Versteckte Kostenfresser

In 80 von 100 Betrieben wird Druckluft, sprich teuere Energie, unnötig und zuhauf vergeudet. Fast 30 % der Kompressorleistung geht auf dem Weg zum Werkzeug verloren, weil Druckluftnetze häufig nach Wasserleitungsregeln installiert werden und Druckluftwerkzeuge falsch angeschlossen sind. So die Quintessenz des seit vorletztem Jahr vom Werkzeughersteller Atlas Copco Tools angebotenen kostenlosen Messdienstes für Druckluftinstallationen an Arbeitsplätzen. Hans-Joseph Hohmann, einer von rund 40 Leuten, die solche Messungen und Druckluftverteilungsanalysen vor Ort durchführen: “Keiner würde die Lautsprecher seiner Hifi-Anlage mit Blumendraht anschließen, aber bei Druckluftwerkzeugen werden die physikalischen Regeln gern missachtet und Anschlusszubehör mit der linken Hand ausgewählt.” Das falle in der Praxis nur kaum auf, weil statischer Druck gern mit Fließdruck v erwechselt würde. Hohmann: “Man gibt sich mit der Manometeranzeige zufrieden und denkt nicht daran, dass dies nur der statische Druck ist.” Der aber kann sehr stark abfallen, wenn das Werkzeug arbeitet und es einen Flaschenhals in der Zuleitung gibt.

Häufigste Ursache für abfallenden Fließdruck: in Werkzeuganschlüsse eingebaute Strömungswiderstände durch minderwertige oder gar falsche Armaturen und Kupplungen. Diese strangulieren die Werkzeugleistung, weil sie Druck kosten. Zudem vergeudet jedes Bar Druckverlust rund ein Zehntel der installierten Kompressorleistung, also etliche Kilowatt. Damit die teuer genug erzeugte Druckluft möglichst verlustfrei dorthin gelangt, wo sie ihre gesamte Energie in Arbeit umsetzen kann, sollte sich jeder Druckluftanwender sechs Fragen stellen und überprüfen, ob man diese, wie hier vorgeschlagen, beantworten würde:

Passt die Durchflusskapazität des Schlauchs zum Luftbedarf des Werkzeugs? Wenn es eben geht, soll die Schlauch-strecke vom Leitungsnetz zum Werkzeug nicht länger als 3 m, höchstens aber 5 m sein, sonst geht zuviel Druck und damit Werkzeugleistung verloren.

Um den richtigen Schlauch für ein Druckluftwerkzeug auswählen zu können, sollten die Schlauchdurchmesser bezogen auf einen Druckabfall von 0,2 bar und eine Schlauchlänge von 5 m einschließlich (zwei) Tüllen und einem Fließdruck (pe) von 7 bar im Prospekt angegeben sein. Denn wird ein Anschlussschlauch ohne diese Bezugsgrößen für Druck und Volumenstrom ausgewählt, hat man die Rechnung ohne den Wirt gemacht.

Spiralschläuche verursachen einen höheren Druckabfall als normale, gerade Schläuche, weshalb hierbei erst recht auf einen größeren Querschnitt zu achten ist.

Wie groß ist der Druckverlust zwischen Leitungsnetz und Werkzeug? Immer bedeutet Druckabfall einen Leistungsverlust im Quadrat des Abfalls: Sinkt der Druck von 7 auf 5 bar, reduziert sich die Werkzeugleistung von 7² auf 5², also um knapp 50 %. Bei einem Druckabfall von 6 auf 5 bar geht immerhin schon ein Viertel an Leistung verloren.

Wie viel Energie und Werkzeugleistung vergeuden meine Schnellkupplungen? Die meisten selbstentlüftenden Schnellkupplungen, insbesondere solche aus Messing, kosten viel Druck, weil bei ihnen immer eine Kugel im Luftstrom liegt. Dieser Flaschenhals kostet zwischen 0,6 und 1,3 bar, wie Messungen immer wieder bestätigen. Das aber muss nicht sein. Längst gibt es Schnellkupplungen, die volles Rohr geben und bei nur 0,2 bar Druckabfall mehr als den doppelten Luftdurchsatz einer vergleichbaren Messingkupplung haben.

Wie groß sind die Luftverluste aus Armaturen und Schlauchanschlüssen? Aus einem Leck von nur 10 mm Durchmesser (und wie schnell kommt das zusammen!) entweichen aus einem 7-bar-Netz pro Sekunde 123,8 Liter Druckluft, sprich 43 Kilowatt. Oder ein nur ø 3 mm Loch: Daraus entweichen pro Sekunde 11 Liter Druckluft von pe = 7 bar. Das entspricht einer Verdichterleistung von knapp 5 kW, die damit regelrecht “flöten” gehen.

Haben die Anschlussschläuche der Werkzeuge wirklich nicht mehr Tüllen und Kupplungen als nötig? Bloß weil es sich mal so ergeben hat und man auch noch hier und da trennen und kuppeln wollte, muss das so entstandene Schlauchflickwerk keinesfalls gerechtfertigt sein. Auf je mehr Anschlussteile man verzichten kann, um so besser.

Hat der Anschlussnippel des Werkzeugs den richtigen Querschnitt? Oft wird der Anschlussnippel nicht nach dem Luftbedarf des Werkzeugs gewählt, sondern nach dem (zufällig) bereits vorhandenen Schlauchdurchmesser. So wird dann zu guter Letzt doch noch ein Flaschenhals vors Werkzeug geschraubt.

