In der modernen Fertigungsindustrie Großbritanniens zählt Druckluft neben Strom, Gas und Wasser zu den vier wichtigsten Energieträgern. In den Präzisionsbearbeitungsbetrieben Birminghams, den Spezialstahlwerken Sheffields und den Zulieferketten der Luft- und Raumfahrtindustrie in den East Midlands ist der Bedarf an zuverlässigen und energieeffizienten Druckluftsystemen so hoch wie nie zuvor. Der frequenzvariable Schraubenkompressor hat sich als optimale Lösung für Betriebe etabliert, die den Durchsatzbedarf mit steigenden Energiekosten und immer strengeren Umweltauflagen in Einklang bringen müssen.Wie ein Schraubenkompressor mit variabler Frequenz tatsächlich funktioniert
Rotationsschraubenkompression
Zwei spiralförmige Rotoren – ein männlicher (vier Flügel) und ein weiblicher (sechs Nuten) – greifen in einem präzisionsgefertigten Gehäuse ineinander. Während ihrer Rotation wird Luft in den Einlass gesaugt, zwischen den Rotorprofilen eingeschlossen und durch die Verdichtung aufgrund der Schraubengeometrie zunehmend komprimiert. Es gibt keine oszillierenden Teile, keine verschleißanfälligen Ventile und keine Stoßleistungsbegrenzungen wie bei Zentrifugalmaschinen.
Integration von Frequenzumrichtern
Ein Frequenzumrichter (auch Frequenzumrichter genannt) ist zwischen Netzanschluss und Antriebsmotor geschaltet. Er wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um und erzeugt anschließend eine neue Wechselstromwelle mit der exakt benötigten Frequenz, um den Motor mit der erforderlichen Drehzahl zu betreiben. Das Steuerungssystem misst kontinuierlich den Ausgangsdruck und vergleicht ihn mit dem Sollwert. Sinkt der Bedarf, reduziert der Umrichter die Frequenz – und damit die Motordrehzahl – innerhalb von Millisekunden und vermeidet so den energieverschwendenden Leerlaufzyklus.
Öleinspritz-Kühlkreislauf
Die Kompression erzeugt erhebliche Wärme; unkontrolliert würde diese die Rotoroberflächen und das Schmiermittel beschädigen. Ein kontinuierliches Öleinspritzsystem flutet die Kompressionskammer und schmiert so gleichzeitig die Rotoren, dichtet den Spalt zwischen den Profilen ab und nimmt die Wärme auf. Das heiße Öl-Luft-Gemisch durchläuft einen Präzisionsabscheider und anschließend einen Ölkühler, bevor es zur Einspritzstelle zurückgeführt wird. Ein Thermostatventil umgeht den Kühler bei Kaltstarts, um Kondensation zu verhindern.
Für britische Anlagenplaner ist das Verständnis des Druckverhältnisses im Schraubenelement bei der Spezifizierung von Ausrüstung entscheidend. Die meisten industriellen Anwendungen in Großbritannien erfordern Betriebsdrücke im Bereich von 7–13 bar, was typischen Druckverhältnissen von 7:1 bis 13:1 im Schraubenelement entspricht. Das Rotorprofil – insbesondere der Umschlingungswinkel und die asymmetrische 4+6-Lappenkonfiguration – ist so konstruiert, dass interne Leckagen (Schlupf) bei diesen Verhältnissen minimiert werden, ohne die Luft zu stark zu komprimieren, was zu unnötiger Energieverschwendung durch Erwärmung führen würde. Führende Hersteller nutzen CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics), um das Rotorprofil für spezifische Betriebszyklen zu optimieren. Diese Disziplin unterscheidet Premium-Schraubenkompressoren von günstigeren Alternativen, die lediglich die äußere Geometrie kopieren, ohne die zugrundeliegende thermodynamische Konstruktion zu berücksichtigen.
Der Druckregelbereich – die Differenz zwischen Last- und Entlastungssollwert bei einer Maschine mit fester Drehzahl bzw. die Regel-Totzone bei einer Maschine mit Frequenzumrichter – beeinflusst die Energieeffizienz direkt. Ein Schraubenkompressor, der mit einem engen Regelbereich von 0,2 bar um seinen Sollwert arbeitet, verbraucht messbar weniger Energie als einer mit einem Regelbereich von 1 bar, da der mittlere Systemdruck (und damit die spezifische Leistung) niedriger ist. Moderne SPS-basierte Steuerungen in hochwertigen Schraubenkompressoren mit variabler Drehzahl halten diesen Regelbereich automatisch aufrecht und passen ihn in Echtzeit an Höhe, Umgebungstemperatur und Filterdruckverlust an.
