 3 Klassenspalten: Feststoffpartikel (Größe und Konzentration), Wasser (Taupunkt), Öl (Gesamtkonzentration in mg/m³). Die Klasse wird als [Partikel:Wasser:Öl] angegeben, zum Beispiel [1:4:1]; der Betreiber legt sie für jede Anwendung fest, je nachdem, was die Luft berührt.

Das CEE-System (Certificats d'Économies d'Énergie, die französischen Energiesparzertifikate) verpflichtet Energieverkäufer, bei Verbrauchern Energieeinsparungen herbeizuführen, ob diese ihre Kunden sind oder nicht. Konkret fällt bei einem Druckluftkompressor die Drehzahlregelung unter das Standardblatt IND-UT-102 „Système de variation électronique de vitesse sur un moteur asynchrone“ (11.900 kWh cumac pro kW, 15 Jahre) oder, bei einem Permanentmagnetmotor, unter das Blatt IND-UT-114 „Moto-variateur synchrone à aimants permanents ou à réluctance“ (9.200 kWh cumac pro kW, 20 Jahre). Die Prämie deckt einen Teil der Mehrkosten von VSD gegenüber fester Drehzahl, abhängig vom ausgehandelten Preis pro MWh cumac. Die Berechnung erfolgt in kWh cumac (über die konventionelle Lebensdauer kumulierte und abgezinste kWh). Die Zusage des CEE-Finanzierers muss spätestens bei der Annahme des Angebots vorliegen, andernfalls entfällt die Förderfähigkeit.

Der Druckverlust (oder ΔP) ist die Druckabsenkung zwischen Kompressoraustritt und Verwendungsstelle, verursacht durch Reibung in Rohrleitungen, Bögen, Ventilen, Filtern und Trockner. Ein gut ausgelegtes Netz verliert deutlich weniger als 10 % des Austrittsdrucks (US-Energieministerium). Darüber hinaus gleicht der Betreiber durch Anheben des Kompressor-Sollwerts aus, und jedes zusätzliche bar kostet rund 7 % Energie. Den Druckverlust zu senken (gesättigte Filter tauschen, Netz neu dimensionieren) ist oft die erste Energieeffizienzmaßnahme, die anzugehen ist.

Die IE-Skala umfasst fünf Klassen: IE1 (Standard), IE2, IE3 (Premium), IE4 (Super Premium) und IE5 (Ultra Premium). IEC TS 60034-30-2 (2016) definiert sie für drehzahlveränderbare Motoren, darunter umrichtergespeiste Permanentmagnet-Synchronmotoren; IEC 60034-30-1 deckt ihrerseits die direkt am Netz betriebenen Motoren ab. In Europa schreibt die Verordnung (EU) 2019/1781 seit dem 1. Juli 2021 mindestens IE3 von 0,75 bis 1.000 kW vor und seit dem 1. Juli 2023 IE4 von 75 bis 200 kW (2, 4 oder 6 Pole). Permanentmagnetmotoren können IE5 erreichen; bei den CEZIUM-Schraubenkompressoren sind sie IE4, IE5 auf Anfrage.

Die kWh cumac (kumuliert und abgezinst) ist die Einheit des CEE-Marktes. Sie steht für die gesamte Energie, die eine Energieeffizienzmaßnahme über die konventionelle Lebensdauer der Anlage einspart (15 Jahre für das Blatt IND-UT-102, 20 Jahre für IND-UT-114), abgezinst mit 4 % pro Jahr ab dem zweiten Jahr. Sie wird zu dem mit dem Vermittler (délégataire) ausgehandelten Preis bewertet. Für einen 75-kW-Kompressor ergeben die Blätter 892.500 kWh cumac (IND-UT-102) oder 690.000 kWh cumac (IND-UT-114).

Die mittlere Auslastung (Load factor) ist das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen mittleren Luftverbrauch eines Standorts und der maximalen Kapazität des installierten Kompressors. Sie wird über eine Woche mit einem Datenlogger gemessen. Ein Stahlwerk im Dauerbetrieb läuft nahe der Volllast, eine mechanische Werkstatt deutlich darunter. Der Frequenzumrichter bringt am meisten, wenn die mittlere Auslastung deutlich unter der Kapazität liegt und schwankt; bei konstanter Volllast bringt er wenig, da der Motor bereits nahe seiner Nenndrehzahl läuft.

Nahezu die gesamte von einem Kompressor aufgenommene elektrische Energie wird zu Wärme. Laut dem US-Energieministerium entspricht die verfügbare Wärme 80 bis 93 % der aufgenommenen elektrischen Energie, und eine gut ausgelegte Wärmerückgewinnung gewinnt davon 50 bis 90 % zurück, also 40 bis 84 % der elektrischen Energie, auf einem nutzbaren Temperaturniveau: Öl mit 70-90 °C (Hauptquelle), Austrittsluft mit 30-50 °C, Umgebungsluft mit +10-20 °C. Drei Technologien: Luft-Luft (Rückführung in die Werkstatt), Luft-Wasser (Wärmetauscher am Öl für Warmwasser oder Heizung), Wasser-Wasser (industrieller Wasserkreislauf). Sinnvoll ist sie an einem Standort, der einen großen Teil des Jahres Wärme benötigt. Abgedeckt durch das CEE-Blatt (französische Energiesparzertifikate) IND-UT-103 „Système de récupération de chaleur sur un compresseur d'air“ (Wärmerückgewinnungssystem an einem Druckluftkompressor).