Welcher ist der bessere Kolben- und Schraubenkompressor?
Luftkompressoren sind für viele Industriebetriebe wichtig. Wenn Sie jemals darüber nachgedacht haben Kauf von Luftkompressoren, Sie haben wahrscheinlich Kolben- und Schraubenkompressoren gesehen. Diese verschiedenen Arten von Luftkompressoren haben viele Vor- und Nachteile, aber wie entscheiden Sie, welcher für Ihr Unternehmen der richtige ist?
Jetzt erläutert BISON die Unterschiede zwischen Kolben- und Schraubenkompressoren und wie Sie den richtigen Typ für Ihre Anforderungen auswählen.
Was ist ein Kolbenkompressor?
Kolbenkompressoren, auch Hubkolbenkompressoren genannt, arbeiten mit großen Kolben, die von einer Kurbelwelle angetrieben werden. Dabei saugt die Kurbelwelle den Kolben an und verdichtet so abwechselnd Luft in einer Kammer. Viele bewegliche Teile erhöhen Reibung und Wärme. Dies verringert die Zuverlässigkeit und erhöht den Wartungsaufwand.
Sie sind viel größer als Schraubenkompressoren, auch weil sie so dimensioniert sein müssen, dass sie mehr Luft in Kubikfuß pro Minute (CFM) produzieren, als für die Anwendung erforderlich ist. Diese zusätzliche Dimension ist notwendig, damit der Kompressor ordnungsgemäß läuft und zusätzlicher Verschleiß verhindert wird.
Was ist ein Schraubenkompressor?
Schraubenkompressoren nutzen zwei spiralförmige Schrauben zur Luftverdichtung. Der entscheidende Unterschied besteht darin, dass sich die Schrauben nicht berühren. Diese Rotoren rotieren in einer Verdichtungskammer und werden üblicherweise mit Öl gekühlt, abgedichtet und geschmiert. Das Kühlmedium in einem Schraubenkompressor erfüllt mehrere Funktionen: Es entfernt Verunreinigungen, schmiert die Lager, kühlt das System und dichtet die Rotoren ab, um die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern. Zwei präzisionsgefertigte spiralförmige Rotoren rotieren in entgegengesetzte Richtungen und verkleinern so die Verdichtungskammer schrittweise. Dadurch wird ein kontinuierlicher, gleichmäßiger Luftstrom erzeugt.
Durch den berührungslosen Betrieb entstehen weniger Verschleiß, wodurch der Wartungsaufwand sinkt und der Schraubenkompressor zuverlässiger wird. Dieser Mechanismus bietet weitere Vorteile hinsichtlich Wärmeentwicklung, Geräuschpegel, Größe, Wirkungsgrad und Ölgehalt in der Ausblasluft.
Schraubenkompressoren können ohne Betriebszyklus im Dauerbetrieb laufen, da sie ein geringeres Risiko von Überhitzung und Verschleiß aufweisen. Dieser Vorteil ermöglicht es, den Kompressor an den Fördermengenbedarf der Anlage anzupassen, anstatt einen größeren Kompressor für den erforderlichen Betriebszyklus anzuschaffen. Da weniger Ventilreinigung erforderlich ist, muss der Kompressor auch seltener abgeschaltet werden.
Neben der Vermeidung von Überdimensionierung sind Schraubenkompressoren auch kleiner ausgelegt. Aufgrund ihrer kompakten Bauweise und ihres leiseren Betriebs können sie näher an den Werkstattanwendungen platziert werden, wodurch der Bedarf an Rohrleitungen reduziert wird. Der Schraubenkompressor verfügt über eine Einwegdrehung zur Minimierung von Vibrationen und kann ohne zusätzliche Fundamente auf den Kufen montiert werden.
Was ist der Unterschied zwischen einem Schrauben- und einem Kolbenkompressor?
