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Druckluftsysteme in Industrie 

und Gewerbe. 

Ein Ratgeber zur systematischen energetischen Modernisierung.

Inhalt. 

1. Einführung in das Thema. 

1.1 Energieverbrauch und Energieeffizienz in Industrie und Gewerbe 

1.2 Wo wird Druckluft eingesetzt? 

2. Optimierung von Druckluftsystemen. 

2.1 Erfassung des Ist-Zustands. 

2.2 Der Druck ist entscheidend. 

2.3 Anschlussstellen. 

3. Effiziente Druckluftnutzung: Verteilung, Aufbereitung, Erzeugung. 

3.1 Auslegung von Drucklufterzeugungsanlagen. 

3.2 Verteilung. 

3.2.1 Rohrleitung. 

3.2.2 Speicherung. 

3.3 Druckluftaufbereitung. 

3.3.1 Gründe für die Druckluftaufbereitung. 

3.3.2 Flüssigkeitsabscheidung. 

3.3.3 Drucklufttrocknung. 

3.3.4 Filtration. 

3.4 Drucklufterzeugung. 

3.4.1 Verdichterbauarten. 

4. Steuern und regeln. 

4.1 Diskontinuierliche Regelungen. 

4.2 Kontinuierliche Regelungen. 

4.3 Übergeordnete Steuerungen. 

5. Wärmeanfall und Wärmerückgewinnung. 

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EnergieEffizienz lohnt sich. 

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1. Einführung in das Thema. 

1.1 Energieverbrauch und Energieeffizienz 

in Industrie und Gewerbe 

Etwa ein Drittel des Endenergieverbrauchs in Deutschland – 

rund 700 TWh pro Jahr – entfällt auf die Industrie. Die zuletzt 

steigenden Energiepreise werden dabei für immer mehr Unternehmen 

zu einem spürbaren Kostenfaktor. Industrielle Querschnittstechnologien 

– wie Druckluft – oder Pumpensysteme – 

bieten branchenübergreifend noch große Energie- und damit 

Kosteneinsparpotenziale. Wie zahlreiche Beispiele aus der Praxis 

zeigen, sind diese Investitionen in der Regel hoch rentabel. 

Mit jährlich rund 16 TWh kommt Druckluft auf einen Anteil 

von ca. 7 Prozent am industriellen Stromverbrauch. Obwohl 

der Rohstoff „Luft“ in allen Unternehmen kostenfrei und in 

unbegrenzter Menge zur Verfügung steht, ist Druckluft ein kostenintensiver 

– und damit ein sehr wertvoller – Energieträger. 

Die Kosten entstehen hauptsächlich durch die Energie, die zur 

Verdichtung der angesaugten atmosphärischen Luft benötigt 

wird. Mit zunehmendem Druck und größerer Menge an benötigter 

Druckluft steigen die Bereitstellungskosten an. 

Der vorliegende Ratgeber zeigt Ihnen, wie Sie die Betriebsführung 

von Druckluftsystemen optimieren und damit den 

Energieverbrauch deutlich senken können. Dabei gilt: Der 

(Druckluft-) Verbraucher bestimmt die Kosten. Daher empfiehlt 

es sich, in einem ersten Schritt zunächst die druckluftnutzenden 

Verbraucher zu identifizieren und im Hinblick auf die 

Parameter Druck, Menge (an erforderlicher Druckluft) und 

Druckluftqualität zu bewerten. Danach können Sie die davorliegenden 

Systemkomponenten – Verteilung (Rohrnetz), 

Aufbereitung (Trocknen und Filtern) sowie Erzeugung (Kompressoren) 

– optimal auf die Verbraucher einstellen und das 

System als Ganzes optimieren. 

3 Druckluftsysteme für Industrie und Gewerbe.


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1.2 Wo wird Druckluft eingesetzt? 

Druckluft ist ein vielseitig verwendbarer Betriebsstoff. Die 

Vorteile von Druckluftanwendungen liegen in der Gefahrlosigkeit 

dieses Energieträgers, der Schnelligkeit und Präzision 

von Druckluftantrieben und der hohen Kraft bei gleichzeitig 

geringem Gewicht von Druckluftwerkzeugen. 

Aktivluft. 

Von Aktivluft ist die Rede, wenn Druckluft als Transportmedium 

genutzt wird. Aktuelle Anwendungsbeispiele sind der 

Schüttguttransport, das Hin- und Herschießen von Schiffchen 

bei Webmaschinen oder Einsätze bei der Luftlagerung. 

Am Beispiel der Luftlagerung lassen sich einige Vorteile der 

Druckluft gut aufzeigen. Laser zum Anvisieren von Geosatelliten 

z. B. müssen exakt ausgerichtet und automatisch nachgeführt 

werden. Um die nötige Präzision von ±1/3600 Grad zu 

erreichen, ist das optische System luftgelagert. Die Luftlager 

lassen völlig ruckfreie und stufenlose Teleskopbewegungen 

zu, sorgen für hohe Messgenauigkeit und schützen vor Vibrationen. 

Ohne Druckluft wären solche modernen Verfahren 

zur Erdvermessung kaum realisierbar. 

