Simples Wasser statt Öl

„Mittels wassereingespritzter Schraubenkompressoren lässt sich absolut ölfreie Druckluft sehr einfach erzeugen, denn es muss nur noch das Wasser aus der Druckluft entfernt werden“, berichtet Björn Irtel, Ressortleiter Qualitätswesen und Technik bei der Aerzener Maschinenfabrik GmbH in Aerzen. Zudem läge das Investitionsvolumen unter dem für eine ölfrei verdichtende, also trockenlaufende, zweistufige Anlage – allerdings über dem eines konventionell öleingespritzten, einstufigen Systems. Wer aber mit öleingespritzten Kompressoren absolut ölfreie Druckluft erzeugen will, setzt sich immer der Gefahr eines Versagens der Aufbereitung aus. Im schlimmsten Fall werden so ganze Produktchargen wertlos, ganz abgesehen von den hohen Reinigungskosten für das Druckluftnetz.

„Wasserstufen gab es zwar schon, aber wir hatten den Ehrgeiz, die bisherige Technik entscheidend zu verbessern“, fährt Irtel fort. Einer der entscheidenden Schritte war dabei die Werkstoffwahl, denn die Aerzener setzen nicht mehr eine Polymerkeramik für die Läufer der Stufen ein. Dieser Werkstoff bilde zwar mit Wasser ein gutes tribologisches System, aber bei Drücken oberhalb von 7 bar reiche die Festigkeit nicht aus, erläutert der Ingenieur. Daraus ergebe sich eine verminderte Profiltreue, die durch größere Spaltmaße zwischen den beiden Läufern sowie zwischen den Läufern und der inneren Gehäusewandung ausgeglichen werden muss. „Zwangsläufig haben damit Wasserstufen mit Läufern aus Polymerkeramik einen geringeren Wirkungsgrad, die Druckluft wird teurer.“ Bei den neuen VMW-Wasserstufen setzen die Aerzener deshalb Rotoren aus hochlegiertem, korrosionsbeständigem Stahl ein. Dieser weist auch bei höheren Drücken bis 13 bar eine sehr hohe Formkonstanz und Profiltreue auf. „Der Wechsel von der Polymerkeramik zu diesem besonders vergüteten Stahl führt auf diese Weise durch deutlich kleinere Spaltmaße zu einem hervorragenden Wirkungsgrad über die gesamte Leistungsbandbreite“, betont Björn Irtel. Damit seien die Wirkungsgrade der VMW-Wasserstufen nun direkt mit dem Wirkungsgrad öleingespritzter Anlagen vergleichbar. Und: „Sie zeichnen sich durch eine besonders hohe Energieeffizienz aus.“

Aerzener liefert nur die eigentliche Verdichterstufe, die andere Kompressorenhersteller in ihren Maschinen verwenden können. Erreichbar sind trotz einstufiger Arbeitsweise Drücke bis 13 bar, verfügbar sind die Stufen zunächst für Antriebsleistungen von 45, 55 und 75 kW. Entwickelt wurden die neuen VMW-Wasserstufen ausschließlich für den Direktantrieb, weil sich dieser gegenüber dem Riemenantrieb inzwischen als das zweckmäßigere Konzept erwiesen hat. Außerdem lassen sich die Verdichterstufen abhängig vom Einsatz sowohl für Anlagen mit konstanter als auch bedarfsgeregelter Drehzahl einsetzen – mit einem Drehzahlbereich zwischen 1500 und 5000 min-1. Die Wasserstufen eignen sich also gleichermaßen für

wenn es um die Erzeugung absolut ölfreier Druckluft mit hoher Energieeffizienz geht. Vorausgesetzt werde übrigens lediglich eine als Trinkwasserqualität definierte Wasserqualität, ergänzt Günter Seidel, Mitglied der Geschäftsführung der Aerzener Maschinenfabrik.

Besonderes Augenmerk legten die Entwickler auch auf die Lager in den Verdichterstufen. Sowohl mit Einspritzwasser als auch mit Fett geschmierte Lager schieden aus. Erstere, weil sich organische, im Wasser gelöste Bestandteile in den Lagern festsetzen können, letztere, weil sie in genau definierten Intervallen gewartet und nachgefüllt werden müssen. In den VMW-Wasserstufen kommen deshalb ölgeschmierte Wälzlager zum Einsatz, was zu einer Dauerschmierung über den Lebenszyklus der Verdichterstufe führt, betonen die Aerzener. Damit entfielen sämtliche Ölwechsel- oder Nachfüllarbeiten, und es ergäben sich identische tribologische Verhältnisse wie in einer öleingespritzten Verdichterstufe. Gleichwohl garantiere ein atmosphärischer Zwischenraum zwischen den Lagern und dem Verdichtungsraum während der gesamten Gebrauchsdauer der Anlage eine wirksame Trennung beider Bereiche. Die Aerzener Maschinenfabrik garantiert für diese Stufen eine betriebsstundenabhängige Wartungsfreiheit über mindestens zwei Jahre bei Dauerbetrieb rund um die Uhr an 365 Tagen/Jahr (entsprechend 16 000 Betriebsstunden) – vergleichbar der Standzeit öleingespritzter Verdichterstufen.

Da der Bedarf an absolut ölfreier Druckluft wächst – etwa in der Medizintechnik –, bieten sich wassereingespritzte Systeme also als eine ebenso sichere Alternative zu trockenlaufenden Verdichtern an. Insbesondere vermeiden sie deren Nachteile, die sich wie folgt zusammenfassen lassen:

Kompressoren mit wassereingespritzten VMW-Wasserstufen kennen diese Probleme nicht. Aerzener arbeitet deshalb bereits an der Erweiterung des Leistungsspektrums nach oben und unten. Die neuen Wasserstufen wurden zudem bereits im Dauerbetrieb unter Praxisbedingungen mit Erfolg getestet.

Norbert Barlmeyer Fachjournalist in Bielefeld

Die Aerzener Maschinenfabrik hat ihren Baukasten an Spaltrohrgebläsen um sogenannte hermetische Antriebe für den industriellen Einsatz mit nicht aggressiven Gasen erweitert. Zunächst stehen Baugrößen für Volumenströme von 8000 bis 15 300 m3/h zur Verfügung, im mittleren Volumenstrombereich von 2000 bis 7500 m3/h sollen weitere folgen. Die neuen Antriebe sind ebenfalls wassergekühlt und mit einem neuartigen Spaltrohr ausgeführt, das die Energieeffizienz um bis zu 30 % steigern soll, betonen die Aerzener. Gleichzeitig könnten die Drehzahlen mittels Frequenzumrichterbetrieb auf bis zu 125 Hz erhöht werden, so dass also kleinere Maschinen einen höheren Volumenstrom erreichen. Hieraus ergäben sich erhebliche Kostenvorteile und Möglichkeiten zur Reduzierung der Einbaumaße.

Durch den hermetischen Motor entfällt die Wellendurchführung zur Atmosphäre, mögliche Ölundichtigkeiten gehören somit der Vergangenheit an. Außerdem sind die Gebläse für die ATEX-Zone 0 (intern) baumustergeprüft und zertifiziert.

Wer jegliches Risiko einer Kontamination durch ölhaltige Druckluft ausschließen will, kann alternativ zu einem trockenlaufenden Verdichter auch bei Drücken bis 13 bar zu einem wassereingespritzten Kompressor greifen. Korrosionsbeständiger Stahl anstelle von Polymerkeramik löst jetzt das Wirkungsgradproblem, Kosten und Aufstellfläche fallen geringer aus.