Der Hauptunterschied zwischen Schrauben- und Kolbenkompressoren liegt in der Art der Luftverdichtung. Schraubenkompressoren nutzen zwei ineinandergreifende Schrauben, während Kolbenkompressoren mit Kolben arbeiten, die von einer Kurbelwelle angetrieben werden. Ein weiterer wesentlicher Unterschied sind die beweglichen Teile: Ein Schraubenkompressor besteht aus zwei sich nicht berührenden Teilen, ein Kolbenkompressor hingegen aus vielen. Die folgende Tabelle veranschaulicht die praktischen Auswirkungen dieser Unterschiede.
| Dimension | Kolben (Hülsen- und Hubkolben) | Schraube (rotierend) |
|---|---|---|
| Auslastungsgrad | Eingeschränkt (braucht Ruhe) | 100% kontinuierlich |
| Lärm | 80 dB(A)+ | 65–75 dB(A) |
| Ölverschleppung | 10 ppm+ (verschleißt mit der Zeit) | 1–7 ppm |
| Durchflusseffizienz | 3–3,5 cfm/hp | 4–4,5 cfm/hp |
| Betriebstemperatur | 300–400°F Austrittstemperatur | Austrittstemperatur 170–200°F |
| Anfangskosten | Untere | Höher |
| Betriebskosten | Im Laufe der Zeit höher | Niedriger (VSD-Option) |
| Maximaler Druck | ~200 psi (13,8 bar) | ~150 psi (10,3 bar) |
| Wartung | Häufig, im Haus | Weniger häufig, oft ausgelagert |
Anwendung
Kolbenkompressoren eignen sich am besten für Anwendungen mit hohem Druck und niedrigem Volumenstrom, wie sie beispielsweise in der Automobilindustrie und der Klimatechnik vorkommen, wo kurzzeitige Hochdruckstöße wichtiger sind als ein konstantes Volumen.
Am anderen Ende des Spektrums werden Schraubenkompressoren bevorzugt, wenn in der allgemeinen Fertigung kontinuierlich große Mengen an Druckluft benötigt werden. Öleingespritzte Schraubenkompressoren eignen sich hervorragend für den Dauerbetrieb, jedoch sind sie aufgrund des Ölaustrags ohne entsprechende Filtration nicht für Anwendungen mit direktem Kontakt oder in Reinräumen geeignet – und selbst mit Filtration allein lässt sich die Reinraumklasse 0 nicht erreichen. Für Branchen, die sehr reine Luft benötigen – wie die Pharmaindustrie, die Halbleiterfertigung, die Lebensmittelverarbeitung und Krankenhäuser – ist ein ölfreier Schraubenkompressor (kein öleingespritztes Modell) erforderlich: Diese Anwendungen erfordern Druckluft der ISO 8573-1-Klasse 0 (Gesamtölgehalt unter 0,01 mg/m³), die nur mit einer ölfreien Verdichtungsstufe zertifiziert werden kann.
| Anwendungen von Kolbenluftkompressoren | Anwendungen von Schraubenkompressoren |
|---|---|
| Kleine Maschinenwerkstatt | Lebensmittelverarbeitung und Verpackung |
| Sprühpistole | Roboterfertigung |
| Reifengeschäft | Massenproduktion |
| Sandstrahlen | Fördersystem |
| Bauarbeiten | Krankenhäuser |
| Spülreinigung | Farbproduktionslinie |
| Wohnnutzung | Anwendungen, die sehr saubere Luft erfordern |
| Handelektrowerkzeuge | Branchen, die kontinuierlich Druckluft benötigen |
Auslastungsgrad
Der Betriebszyklus ist der Prozentsatz der Zeit, in der der Kompressor ohne die Gefahr von Überhitzung und übermäßigem Verschleiß laufen kann.
