„Die technische Anwendung ist definiert, der Druck-Hub und der Massenstrom stehen fest, doch welcher Kompressor-Typ ist nun der Richtige für diese Applikation?“
Diese oder ähnliche Fragen stellen sich viele Ingenieure und System-Betrachter. Dieser Artikel stellt eine Übersicht der verfügbaren Kompressor-Konzepte dar und zeigt die Vor- und Nachteile eines ultrahochdrehenden Turbo Kompressors auf. Vorab soll aber bereits erwähnt werden, dass die Antwort auf diese so einfach erscheinende technische Fragstellung derart breit gefächert ist, dass eine Einzelfallprüfung unabdingbar ist. Machen Sie den ersten Schritt und nutzen Sie hierzu unseren kostenfreien Service, welcher am Ende des Artikels beschrieben wird.
Die abgebildete Tabelle stellt einleitend beispielhaft gegenüber, wie unterschiedlich die Kompressor-Anforderungen für unterschiedliche Anwendungsfälle sind.
| Beispiel 1: Kompressor für Brennstoffzellen- Fahrzeuge | Beispiel 2: Füllen einer Druckluftflasche | Beispiel 3: Kühlen einer elektrischen Komponente |
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|---|---|---|---|
| Arbeitsmedium | Luft | Luft | Luft |
| Druckverhältnis | 1:1.7 gering - mittel | 1:200 - 300 sehr hoch | ~1:1.05 gering - mittel |
| Massenstrom | ~15 g/s | ~3-7 g/s | ~1-500 g/s |
| Haupt-Herausforderung beim Systementwurf | Wirkungsgrad, geringes Systemgewicht | Hohes Druckverhältnis | Grosser Volumenstrom |
| Zusätzliche Anforderungen | Ölfreiheit | Überwachung der Gas-zusammensetzung | Kostengünstige Herstellung |
| Mögliche Kompressor- Typen | Turbo Kompressor, Scroll Kompressor, Schrauben Kompressor, Seitenkanal-Verdichter | Kolben- kompressor | Lüfter / Gebläse |
Tabelle 1: Beispiele für unterschiedliche Systemanforderungen
Die nachfolgende Abbildung zeigt die verschiedenen Kompressor-Konzepte, die zur Förderung oder Druckerhöhung eingesetzt werden. Die vorrangige Unterteilung findet in der obersten Ebene zwischen den intervallweise arbeitenden Verdrängermaschinen und den kontinuierlich arbeitenden Strömungsmaschinen (auch Turbomaschinen genannt) statt. Anschliessend gliedern sich die Zweige hauptsächlich aufgrund der Bauart des Kompressors auf. Diese reduzierte Auswahl zeigt bereits die Breite an verfügbaren Kompressor-Typen und stellt die Schwierigkeit bei der Auswahl weiter dar.
Jeder Kompressor-Typ hat seine individuellen Vor- und Nachteile sowie ein optimales Einsatzgebiet. In Publikationen wurden Kompressor-Typen für den Einsatz in Brennstoffzellen oder Wärmepumpen für die Luft- und Raumfahrt verglichen.
Die Vor- und Nachteile der ultrahochdrehenden Turbo Kompressor-Technologie haben wir für Sie nachfolgend zusammengefasst.
Innovationen aus Forschung und Entwicklung, verbesserte Materialien und neue Fertigungstechnologien erlauben heutzutage die Miniaturisierung von Turbo Kompressoren. Dies wiederum eröffnet neue Einsatzmöglichkeiten der Turbo Kompressor-Technologie in Bereichen, in denen bisher ausschliesslich kleine Membran-, Kolben-, oder Drehschieber-Kompressoren zum Einsatz kamen. Abbildung 2 stellt dies am Beispiel des Celeroton CT-15-150 dar.
Die Vorteile der Turbo Kompressoren, wie geringes Volumen und Gewicht sowie hoher Wirkungsgrad, können nun auch in diesen Anwendungsgebieten genutzt werden. Wir berichteten hierzu ausführlich in einem separaten Artikel.
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