Druckluftverteilung

Einer EU-Studie zur Folge («Compressed Air Systems In The European Union»), sind in 80% aller Betriebe die Druckluftverteilsysteme das schwächste Glied innerhalb der Drucklufttechnik. Somit werden jährlich Tausende Euro an Energiekosten im wahrsten Sinne des Wortes verblasen.

Die Druckluftverteilung hat die Aufgabe, den Energieträger Druckluft mit geringstmöglicher Beeinflussung

  • der Luftqualität (durch Rost, Wasser, Schweisszunder etc.),
  • des Fliessdrucks (aufgrund unwirtschaftlicher Druckverluste) und
  • der Menge (durch unnötig hohe Leckagen)

zu transportieren.

Druckabfälle sind kostspielig

Jeder Druckluftverbraucher im Netz benötigt einen bestimmten, optimalen Betriebsdruck. Ein zu niedriger Betriebsdruck, z. B. verursacht durch zu enge Rohrquerschnitte, mindert die Leistung des Verbrauchers überproportional.
Zu hohe Drücke hingegen treiben nicht nur die Energiekosten unnötigerweise in die Höhe, sondern verkürzen darüber hinaus auch die Lebensdauer der Verbraucher.

Rohrleitungsdimensionierung

Einen direkten Einfluss auf die Leistung der Kompressoren, der Verbraucher und somit die Kosten der Druckluftproduktion hat selbstverständlich auch die richtige Dimensionierung des Druckluftnetzes.
Die wichtigsten Auslegungskriterien für das Druckluftnetz sind:

  • der Volumenstrom
  • der Betriebsdruck
  • die Leitungslänge
  • der Druckabfall

Unter Berücksichtigung dieser Kriterien kann der richtige Durchmesser der Druckluftleitung ermittelt werden. Die Dimensionierung des Rohrleitungsdurchmessers erfolgt entweder …

  • anhand der Nutzung gängiger Auslegungsdiagramme/Nomogramme (s. Abb. 1),
  • anhand gängiger Tabellen, aus denen die Durchmesser direkt abgelesen werden können (s. Abb. 2) oder
  • rechnerisch mittels einer Näherungsformel:

Näherungsformel zur Rohrleitungsdimensionierung

Zunächst wird Linie A (Rohrlänge) mit Linie B (Ansaugmenge) verbunden und bis Achse 1 verlängert. Danach wird Linie E (Systemdruck) mit Linie G (angestrebter Druckverlust) verbunden. Schliesslich werden die sich damit ergebenden Schnittpunkte auf den Achsen 1 und 2 durch eine Gerade miteinander verbunden. Diese Gerade schneidet die Linie D; auf dieser kann dann die erforderliche lichte Rohrweite abgelesen werden.

Grafik Nomogramm zur Ermittlung der Nennweite von Druckluftrohren

Abbildung 1: Nomogramm zur Ermittlung der Nennweite von Druckluftrohren

Tabelle zur Dimensionierung von Nennweiten für Druckluftrohre

Abbildung 2: Tabelle zur Dimensionierung von Nennweiten für Druckluftrohre

Generell sollte die Nennweite der Druckluftleitung möglichst gross sein. Die grössten Druckverluste entstehen durch zu klein bzw. zu eng dimensionierte Druckluftleitungen.
Erfahrungen zeigen, dass bei einem ursprünglich richtig dimensionierten Druckluftnetz im Laufe der Zeit immer mehr Verbraucher an das vorhandene Leitungsnetz angehängt worden sind, ohne dass das Netz den neuen Anforderungen entsprechend neu dimensioniert wurde.
Dass nur die Kompressorenleistung erhöht wurde, um den erhöhten Verbrauch abzudecken, ist dabei keine Seltenheit.

Wirtschaftlich vertretbarer Druckabfall (s. Abb. 3)

Der Druckabfall, von der Erzeugung bis zum Verbraucher, bei einem optimal ausgelegten Druckluftnetz wird wie folgt unterteilt:

  • < 0,03 bar für die Hauptleitung (Leitung zwischen Kompressorenraum/Behälter und Hauptverbrauchszentrum)
  • < 0,03 bar für die Ring-/Verteilerleitung (Leitungsteil, der die Luft innerhalb eines Verbrauchszentrums verteilt)
  • < 0,04 bar für die Anschlussleitung/Stichleitung (Verbindung zwischen Verteilerleitung und Verbraucher)

Der Druckverlust in den einzelnen Komponenten der Druckluftaufbereitung kann wie folgt dargestellt werden:

Grafik zum Druckverlust in einem Druckluftverteilsystem

Abbildung 4: Schematische Darstellung des Druckverlustes Ap in einem Druckluftverteilsystem (vom Erzeuger bis zum Verbraucher).

Die Höhe des Gesamtdruckverlustes hängt ab von:

  • Verschmutzungsgrad und Anzahl der Aufbereitungskomponenten
  • Art und Anzahl der Armaturen
  • Nennweite des Druckluftrohrsytems

Je ungünstiger eine Druckluftleitung konzipiert ist, desto mehr muss ein Kompressor leisten, um den benötigten Druck aufzubauen und zu halten. Das bedeutet: 1 bar Verlust im Druckluftsystem = 1 bar mehr Leistung am Kompressor = ca. 10% höhere Leistungsaufnahme.

Einfluss von Rohrleitungselementen

Einfluss von Rohrleitungselementen auf den Druckverlauf

Abbildung 5: Einfluss von Rohrleitungselementen auf den Druckverlauf (Quelle: VDMA)
Jedes Element in einem Druckluftrohrsystem, sei es eine Aufbereitungskomponente oder Armaturen der Rohrleitungen, verursachen einen Druckverlust durch Strömungswiderstände.
Unter Berücksichtigung der Druckverluste durch Armaturen wäre in diesem Zusammenhang eine gerade Rohrleitung ideal. Doch aufgrund baulicher Gegebenheiten lassen sich Rohrleitungen in aller Regel nicht ohne Armaturen vom Erzeuger zum Verbraucher legen.

Umlenkungen, wie etwa beim Umgehen von Stützpfeilern, kann man vermeiden, indem man die Druckluftleitung neben dem Hindernis verlegt.
90°-Winkel können leicht durch gross dimensionierte 90°-Bögen ersetzt werden (s. Abb. 5). Dadurch kann der Druckverlust auf einen Bruchteil des ursprünglichen Druckverlustes reduziert werden.

Neben diesen Einflüssen müssen auch den unterschiedlichen Anwendungen angepasste Materialien verwendet werden. Einflussfaktoren für die  Verwendung der richtigen Materialien sind folgende:

  • Druckluftqualität,
  • Abmessungen der Rohre,
  • Druck,
  • Umgebungseinflüsse,
  • Montageaufwand und
  • Materialkosten.

Erweitern einer Druckluftleitung

Eine weitere, gute Möglichkeit, die «überfahrenen» Druckluftleitungen zu erweitern ist das Installieren einer Parallelleitung, die man mit der bereits vorhandenen Verteilerleitung verbindet.
Das Rohrleitungssystem kann so, ohne grossen Kostenaufwand, als „Ringleitungssystem“ ausgebaut werden.

Setzen Sie sich bitte direkt mit uns in Verbindung und lassen Sie sich beraten.

Alex Thalmann

Alex Thalmann
Projekte Kompressoren & Verkauf

079 688 92 83
a.thalmann(at)prematic.ch