Abb. 1: PET-Flaschen 

Prozessluft. 

Ist die Druckluft direkt als Prozessmedium in bestimmte Verfahren 

eingebunden, spricht man von Prozessluft. Gängige 

Anwendungsbereiche sind Trocknungsprozesse, die Belüftung 

von Klärbecken oder Gärluft für Fermentationsprozesse. 

Arbeits- bzw. Energieluft. 

Arbeitsluft ist, neben Strom, das wichtigste Energieübertragungsmedium 

der Industrie. Seit Jahren weist die Pneumatik 

als wichtiges Anwendungsfeld für Druckluft zweistellige 

Wachstumsraten auf. Ohne Pneumatik ist ein automatisierter 

industrieller Fertigungsprozess heute kaum noch vorstellbar. 

Schnelligkeit, Präzision, Flexibilität und Miniaturisierung dieser 

Komponenten spielen dabei eine wichtige Rolle. 

Ohne Druckluft wäre ein Automatisierungsgrad, wie er heute 

für die Konkurrenzfähigkeit deutscher Unternehmen essenziell 

ist, nicht möglich. 

Eine weitere ganz besondere Eigenschaft von Druckluftgeräten 

ist die Einsatzmöglichkeit in Explosionsschutz-Bereichen. 

So sorgen beispielsweise Druckluft-Hebezeuge in Lackieranlagen 

dafür, dass keine Funken entstehen können. 

Industrielles Vakuum. 

Eng verwandt mit der Druckluft ist die industrielle Vakuumtechnik. 

Verschiedene Anwendungsfälle können mit Druckluft 

oder Vakuum abgedeckt werden. Mit industriellem Vakuum 

kann man, wie mit Druckluft, verpacken, trocknen, spannen, 

saugen, anheben, positionieren u. v. m. Immer mehr 

Branchen erkennen die Vorzüge von Vakuumapplikationen. 

Beispielhaft sei die Elektronikindustrie genannt, wo es in der 

Produktion auf höchste Präzision bei größtem Output ankommt. 

Im Sinne einer „clean production“ sorgen äußerst 

präzise, sehr kleine Vakuumpumpen unter Reinstraumbedingungen 

für das exakte Handling von Platinen und ihre Bestückung 

mit Mikrochips. Die gleichmäßige, geregelte Saugluft 

„greift“ den Chip und platziert ihn genau an der richtigen 

Stelle auf der Leiterplatte. 


Druckbereiche. 

Wie in der Praxis üblich, beziehen sich alle hier genannten 

Druckangaben auf den Überdruck über dem atmosphärischen 

Druck. Der atmosphärische Druck resultiert aus 

der Luftsäule und beträgt nach ISO-Norm 1.013,25 hPa, entsprechend 

1,01325 bar. Eine Druckangabe von 1 bar bedeutet 

demnach einen Absolutdruck von 1 bar + 1,01325 bar = 

2,01325 bar a 

. 

Unterschiedliche Anwendungen erfordern verschiedene 

Drücke. In den seltensten Fällen ist es wirtschaftlich vertretbar, 

die gesamte Bedarfsmenge auf den höchsten benötigten 

Druck zu verdichten und anschließend den Druck für Anwendungen 

mit geringem Druckbedarf wieder zu reduzieren. 

Deshalb ist es nötig, die Druckbereiche zu kategorisieren und 

geeignete Druckluftsysteme einzusetzen. 

Vakuum- und Gebläseanwendungen. 

Dieser Bereich reicht vom Grobvakuum bis in den Überdruckbereich 

von etwa 1 bar. Mit Drehschieber- und Vakuumpumpen, 

Wälzkolben- und Seitenkanalgebläsen können diese 

Druckniveaus sehr wirtschaftlich erzeugt werden. 

Im Bereich des industriellen Vakuums kann mittels Druckluft 

Vakuum erzeugt werden. Aufgrund des hohen Energieeinsatzes 

zur Drucklufterzeugung sollte dies aber nur genutzt 

werden, wenn keine speziellen Vakuumpumpen eingesetzt 

werden können. Diese arbeiten nämlich mit einem Bruchteil 

des Energieeinsatzes. 

Niederdruckanwendungen. 

In Bereichen von 2 bis 2,5 bar Überdruck spricht man von 

Niederdruckanwendungen. Meistens werden hier rotierende 

Verdrängerkompressoren zur Erzeugung eingesetzt, für 

große Mengen auch Turbokompressoren. 

Ist eine Vielzahl von Niederdruckverbrauchern vorhanden, so 

ist es energetisch und wirtschaftlich sinnvoll, eine eigene Niederdruckversorgung 

zu installieren. Der Einsatz von Druckminderern, 

die ihre Luft aus einem Arbeitsdrucknetz mit z. B. 

7 bar erhalten, wird so vermieden. 

Abb. 2: Druckluftbetriebener Roboter 

Standarddruckanwendungen. 

