Druckluftverdichter für Mercedes-Benz für LKW

Aufgabe von Verdichtern und Kompressoren im Motor

In jedem Verbrennungsmotor wird Kraftstoff verbrannt. Dazu benötigt die Brennkammer Sauerstoff, die bei Saugmotoren über einen Unterdruck im Zylinder angesaugt wird. Zusätzlich lässt sich die Leistung des Motors durch die sogenannte Aufladung steigern. Dazu kommen Turbolader oder Kompressoren zum Einsatz.

·         Turbolader arbeiten mit zwei Schaufelrädern, von denen eins über den Abgasstrom angetrieben wird. Das andere schaufelt Luft in den Motor – allerdings erst dann einwandfrei, wenn der Motor gut läuft und viele Abgase produziert. Davor droht das Turboloch, ein Drehzahlbereich, in dem nur wenig Kraft bereitsteht, die Leistung zu schmälern.

·         Mechanische Kompressoren werden direkt über einen Riemenantrieb von der Kurbelwelle angetrieben. Dadurch machen sie auch im niedrigen Drehzahlbereich Druck – allerdings steigt der Spritverbrauch bei diesem System an.

·         Elektrische Verdichter arbeiten anstelle der Abgasturbine mit einem Mini-Elektromotor, der das Verdichterrad antreibt. Damit lässt sich das Turboloch umgehen und die Leistung steigt auch im niedrigen Drehzahlbereich an. Verbreitet ist die Technik bislang vor allem bei leistungsstarken Motoren, setzt sich inzwischen aber immer weiter durch, auch durch die Optimierung der Kühlung der angesaugten Luft, die besser verbrennt als warme. Das wiederum reduziert die Abgase und den Kraftstoffverbrauch um bis zu 10 Prozent.

Funktionsweise eines Druckluftverdichters

Im Prinzip arbeitet der Druckluftverdichter nach dem Verdrängungsprinzip, bei dem Gase durch mechanische Einwirkung unter Druck gesetzt werden. Das ursprüngliche Ansaugvolumen V1 mit dem Betriebsdruck p1 wird zusammengepresst zu einem kleineren Volumen V2 mit einem höheren Betriebsdruck p2. Je nach Bauart gibt es drei Typen von Druckluftverdichtern: Kolbenverdichter, Turboverdichter und Schraubenverdichter.

Kolbenverdichter

Bei Fahrzeugen kommen zur Verdichtung meistens Kolbenverdichter zum Einsatz. Bei Hubkolbenverdichtern saugt ein sich in einem Zylinder bewegender Kolben das Gas an, verdichtet es dort und stößt es wieder aus. Einlass- und Auslassventil sind dabei automatisch arbeitende Plattenventile. Daneben gibt es Drehkolbenverdichter in unterschiedlichen Bauarten. Bei diesen liegt der Arbeitsraum zwischen einem Gehäuse und einem oder auch mehreren Verdrängern, die sich entweder drehen oder auf einer Kreisbahn bewegen. Das Gas wird durch Schlitze angesaugt und auch wieder ausgestoßen.

Turboverdichter

Bei den Turboverdichtern, die nach den Gesetzen der Strömungsmechanik arbeiten, sind Radial- und Axialverdichter am weitesten verbreitet. Eine Turbine liefert hier - angetrieben durch die Abgase des Motors - die Antriebsenergie für den Verdichter. Während das zu komprimierende Gas beim Axialverdichter parallel zur Achse durch den Verdichter strömt, strömt das Gas beim Radialverdichter axial in das Laufrad der Verdichterstufe und wird dann nach außen (radial) abgelenkt. 

Schraubenverdichter

Bei Schraubenverdichtern laufen zwei parallel angeordnete, mechanisch zwangsgekoppelte Rotoren, an deren Wälzlinie der Durchgang verschlossen ist. Ein- und Auslassöffnungen befinden sich an den Stirnseiten, wobei diese so angepasst sind, dass kein Rückfluss entstehen kann.

Daneben gibt es eine Reihe weiterer Bauarten wie z. B. Schraubenverdichter, Labyrinth-Kolben-Verdichter, ionische- und Lamellenverdichter, wie auch Rotationsverdichter.

Unterscheidung von Druckluftverdichtern

Es lassen sich zwei Arten von Druckluftverdichtern unterscheiden:

·         Turboverdichter zeichnen sich aus durch große Volumenströme an Druckluft bei gleichzeitig kleinen Verdichtungsenddrücken.

·         Verdrängerverdichter liefern einen kleinen Durchsatz bei großen Verdichtungsenddrücken. Zu dieser Form gehören z. B. die zweiwelligen Schraubenverdichter, die sich durch ihren einfachen Aufbau,kleine Abmessungen, eine geringe Masse, gleichmäßige, pulsationsfreie Förderung und einen ruhigen Lauf auszeichnen.

Daneben ist eine Unterscheidung zwischen ölgeschmierten und ölfreien Verdichtern üblich. In der Kältetechnik gibt es zudem eine weitere Unterscheidung nach drei Arten von Verdichtern:

·         vollhermetische Verdichter: Motor und Verdichter befinden sich in einem abgeschlossenen Gehäuse in direktem Kontakt mit dem Kältemittel

·         halbhermetische Verdichter: Der Motor ist an das Gehäuse des Kompressors angesetzt.

·         offene Verdichter: Der Antrieb erfolgt durch Riemen, Zahnräder oder ein Getriebe.

Kennzeichnung bei Druckluftverdichtern

Neben dem erreichbaren Druck ist die Angabe der Liefermenge eines Kompressors üblich. Diese ist definiert als das abgegebene Luftvolumen je Zeiteinheit (m³ / min oder l / min).

Der Betriebsdruck bezeichnet den erreichbaren Überdruck der Druckluft, während sich das Druckverhältnis aus der Beziehung von Enddruck zu Saugdruck ergibt. Der Liefergrad sagt hingegen etwas über das Verhältnis von gefördertem und theoretisch möglichen Volumenstrom der Druckluft an.

Um verschiedene Verdichter miteinander zu vergleichen, empfiehlt sich der Normvolumenstrom als Volumenstrom unter Normbedingungen in Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit.

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