- Kolben: begrenzt
- Schraube: 100%
Der Betriebszyklus wird berechnet, indem die Laufzeit durch die Gesamtzykluszeit geteilt wird. Beispielsweise ergibt ein 6-minütiger Betrieb mit anschließender 4-minütiger Pause in einem 10-minütigen Zyklus einen Betriebszyklus von 60%. Kolbenkompressoren haben begrenzte Betriebszyklen und benötigen Ruhezeiten, um Überhitzung und Verschleiß zu vermeiden, während Schraubenkompressoren kontinuierlich mit 100% laufen. Bei der Auswahl eines Kompressors für Ihren Betrieb hilft Ihnen das Verständnis der Berechnung des Betriebszyklus dabei zu entscheiden, ob die Ruhezeitanforderungen eines Kolbenkompressors zu Ihrem Arbeitsablauf passen oder ob die Dauerlauffähigkeit eines Schraubenkompressors erforderlich ist, um die Produktion ohne Unterbrechung aufrechtzuerhalten.
Geräuschpegel
Schraubenkompressoren sind viel leiser als Kolbenkompressoren und ermöglichen so eine flexiblere Platzierung. Beim Kauf eines Kolbenkompressors müssen Sie darauf achten, dass die richtige Platzierung das Gehör des Arbeiters nicht belastet.
- Kolben: 80+ dB(A) lauter als ein Wecker
- Schraube: 65–75 dB(A), ähnlich einer Toilettenspülung.
Ein Grund für den deutlich leiseren Betrieb von Schraubenkompressoren liegt in ihrer Bauweise: Durch den Verzicht auf Kupplungen oder Zahnräder zwischen Motor und Schraubenelement wird der mechanische Lärm reduziert. Da weniger bewegliche Teile Vibrationen und Reibung erzeugen, arbeiten Schraubenkompressoren mit einem Geräuschpegel, der mit dem einer Toilettenspülung vergleichbar ist, während Kolbenkompressoren mit ihren hin- und hergehenden Teilen deutlich lauter bleiben. Dieser strukturelle Unterschied ist ein wesentlicher Grund dafür, dass Schraubenkompressoren flexiblere Aufstellungsmöglichkeiten am Arbeitsplatz bieten, während Kolbenkompressoren eine sorgfältige Positionierung erfordern, um das Gehör der Arbeiter bei langen Schichten zu schützen.
Ölrückstände
Wenn das zur Schmierung des Luftkompressors verwendete Öl in die Luftleitung gelangt. Schraubenkompressoren verfügen über ein Ölabscheidesystem, das eine effektivere Ölentfernung ermöglicht. Kolbenkompressoren weisen höhere Ölkonzentrationen auf, da ihnen ein Ölabscheidesystem fehlt und die Kolben und Ölringe verschleißen.
- Kolben: 10 ppm+
- Schraube: 1 – 7 ppm
Dieser Unterschied im Ölmitriss ist auf die interne Konstruktion der jeweiligen Kompressortypen zurückzuführen. Kolbenkompressoren arbeiten ausschließlich mit Abstreifringen zwischen Luft und Öl. Dadurch können Ölpfropfen hindurchtreten und den für Lackierarbeiten notwendigen gleichmäßigen Luftstrom stören, da eine saubere und gleichmäßige Luftzufuhr für ein hochwertiges Finish unerlässlich ist. Mit zunehmendem Verschleiß der Kolben und Ölabstreifringe verstärkt sich dieses Problem und trägt zu den höheren Ölkonzentrationen in Kolbenkompressoren bei.
Rotationsschraubenkompressoren verfolgen einen anderen Ansatz: Sie nutzen ein Abscheideelement, um das Öl im Verdichtungsbereich zu entfernen. Dies verbessert die Luftqualität und verlängert die Lebensdauer der Endgeräte. Dieses Abscheidesystem ist der Hauptgrund für die deutlich geringeren Ölrückstände bei Schraubenkompressoren. Für Anwender, deren Arbeit von sauberer Druckluft abhängt, kann dieser Unterschied in der Ölabscheidetechnologie die Ausgabequalität und die Lebensdauer nachgeschalteter Anlagen erheblich beeinflussen.