Die Konsequenzen falscher, schlecht dimensionierter und mit minderwertigem Anschlusszubehör bestückter Werkzeuganschlüsse sind erheblich. Abhilfe schaffen anschlussfertig konfektionierte Schlauchsätze, wie sie beispielsweise Atlas Copco mit höchstens 0,2 bar Druckabfall anbietet. Welchen Betriebsüberdruck ein Druckluftwerkzeug benötigt (Bezug für die Leistungsangaben), ist im jeweiligen Werkzeugkatalog nachzulesen. Dieser Druck muss aber auch tatsächlich als Fließdruck anstehen, wenn das Werkzeug läuft, und nicht nur auf dem Manometer stehen.

(Quelle: Atlas Copco) o

Was bedeutet eigentlich eine Vo-lumenstromangabe 100 l/s bei 7 bar? Sind das pro Sekunde 100 Liter Luft mit einem Druck von 7 bar oder sind damit 100 Liter auf atmosphärischen Druck entspannte Luft pro Sekunde gemeint?

Letzteres ist richtig: Eine Volumenstromangabe bezieht sich immer auf das Luftvolumen im entspannten Zustand. Das gilt auch für die Verbrauchsangaben bei Druckluftwerkzeugen. Benötigt ein Werkzeug einen Betriebsüberdruck von 6,5 bar und verbraucht dabei 12 l/s, dann bedeutet das: Zwölf Liter auf atmosphärischen Druck entspannte Luft.

Denn bei Gasen – und Luft ist ein Gas – ist das Volumen erst durch die Angabe von Druck, Temperatur und Feuchte exakt bestimmt. Ein Verdrängerkompressor (z. B. Kolben, Schraube, Drehschieber, Drehzahn, Scroll) fördert, bezogen auf die Ansaugbedingungen, immer den gleichen Volumenstrom. Das heißt aber auch, bei nasskaltem Herbstwetter liefert er mehr als im Hochsommer.

So liefert ein Kompressor der einen spezifischen Volumenstrom von 100 l/s hat, bei minus 10 °C Außentemperatur, 95 % relativer Luftfeuchte und 1 bar Ansaugluftdruck nicht 100, sondern 102,2 l/s. Aber nur 87,4 l/s, wenn beim selben Ansaugdruck (1 bar) die Ansaugtemperatur 30 °C und die relative Luftfeuchte 40 % beträgt.

Wer völlig eindeutig sein will, gibt Volumenströme entweder in Normkubikmetern an oder nach ISO 1217 Anhang F. Ein Normkubikmeter ist nach DIN 1343 auf eine Temperatur von 273,15 K (0 °C), einen Druck von 1,01325 bar und eine relative Feuchte von 0 % festgelegt. Die Referenzbedingungen der ISO 121 zum eindeutigen Vergleich von Volumenstrom- und Leistungsangaben bei Kompressoren: Ansaugdruck 1 bar, Ansaugtemperatur 20 °C, relativ Feuchte 0 % und Temperatur des Kompressorkühlmedium 20 °C.

Bei allgemeinen Druckluft-Versorgungsanlagen ist die Verwendung einer Volumenstromangabe nach ISO 1217 zu empfehlen. Diese Angabe kommt dem Normzustand sehr nahe, ist für die Praxis mit den glatten Zahlen einfacher zu handhaben und erleichtert den Vergleich der Kompressordaten wesentlich.

Wichtig ist natürlich die Angabe des nutzbaren Volumenstroms am Übergabepunkt, zum Beispiel am Austrittsstutzen des Kompressors. Die Messung des Ansaugvolumenstroms eines Kompressors berücksichtigt nicht dessen interne Verluste und entspricht darum nicht dem zu 100 % nutzbaren Volumenstrom, hat also wenig praktischen Wert.

Kleinere Volumenströme (V•) werden in l/s angegeben, größere in m ³/s. Angaben in m³/min und m³/h sind veraltet, wenngleich sie in der Druckluftpraxis noch immer auftauchen. Indes haben sich l/s bei Luftverbrauchsangaben von Druckluftwerkzeugen inzwischen durchgesetzt.

Seit der Druck (die mechanische Spannung) nach den SI Einheiten nur noch in Bar oder Pascal (1 bar = 100 000 Pascal) und nicht mehr in ata oder atü angegeben werden darf, ist die Druckluftwelt gespalten.

Denn insgeheim denkt die Druckluftpraxis noch immer in atü, meint also mit “bar” in der Regel den effektiv wirksamen Druck, sprich den Überdruck. Dennoch: Nach den internationalen Regeln über die Standardeinheiten bezieht sich die Druckangabe “bar” grundsätzlich auf den Absolutwert. Danach ist die Druck-angabe “7 bar” völlig richtig, wenn 6 bar Überdruck gemeint sind.

Wer allen Missverständnissen vorbeugen will, tut nach wie vor gut daran, Überdrücke eindeutig durch den Zusatz “über” zu kennzeichnen, also zum Beispiel “6 bar Betriebsüberdruck”.

Bei der Auslegung von Druckluft-Rohrleitungen ist natürlich nicht das entspannte Volumen (bezogen auf 1 bar) zu berücksichtigen, sondern das effektive Betriebsvolumen.

Ein Volumenstrom von 100 l/s mit einem Betriebsüberdruck von 7 bar hat einen effektiven Betriebsvolumenstrom von 100 dividiert durch 8, also 12,5 l/s, und zwar mit einer Dichte von etwa 10,3 kg/m³. Mit diesem Wert erfolgt dann die Berechnung von Nennweite und Druckabfall. o