Kernmaterialien: Was einen Premium-Schraubenkompressor auszeichnet
Lager
Schrägkugellager der Toleranzklasse ABEC-7 lagern den Rotor axial; Zylinderrollenlager nehmen Radiallasten auf. Hochwertige Kompressoren verwenden SKF- oder FAG-Lager mit einer L10-Lebensdauer von über 100.000 Stunden bei Nennlast.
Wellendichtungen
PTFE-Lippendichtungen oder Labyrinthdichtungen verhindern das Eindringen von Öl in den Lagerraum am Antriebsende. Bei Hochdruckausführungen (über 13 bar) kommen üblicherweise Gleitringdichtungen zum Einsatz, deren rotierende Dichtflächen aus Kohlenstoff-Graphit auf Dichtflächen aus Siliziumkarbid laufen.
Ölabscheiderelement
Koaleszenzmedien aus Borosilikatglasfasern mit einer Korngröße von 5 Mikron bis unter einem Mikron fangen Ölnebel auf. Der Restölgehalt auf hochwertigen Maschinen liegt unter 3 mg/m³ – eine entscheidende Voraussetzung für Laserschneiden, Lebensmittelverarbeitung und pharmazeutische Anwendungen.
Kühlere Kerne
Aluminiumgelötete Blechkühler sind Standard; Edelstahl-Rohrbündelkühler werden für Offshore-Anwendungen, Lebensmittelanwendungen und Umgebungen mit korrosiven Gasen spezifiziert. Eine effektive Nachkühlung senkt die Ablufttemperatur auf maximal 5 °C unter die Umgebungstemperatur.
Technische Leistungsparameter des Produkts
Die folgende Tabelle enthält repräsentative Spezifikationen der von Ever Power angebotenen Schraubenkompressoren mit variabler Frequenz. Alle Fördermengen sind als Liefermenge (FAD) gemäß ISO 1217:2009 Anhang C angegeben (Einlassdruck 1 bar abs, 20 °C, relative Luftfeuchtigkeit 0,15 µT). Die spezifische Leistung (kW pro m³/min FAD) ist der wichtigste Wirkungsgrad – je niedriger der Wert, desto besser. Die angegebenen Werte gelten für den Nenndruck; der tatsächliche Verbrauch variiert mit der Drehzahl des Frequenzumrichters.
| Modell | Motorleistung (kW) | FAD bei 8 bar (m³/min) | FAD @ 10 bar (m³/min) | Druckbereich (bar) | Spezifische Leistung (kW/m³/min) | Geräuschpegel dB(A) | Drehzahlbereich des Frequenzumrichters (Hz) | Austrittstemperatur (°C über Umgebungstemperatur) | Ölverschleppung (mg/m³) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| EP-VF22 | 22 | 3.6 | 3.0 | 5 – 13 | 6.11 | 65 ±2 | 25 – 60 | ≤8 | ≤3 |
| EP-VF37 | 37 | 6.3 | 5.2 | 5 – 13 | 5.87 | 66 ±2 | 25 – 60 | ≤8 | ≤3 |
| EP-VF55 | 55 | 9.8 | 8.1 | 5 – 13 | 5.61 | 68 ±2 | 25 – 60 | ≤8 | ≤3 |
| EP-VF75 | 75 | 13.5 | 11.2 | 5 – 13 | 5.56 | 69 ±2 | 25 – 60 | ≤8 | ≤3 |
| EP-VF110 | 110 | 20.2 | 16.8 | 5 – 13 | 5.45 | 70 ±2 | 25 – 60 | ≤8 | ≤3 |
| CM160PVF | 160 | 28.0 | 23.5 | 5 – 13 | 5.71 | 72 ±2 | 25 – 60 | ≤8 | ≤3 |
Alle Spezifikationen wurden gemäß ISO 1217:2009 Anhang C gemessen. Technische Änderungen vorbehalten. Zertifizierte Prüfberichte erhalten Sie bei Ever Power.
