Der Kolbenkompressor ist eine ganz spezielle Bauform einer technischen Einrichtung, welche in Fachkreisen nicht nur als Kompressor, sondern auch oft als sogenannte Fluidenergiemaschine oder alternativ auch als Verdichter bezeichnet wird.
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Das Funktionsprinzip vom Kolbenkompressor
Wie bereits schon eingangs kurz erwähnt, gibt es den Kompressor oder Verdichter in insgesamt zwei unterschiedlichen Bauformen. Bei diesen technischen Versionen der Fluidenergiemaschine handelt es sich jeweils um den Kolbenkompressor und schließlich dann um den Schraubenkompressor. Beide unterschiedliche Bauformen verfolgen jedoch grundlegend ein gemeinsames Funktionsprinzip und dienen letztendlich dann auch völlig identischen technischen Anwendungsformen in der Praxis.
Der Kolbenkompressor und auch der Schraubenkompressor sind Maschinen oder Geräte, in denen sich jeweils ein Gas befindet. Dieses Gas, bei dem es sich meist um die normale Atemluft handeln kann, wird durch mechanische Arbeit dann gezielt komprimiert und dabei mehr oder minder umfangreich zusammen gedrückt und letztendlich stark verdichtet.
Die beiden technischen Parameter der Dichte und auch des Drucks des komprimierten Gases, welches sich im Kolbenkompressor befunden hat, steigen infolge dieses technischen Vorgangs dann enorm an. Der Kolbenkompressor und der Schraubenkompressor sind somit Maschinen, die der Verdichtung und der Druckerhöhung von Gasen dienen und die dazu ihre praktischen Anwendungsbereiche finden.
Alternativ zum Kolbenkompressor und zum Schraubenkompressor gibt es dann in der Technik letztendlich auch noch die Pumpe. Die Pumpe dient jedoch nicht der Komprimierung und de Erhöhung der Dichte von Gasen. Sie findet ihre Anwendung und Nutzung in der Praxis stets nur ausschließlich dabei, wenn es nämlich darum geht, den Druck und die Dichte von flüssigen Medien ganz entscheidend steigern und erhöhen zu können.
Die physikalischen Hintergründe der Wirksamkeit vom Kolbenkompressor
Hinter der Wirkung jeder Art von Kolbenkompressor stecken natürlich ganz wesentliche und elementare physikalische Zusammenhänge und Gesetzmäßigkeiten. So gilt es stets auch beim Kolbenkompressor im ersten Schritt zunächst erst einmal, ein vorhandenes Gas anzusaugen und es in die Apparatur hinein zu transportieren. Jede Art der Kompression eines Gases im Kolbenkompressor setzt damit als aller ersten Arbeitsschritt den sogenannten Ansaugvorgang zwingend voraus.
Diejenige Gasmenge, welche durch den Ansaugvorgang dann letztendlich in das Innere des Kolbenkompressors hinein gelangen kann, wird als Ansaugvolumen beschrieben und charakterisiert. Es ist eine relevante und wichtige technische Betriebsgröße des Kolbenkompressors.
Im zweiten Schritt geht es dann schließlich nun bereits darum, diesem Ansaugvolumen ein bestimmtes Maß an mechanischer Arbeit zuzuführen, um es dadurch extrem zu kompensieren und zu verdichten. Das Maß an mechanischer Arbeit, welches dem Ansaugvolumen hinzu gefügt werden kann, wird beim Kolbenkompressor als Betriebsdruck beschrieben und definiert.
Der Betriebsdruck bewirkt nun eine deutliche Volumenverringerung des Ansaugvolumens, wobei dann gleichzeitig auch der Druck und die Temperatur des geringer gewordene Ansaugvolumens deutlich und messbar ansteigen werden. Das letztendlich aus dem Kolbenkompressor austretende Gasvolumen wird als Austrittsvolumen beschrieben.
Hier wurden nun die wesentlichsten technischen Parameter und Betriebsgrößen jeder Art von Kolbenkompressor beschrieben und genannt.
Es handelt sich hierbei nämlich um:
- das Ansaugvolumen
- den Betriebsdruck
- das Austrittsvolumen.
Je nachdem, für welche unterschiedliche Art der jeweiligen technischen Anwendung und Nutzung der Kolbenkompressor dann in der Praxis genutzt und verwendet werden soll, müssen diese hier aufgeführten und beispielhaft genannten technischen Parameter dann ganz bestimmten Schwellwerten und Größenordnungen genügen können.