Fluss
Der Förderstrom eines Luftkompressors beschreibt seine Fähigkeit, seine Aufgabe kontinuierlich zu erfüllen und wird üblicherweise in Kubikmetern pro Minute (CFM) gemessen. Aufgrund der Anforderungen an den Betriebszyklus müssen Kolbenkompressoren deutlich größer dimensioniert sein als der benötigte Förderstrom. Schraubenkompressoren hingegen können die benötigte Größe besser erfüllen.
- Kolben: 3–3,5 cfm/PS
- Schraube: 4–4,5 cfm/hp
Schraubenkompressoren liefern mehr nutzbare Luft pro verbrauchter Energieeinheit, was für die langfristigen Betriebskosten ein wichtiger Faktor ist.
Feuchtigkeit
Je heißer die Luft, desto mehr Feuchtigkeit speichert sie. Die Fähigkeit der Luft, Feuchtigkeit zu speichern, verdoppelt sich bei etwa jedem Temperaturanstieg um 20 °F.
Kolben
- Interne Betriebstemperatur: 300–400 °F
- Entladungstemperatur: 100 °F+ über der Umgebungstemperatur
Schrauben
- Interne Betriebstemperatur: 170–200 °F
- Austrittstemperatur: 15–25 °F über Umgebungstemperatur
Kolbenkompressoren arbeiten mit Innentemperaturen zwischen 300 und 400 Grad, wodurch die Druckluft mehr Feuchtigkeit aufnimmt und unter Umständen zusätzliche Trocknungsanlagen benötigt werden. Diese erhöhte Innentemperatur erklärt direkt, warum Kolbenkompressoren auch Auslasstemperaturen von über 100 °F über der Umgebungstemperatur erzeugen, da ein heißerer Betrieb im Inneren zu einer insgesamt heißeren Ausblasluft führt.
Ein damit zusammenhängender Faktor, der dieses Problem verschärft, ist das Fehlen serienmäßiger Nachkühler bei Kolbenkompressoren. Ohne einen Nachkühler, der die Austrittslufttemperatur vor Eintritt in die Druckluftleitung senkt, sind Anwender von Kolbenkompressoren oft auf teure Hochtemperaturtrockner angewiesen, um die überschüssige Feuchtigkeit aus der heißen, feuchten Druckluft zu entfernen. Schraubenkompressoren hingegen arbeiten mit deutlich niedrigeren Innentemperaturen von 77–93 °C und geben die Druckluft nur 8–14 °C über der Umgebungstemperatur aus. Dies führt zu einer geringeren Feuchtigkeitsaufnahme und einer geringeren Abhängigkeit von speziellen, teuren Trocknungsanlagen.
Kosten
Wenn Sie vermeiden möchten, ein Vermögen auszugeben, ist ein Kolbenkompressor möglicherweise einfacher zu bekommen. Denken Sie jedoch daran, die Kosten zu berücksichtigen, die mit besonderen Platzierungsanforderungen wie Schallschutzgehäusen und Fundamenten verbunden sind. Möglicherweise möchten Sie auch eine Kostenanalyse durchführen, um zu sehen, ob andere mit einem Schraubenkompressor verbundene Einsparungen die zusätzlichen Anschaffungskosten ausgleichen können.
- Kolben: geringere Anschaffungskosten
- Schraube: Niedrigere Betriebskosten
Kolbenkompressoren sind in der Regel günstiger in der Anschaffung, bei der Installation und der Inbetriebnahme als Schraubenkompressoren. Daher greifen viele Käufer mit begrenztem Budget eher zu Kolbenkompressoren. Schraubenkompressoren gleichen den höheren Anschaffungspreis durch niedrigere Betriebskosten im Laufe der Zeit aus. Ein Großteil dieser Einsparungen resultiert aus dem effizienten Energieverbrauch: Ein Drehzahlregler (FU) ermöglicht es dem Schraubenkompressor, seine Motordrehzahl an den tatsächlichen Luftbedarf anzupassen, anstatt permanent mit voller Leistung zu laufen. Dadurch wird Energieverschwendung reduziert und die Stromkosten gesenkt. Auch Druckdifferenzen beeinflussen die Betriebskosten: Wenn ein Kompressor größere Druckschwankungen zwischen Soll- und Solldruck ausgleichen muss, verbraucht er mehr Energie. Schraubenkompressoren sind in der Regel besser darauf ausgelegt, diese Differenzen effizient zu bewältigen, was dazu beiträgt, die Energiekosten langfristig zu senken. Kolbenkompressoren, denen diese Art der Drehzahlregelung fehlt, neigen eher dazu, bei schwankendem Bedarf höhere Betriebskosten zu verzeichnen.