Sechs technische Vorteile, die die Investition rechtfertigen
30–50% Energieeinsparung gegenüber Einheiten mit fester Drehzahl
Der Frequenzumrichter eliminiert den Leerlaufbetrieb, der bei Maschinen mit fester Drehzahl 15–251 TP5T Nennleistung verschwendet. Bei Teillast – typischerweise 60–801 TP5T Spitzenleistung in Produktionsumgebungen – arbeitet der frequenzumrichtergesteuerte Schraubenkompressor mit proportional geringerer Drehzahl und Leistungsaufnahme. Für ein britisches Werk, das einen 75-kW-Kompressor bei durchschnittlichen Stromkosten von 0,28 £/kWh für 6.000 Stunden pro Jahr betreibt, können die jährlichen Einsparungen gegenüber einem vergleichbaren Kompressor mit fester Drehzahl 18.000 £ übersteigen – eine Amortisationszeit von deutlich unter drei Jahren in den meisten Fällen.
Präzise Druckstabilität (±0,1 bar)
Da der Frequenzumrichter kontinuierlich moduliert, anstatt zwischen Ein- und Aus-Zustand zu schalten, bleibt der Ausgangsdruck in einem extrem engen Bereich – typischerweise ±0,1 bar vom Sollwert. Dies ist von enormer Bedeutung für Endanwendungen wie das Laserschneiden, wo Druckschwankungen über ±0,3 bar sichtbare Qualitätsunterschiede an den Schnittkanten verursachen, und die Tablettenpressung, wo die Konstanz des Luftdrucks die Härte der Tabletten und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften direkt beeinflusst.
Verlängerte mechanische Lebensdauer
Bei Kompressoren mit fester Drehzahl kommt es häufig zu Motorstarts. Jeder Startvorgang belastet die Wicklungen für mehrere Sekunden mit dem 6- bis 8-fachen Nennstrom, was die Isolierung schrittweise schädigt. Ein frequenzgeregelter Schraubenkompressor startet hingegen mit nahezu null Drehzahl. Dadurch wird der Anlaufstrom auf den Nennwert begrenzt und mechanische Stöße vollständig vermieden. Das Ergebnis ist eine deutlich verlängerte Lebensdauer der Motorwicklungen, geringere Belastung der Kupplung und ein niedrigerer Lagerverschleiß – was sich direkt in längeren Wartungsintervallen niederschlägt.
Sanftanlauf eliminiert Netzlastkosten
In Großbritannien werden die Gebühren für die maximale Leistungsaufnahme (Maximum Demand, MD) bei gewerblichen Stromtarifen anhand des Verbrauchs im 30-Minuten-Intervall berechnet. Ein direkt gestarteter Kompressor mit fester Drehzahl kann beim Anlauf für einige Sekunden den Verbrauch um das 6- bis 8-Fache des Nennstroms erhöhen, was den MD-Wert in die Höhe treibt und somit die MD-Gebühr für den gesamten Abrechnungszeitraum steigert. Ein sanfter Anlauf per Frequenzumrichter (VFD) eliminiert diese Lastspitze vollständig und reduziert den MD-Wert in Anlagen mit mehreren Kompressoren oft um 15–251 TP5T – eine erhebliche zusätzliche Einsparung, die bei der ursprünglichen Beschaffungsentscheidung selten berücksichtigt wird.
Integrierte IoT-Überwachung und Ferndiagnose
Moderne Schraubenkompressoren mit variabler Frequenz sind mit integrierten SPS-Steuerungen ausgestattet, die über 30 Betriebsparameter im Minutentakt erfassen – darunter Auslasstemperatur, Öldruck, Filterdifferenzdruck, Lagerschwingungen und Motorstrom. Ethernet-verbundene Geräte übertragen diese Daten an cloudbasierte Dashboards, die über Desktop- oder Mobilgeräte zugänglich sind. So können Wartungsteams in Großbritannien den Zustand der Kompressoren überwachen, ohne vor Ort sein zu müssen. Algorithmen für die vorausschauende Wartung erkennen Anomalien Wochen, bevor es zu Ausfällen kommt – eine Fähigkeit, die von ISO 55001-konformen Anlagenmanagementsystemen zunehmend gefordert wird.
Niedriges Akustikprofil für die Integration in den Arbeitsbereich
Das Fehlen von Einlassventilklappern und das gleichmäßige Drehmomentverhalten von frequenzumrichtergesteuerten Motoren reduzieren die Schallemission um 4–8 dB(A) im Vergleich zu drehzahlfesten Motoren gleicher Leistung. Mit 65–72 dB(A) in einem Meter Entfernung (gemäß ISO 2151) können diese Schraubenkompressoren in Arbeitsbereichen neben belegten Büros installiert werden, ohne die Grenzwerte der britischen Lärmschutzverordnung (UK Control of Noise at Work Regulations 2005) zu überschreiten. Dadurch entfällt in vielen kleineren Betrieben die Notwendigkeit separater Kompressorräume.
