Druckluft

Atmosphärische Luft besteht zu 78 Prozent aus Sickstoff, zu 21 Prozent aus Wasserstoff und zu einem Prozent aus Gasen. Wird Luft verdichtet, spricht man von der Drucklufterzeugung. Sie basiert auf der atomaren Struktur der Luft. Moleküle werden durch sogenannte Molekularkräfte auf einer bestimmten Distanz zueinander gehalten, können sich im Raum aber frei bewegen. Druck äußert sich dann, wenn Luft in einen Behälter eingeleitet wird, woraufhin die enthaltenen Moleküle an die Außenwände prallen. Mit einer steigenden Temperatur erhöht sich die Geschwindigkeit der Luftmoleküle, was zu einer Drucksteigerung führt. Darüber hinaus ist der Luftdruck vom Volumen des Behälters abhängig. Je kleiner der Innenraum ist, umso höher ist der Druck. Die Speicherung von Energie ist eine wichtige Eigenschaft der Druckluft. Eine Energierückgewinnung erfolgt bei einer Entspannung der Druckluft. Darüber hinaus ist es möglich, Druckluft über Rohrleitungen zu transportieren. Dies spielt bei der Speicherung und Verwendung der Druckluft eine wichtige Rolle.

Drucklufterzeugung
Eine erste Kompression erfolgt auf natürliche Weise. Auf Meereshöhe wird ein atmosphärischer Druck von 1013 mbar (101325 Pa) gemessen. Die Drucklufterzeugung geht mit dem Gewicht der Lufthülle einher. Mit zunehmender Höhe nimmt der Druck bei gleichbleibenden Parametern ab. Von einem Überdruck spricht man, wenn der atmosphärische Druck nach einer Kompression übertroffen wurde. Generell gilt, dass mit einem zunehmenden Überdruck exponentiell mehr Energie zur weiteren Kompression aufgewendet werden muss. Zur Kompression wird ein Drucklufterzeuger eingesetzt. Dabei haben sich verschiedene Kompressorvarianten etabliert. Zu den bekanntesten Bauformen gehören der Kolben-, Schrauben- und Turboverdichter.

Verwendung der Druckluft
Für die industrielle und handwerkliche Anwendung wird Luft auf einen Überdruck von maximal 10 bar komprimiert. Hierfür kommen ein- und zweistufige Kompressoren aller Bauarten zum Einsatz. Die bekanntesten Anwendungsgebiete sind der Antrieb von Maschinen und das Aufblasen von Arbeitsmedien. Bei besonderen Anforderungen kann alternativ Druckluft im Bereich von bis zu 15 bar verwendet werden. Zur Erzeugung werden zweistufige Kolbenkompressoren und einstufige Schraubenkompressoren benutzt. Eine Sonderform bildet der Hochdruckbereich mit bis zu 40 bar. Die energiereiche Druckluft wird vorwiegend zum Betrieb großer Antriebsmotoren, für das Abdrücken von Kanalleitungen und das Formen von Kunststoffbehältern eingesetzt. Mehrstufige Schraubenkompressoren können Luft auf einen so hohen Überdruck komprimieren. Nur in Ausnahmefällen wird Luft im Hochdruckbereich von bis zu 400 bar erzeugt. Anwendungsbeispiele sind die Produktion hochwertiger Taucherflaschen und der Betrieb von Kraftwerken. Zur Erzeugung können mehrstufige Kolbenkompressoren verwendet werden.

Eigenschaften der Druckluft
Druckluft kann leicht transportiert und gut gespeichert werden. Dies liegt an einem vergleichsweise geringen Gewicht und einer unproblematischen Aufbereitung. Hinzu kommen eine saubere und trockene Verarbeitung. In der Anwendung hinterlässt Druckluft keine Verunreinigungen, die etwaige Betriebsstörungen verursachen könnten. Darüber hinaus können Druckluftbehälter und Druckluftgeräte robust und günstig produziert werden. Gefahren bestehen aber in einem möglichen Explosionsrisiko. Das Zerstörungspotenzial von Druckluftbehältern ist bei Temperaturschwankungen und Korrosionsfällen ein großes Problem. Die Speicherung und Verwendung von Druckluft darf daher nur unter gesonderten Sicherheitsbedingungen erfolgen.