Druckausgang
Ein weiterer Vergleichspunkt zwischen den beiden Bauarten ist der Förderdruck. Kolbenkompressoren erreichen maximale Drücke von bis zu 200 psi (13,8 bar), was deutlich über dem typischen Maximaldruck von 150 psi (10,3 bar) bei Schraubenkompressoren liegt. Dieser höhere Druck macht Kolbenkompressoren für Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf attraktiv, allerdings geht dies mit einem höheren Wartungsaufwand aufgrund der zusätzlichen beweglichen Teile einher.
Wartung
Kolbenkompressoren sind wartungsintensiver als Schraubenkompressoren. Sie erfordern regelmäßige Wartung und Reinigung, die in der Regel vom vorhandenen Personal durchgeführt werden können, während bei Schraubenkompressoren unter Umständen externe Dienstleister beauftragt werden müssen. Zudem benötigen Kolbenkompressoren mehr Ersatzteile, während Schraubenkompressoren mit weniger Teilen auskommen.
Ohne ordnungsgemäße Wartung sinkt der Förderstrom von Kolbenkompressoren mit zunehmendem Alter der Kolben, und es kommt zu vermehrtem Ölabrieb. Dies ist einer der Gründe, warum Kolbenkompressoren im Vergleich zu Schraubenkompressoren eine intensivere und häufigere Wartung erfordern. Zudem verlieren Kolbenkompressoren mit der Zeit an Effizienz durch häufiges Ein- und Ausschalten sowie verschleißbedingte Leistungseinbußen, was den Wartungsaufwand zusätzlich erhöht.
Der geeignete Kompressor für Ihr Unternehmen muss sorgfältig auf der Grundlage der individuellen betrieblichen Anforderungen und Ziele Ihres Unternehmens ausgewählt werden. Ein Unternehmen, das mit Kolbenkompressoren beginnt, kann darüber hinauswachsen. Daher lohnt es sich, die Kosten für Ihren Kompressor regelmäßig zu überprüfen und herauszufinden, welcher für Ihr Unternehmen der richtige ist.
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Es gibt viele Kompressoren und bei der Auswahl spielen viele Faktoren eine Rolle. Glücklicherweise sind die Experten von BISON mit Luftkompressoren, unabhängig von der Bauart, bestens vertraut. Gerne begleiten wir Sie bei der Einrichtung und helfen Ihnen bei der Suche nach einem geeigneten Kompressor zur Erreichung Ihrer Geschäftsziele.
BISON hat seinen Sitz in China und ist ein OEM-Großhändler für Luftkompressoren. Bevor Sie uns kontaktieren, stellen Sie sich bitte folgende drei Fragen: 1) Benötigen Sie Druckluft rund um die Uhr oder nur intermittierende Druckstöße? (Dauerbetrieb → Schraubenkompressor; intermittierender Druck → Kolbenkompressor) 2) Kommt Ihr Produkt mit der Druckluft in Berührung oder wird die Luftreinheit geprüft? (Ja → ölfrei, Klasse 0) 3) Wie hoch ist Ihr maximaler Betriebsdruck? (Über 150 psi → Kolben- oder Hochdruckschraubenkompressor) Teilen Sie uns Ihre Antworten mit, und BISON findet die passende Kompressorserie für Sie.