Industrielle Anwendungsszenarien in den verschiedenen Fertigungssektoren Großbritanniens
Anwendungsszenario 2: Pharmazeutische Produktion in Cambridge und im Oxford-Cambridge-Bogen
Der pharmazeutische Korridor zwischen Cambridge und Oxford beherbergt einige der anspruchsvollsten Druckluftverbraucher Großbritanniens. Tablettenpressen, Blisterverpackungsanlagen und Gefriertrocknungsanlagen benötigen Druckluft in Instrumentenqualität gemäß ISO 8573-1 Klasse 1 oder Klasse 2 – das bedeutet einen Partikelgehalt unter 0,1 Mikron, einen Drucktaupunkt von maximal -40 °C und einen Gesamtölgehalt unter 0,01 mg/m³. Aufgrund dieser Anforderungen ist die Wahl zwischen ölfreien und ölgefluteten Schraubenkompressoren mit Filterung nicht nur eine rein wirtschaftliche, sondern auch eine wichtige Entscheidung im Hinblick auf die Einhaltung von Vorschriften. Der frequenzvariable Schraubenkompressor lässt sich nahtlos in SCADA-gesteuerte Reinraumumgebungen integrieren; sein SPS-Ausgang ist direkt mit Gebäudeleitsystemen für die zentrale Überwachung verbunden, und die gleichmäßige Druckabgabe eliminiert die minimalen Pulsationen, die die Kalibrierung empfindlicher Abfüll- und Dosieranlagen beeinträchtigen können.
Anwendungsszenario 3: Automobilmontagewerke in Sunderland und Derby
Große Automobilwerke – darunter das Nissan-Werk in Sunderland und die Rolls-Royce-Werke in Derby – benötigen Druckluftsysteme, die hohe, variable Fördermengen für Dutzende gleichzeitig betriebener Anwendungen gewährleisten können: pneumatische Werkzeuge an Montagelinien, robotergestützte Lackierkabinen, Reifenfüllstationen und pneumatische Fördersysteme. Ein zentraler Ringkern, der von mehreren kaskadierten Schraubenkompressoren mit variabler Frequenz gespeist wird, bietet die für solche Anlagen erforderliche Redundanz und Kapazitätsmodulation. Der Kaskadensteuerungsalgorithmus steuert die Kompressoren kontinuierlich und schaltet sie je nach Gesamtbedarf zu oder ab. Dabei arbeitet jede Maschine im optimalen Teillastbereich, anstatt unnötige Leerlaufphasen zu durchlaufen.
Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie in Yorkshire und Lancashire – von der Milchverarbeitung in den Yorkshire Dales bis hin zu großen Keks- und Süßwarenfabriken in der Nähe von Manchester – stellt einen der größten Druckluftverbraucher in der britischen Industrie dar. Druckluft in Lebensmittelqualität muss den Richtlinien CP4 der British Compressed Gases Association (BCGA) und den Reinheitsklassen der ISO 8573-1 hinsichtlich Kontakt- und berührungsloser Druckluft entsprechen. In diesem Sektor versorgen frequenzumrichtergesteuerte Schraubenkompressoren typischerweise pneumatische Förderanlagen für Granulate, Verpackungsmaschinen, Blasformanlagen für PET-Behälter und Hochgeschwindigkeits-Abfülldüsen. Die Fähigkeit des Frequenzumrichters, den Druck auch bei Bedarfsspitzen – beispielsweise beim gleichzeitigen Anlaufen mehrerer Abfüllanlagen nach einer Produktionspause – konstant zu halten, verhindert Druckabfälle, die zu Undichtigkeiten und Produktverlusten führen können.Anwendungsszenario 5: Spezialstahl- und Metallverarbeitung in Sheffield
Sheffields Stellung als globales Zentrum der Spezialstahl- und Hochleistungslegierungsherstellung bedingt einzigartige Herausforderungen für die Druckluftsysteme dieses Sektors: hohe Umgebungstemperaturen in Ofennähe, metallische Partikel in der Luft und stark schwankende Bedarfsprofile im Verlauf von Ofenbeschickung, Walzen und Wärmebehandlung. Leistungsstarke, frequenzumrichtergesteuerte Schraubenkompressoren im Bereich von 110–160 kW erfüllen mehrere Aufgaben gleichzeitig: Sie liefern Instrumentenluft für Aktuatoren zur Steuerung des Prozessgasflusses, saubere Luft für Überdruck-Kontrollräume zum Schutz des Personals vor Metallstaub und speisen pneumatische Abschreckwassersprühsysteme. Dank der Lastfolgefunktion des Frequenzumrichters reagieren diese Systeme innerhalb von Millisekunden auf die plötzlichen Bedarfsspitzen, die beim gleichzeitigen Betrieb großer pneumatischer Aktuatoren während Chargenwechseln auftreten.