Weitere Kenngrößen beim Kolbenverdichter
Der Kolbenverdichter ist jedoch, ebenso wie auch der Schraubenverdichter, durch einige zusätzliche Kenn- oder Betriebsgrößen gekennzeichnet und charakterisiert. Hierbei handelt es sich dann im Allgemeinen um die Parameter der Liefermenge (Volumen des abzugebenden komprimierten Gases pro Zeiteinheit), des Betriebsdrucks als Maßangabe für den jeweils durch das Gerät erreichbaren Überdruck, des Druckverhältnisses von Enddruck im Gerät zu Saugdruck zu Beginn des Arbeitsganges und schließlich dann auch des sogenannten Liefergrades als theoretische Größe für den erzielbaren Volumenstrom.
Beeinflusst wird die Arbeitsweise und dann letztendlich auch die Effizienz eines jeden Kolbenverdichters durch eine ganze Vielzahl an jeweils konkreten Umweltbedingungen, die während eines Verdichtungsvorganges vorherrschen und diesen prägen oder limitieren können.
Hier wären beispielhaft zu nennen und aufzuführen:
- die jeweils herrschende Temperatur am Betriebsort des Kolbenverdichters
- die aktuelle Luftfeuchtigkeit
- der Luftdruck am Betriebsort.
Alle drei hier vorgestellten Umgebungsvariablen werden durch den Techniker dann auch als sogenannte Normbedingungen beschrieben.
Der Kolbenverdichter als spezielle Bauform des Gerätes
Es wurde eingangs schon mehrfach auf den wichtigen Umstand hin gewiesen, wonach der Kolbenverdichter neben dem Schraubenverdichter eine wesentliche Bauform dieses technischen Gerätes markiert.
Je nach detaillierter technischer Bauform lässt sich die Geräteklasse der Kolbenverdichter dann nochmals unterteilen in den sogenannten Hubkolbenverdichter und dann schließlich noch in den Drehkolbenverdichter. Der Hubkolbenverdichter ähnelt vom Funktionsprinzip her einer Spritze, denn er benötigt einen Kolben zur Komprimierung des jeweils angesaugten Gases und er arbeitet dabei stets auch zyklisch. Er garantiert die Erzielung hoher Arten von Drücken, weist aber stets auch signifikant geringe Volumenströme auf. Das Einlass- und auch das Auslassventil arbeiten bei dieser Art von Kolbenverdichter stets automatisch. Rein technisch gesehen, handelt es sich bei diesen beiden genannten Arten von Ventilen dann zumeist um sogenannte Plattenventile.
Der Drehkolbenverichter wird in der Praxis dann vielfach auch als sogenannter Rotationsverdichter bezeichnet und beschrieben. Vom Drehkolbenverdichter als Unterart vom Kolbenverdichter existieren dann wiederum ganz unterschiedliche konkrete Bauformen, die man in der Praxis bei den unterschiedlichsten technischen Anwendungen und Nutzungen antreffen kann.
Bei diesen Bauformen handelt es sich dann nämlich um:
- das sogenannte Roots-Gebläse
- den Flügelzellenverdichter
- den Schraubenverdichter
- den Scrollverdichter.
Der Kompressionsraum, in welchem das zu verdichtende Gas mit mechanischer Arbeit angereichert und komprimiert wird, existiert zwischen der Gehäusewand und dem sich um seine eigene Achse bewegenden Drehkolben innerhalb dieses Gehäuses. Damit weist der Drehkolbenverdichter letztendlich eine gewisse Ähnlichkeit mit dem sogenannten Wankelmotor auf, de schließlich auch auf einem Drehkolben und dessen charakteristischer und typischer Funktionsweise basiert.
Der Drehkolbenmotor kann letztendlich über nur einen einzigen oder alternativ dann auch, je nach Bauform, über mehrere Drehkolben verfügen. Charakteristisch ist für diese Bauform vom Kolbenkompressor dann jedoch auch die Tatsache, dass es zur Realisierung sämtlicher Arten von Ansaug- und Austoßvorgängen des jeweiligen Gases keinerlei Ventile mehr gibt. Das Gas wird ausschließlich über bautypische Schlitze angesaugt und letztendlich dann auch im komprimierten und verdichteten Zustand wieder ausgestoßen.
Anwendungsbeispiele
Die typischen Anwendungsbeispiele solcher Geräte bilden heute meist die unterschiedlichen Arten von Triebwerken, in denen sie zur signifikanten Leistungssteigerung ihre Verwendung finden können.