Kundenerfolgsgeschichte: Sheffield Precision Components Ltd
„Die Druckstabilität der Ever Power-Einheiten ist wirklich außergewöhnlich. Wir betreiben eine Laserschneidanlage mit zehn Schneidköpfen und mussten bisher unsere Schnittzeit um 81 TP5T verlängern, um Druckschwankungen auszugleichen, die am Ende eines langen Durchgangs zu Qualitätsproblemen führten. Seit dem Einsatz der VFD-Kompressoren haben wir diesen Puffer vollständig eliminiert. Die Maschine amortisiert sich allein schon durch den höheren Durchsatz.“
— David Hartley, Betriebsleiter
Hartley Sheet Metal Ltd, Coventry
„Wir haben die kundenspezifische ATEX-Zone-2-Konfiguration für unseren Bereich für lösemittelbasierte Beschichtungen spezifiziert. Das Team von Ever Power lieferte uns innerhalb von drei Wochen nach unserer Auftragsbestätigung die vollständigen Zertifizierungsunterlagen, einschließlich der ATEX-Konformitätserklärung – schneller als jeder europäische Lieferant, mit dem wir zuvor zusammengearbeitet hatten. Das Gerät läuft seit acht Monaten rund um die Uhr ohne eine einzige Alarmmeldung.“
— Sarah Nkosi, Leiterin der Entwicklungsabteilung
NorthCoat Industrielackierer, Leeds
„Die vom Team von Ever Power im Vorfeld bereitgestellten Energieauditdaten – die unser bestehendes Bedarfsprofil mit ihren Kompressor-Leistungskurven abglichen – lieferten uns die wirtschaftliche Begründung, die wir für die Kapitalgenehmigung benötigten. Die tatsächlich gemessenen Einsparungen im ersten Jahr lagen innerhalb von 41.000 Tonnen ihrer Prognose. Eine derart hohe Genauigkeit in einer technischen Analyse vor dem Verkauf ist selten und hat bei unserem Finanzteam großes Vertrauen für zukünftige Projekte geschaffen.“
— James Whitfield, Leiter Instandhaltung und Zuverlässigkeit
Sheffield Precision Components Ltd, Sheffield
Ausgewählte Modelle von Schraubenkompressoren mit variabler Frequenz
CM160PVF Schraubenkompressor mit variabler Frequenz
Der CM160PVF ist ein 160-kW-Hochleistungs-Schraubenkompressor mit variabler Frequenz, der speziell für den Dauerbetrieb unter hohen industriellen Anforderungen entwickelt wurde. Mit einem Liefervolumenstrom (FAD) von 28,0 m³/min bei 8 bar, einem integrierten IE4-effizienten Motor und einem Frequenzumrichter-Drehzahlbereich von 25–60 Hz liefert dieses Gerät eine außergewöhnliche spezifische Leistung von 5,71 kW/m³/min. Ideal für Automobilmontagewerke, große Fertigungshallen und Mehrschichtbetriebe in ganz Großbritannien.
Schraubenkompressor mit variabler Drehzahl
Dieser drehzahlvariable Schraubenkompressor der Mittelklasse deckt den Leistungsbereich von 22–75 kW ab und verfügt über eine werkseitige Frequenzumrichterintegration. Er wurde für kleine und mittelständische Unternehmen, Laserschneidwerkstätten und pharmazeutische Produktionsstätten entwickelt, in denen Energieeffizienz und Druckkonstanz höchste Priorität haben. Ausgestattet ist er mit einer intelligenten SPS-Steuerung mit Ethernet-Anschluss für Fernüberwachung und Lastmanagement.
Häufig gestellte Fragen
bearbeitet von gzl