Der Standarddruck pneumatischer Komponenten beträgt in 

fast allen Fällen 6,3 bar. Das bedeutet, dass z. B. die Kraft eines 

Haltezylinders bei 6,3 bar angegeben ist. Die Kraft errechnet 

sich durch das Produkt aus Druck mal Kolbenfläche. Wird eine 

größere Kraft benötigt, sollte nicht der Druck im Druckluftsystem 

erhöht, sondern ein größerer Zylinder gewählt werden, 

da der Durchmesser der Kolbenfläche in dieser Formel quadratisch 

eingeht. So wird sichergestellt, dass der Druck im Gesamtsystem 

nur wenig oberhalb der benötigten 6 bar liegt. 

Da das 6-bar-Arbeitsluftsystem am weitesten verbreitet ist, 

gibt es für diese Leistungsstufe eine Vielzahl von Anwendungen 

sowie Aufbereitungs- und Erzeugungskomponenten. 

Hochdruckanwendungen. 

Für den zwei- und dreistelligen bar-Bereich kommen für die 

Drucklufterzeugung oszillierende Verdrängerkompressoren 

wie Kolben- oder Membrankompressoren zum Einsatz. Bei 

großen Luftmengen können sich auch Radial-Turbokompressoren 

rechnen. Nicht selten können wenige Hochdruckverbraucher 

sehr wirtschaftlich über das Standardnetz mit nachgeschalteten 

dezentralen Druckerhöhungskompressoren, 

sogenannten Boostern versorgt werden. Sowohl die Verbraucher 

als auch die Netze und Aufbereitungskomponenten 

weisen in Abhängigkeit des Betriebsdruckes deutlich höhere 

Wandstärken zur Verhinderung möglicher „Zerknalle“ auf. 


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2. Optimierung von Druckluftsystemen. 

Bei der Optimierung bestehender Druckluftsysteme ist die 

Betrachtungsrichtung – vom Verbraucher zum Erzeuger 

hin – wichtig. Denn: Der Verbraucher bestimmt Druckniveau, 

Menge und Qualität der erforderlichen Druckluft. 

Alle davorliegenden Systemkomponenten (Erzeugung, Aufbereitung, 

Regelung, Speicher, Verteilung und ggf. Wärmerückgewinnung) 

sollen dabei ohne Beeinträchtigung dieser 

Parameter arbeiten. 

Erzeugung: 

Bei der Investition in Drucklufterzeuger empfiehlt es sich, 

den tatsächlichen Bedarf im Auge zu behalten. Vor der 

Auswahl gilt es daher alle Möglichkeiten zur Senkung des 

Druckluftbedarfs – Beispielsweise Anpassen des Systemdrucks 

an den Verbrauch, Minimierung von Druckverlusten 

im System – in der Planung zu berücksichtigen. 

Regeln und Speichern: 

Der Verbrauch an Druckluft ist in der Regel nicht konstant, 

sondern schwankt zyklisch mit dem Produktionsablauf. 

Mehrere kleine Kompressoren können mit Hilfe 

einer Druckbandregelung im Gegensatz zu wenigen 

großen Erzeugern flexibel kombiniert werden, um dem 

schwankenden Bedarf optimal zu folgen. 

Bei der Auswahl der Kompressoren sollte auf einen 

möglichst hohen Wirkungsgrad geachtet werden. Eine 

optimale Abdeckung des tatsächlichen Bedarfs lässt sich 

entweder durch einzelne Kompressoren mit drehzahlgeregeltem 

Antrieb oder durch mehrere, kleinere Kompressoren 

zur Abdeckung des Grund-, Mittel- und Spitzenlastverbrauchs 

erzielen. 

Um zu häufige Laständerungen an den Kompressoren 

zu vermeiden, bietet sich der Einsatz eines ausreichend 

großen Pufferspeichers an. Die Spitzenleistung 

der Druckluftanlage kann in diesem Fall geringer ausgelegt 

und die gesamte Anlage kleiner und kostengünstiger 

betrieben werden. 

Druckluftspeicher 

Ringleitung 

Anwendung 

Luftansaugung 

Aufbereitung 

Kompressor 

Verteilung: 

Bei der Verteilung der Druckluft von der Erzeugung zum 

Verbraucher entstehen oft erhebliche Verluste. Zu geringe 

Leitungsquerschnitte oder Rohrarmaturen wie 

90°-Krümmer verursachen hohe Druckverluste. Werden 

Druckverluste für das gesamte System dokumentiert, 

kann bei Abweichungen unmittelbar reagiert werden. In 

jedem Fall empfiehlt es sich, das System regelmäßig systematisch 

auf Leckagen hin zu untersuchen. 

Wärmerückgewinnung: 

Die bei der Erzeugung von Druckluft anfallende Wärme 

lässt sich zum Heizen und für weitere Prozesszwecke nutzen. 

Bis zu 90 Prozent der dem Kompressor zugeführten 

Energie kann als nutzbare Wärme zurückgewonnen werden. 

Maßnahmen zur Wärmerückgewinnung amortisieren 

sich in der Regel innerhalb von zwei Jahren. Danach 

steht die Wärme, von geringfügigen Wartungskosten abgesehen, 

kos tenlos zur Verfügung. 


Planung und Umsetzung von Optimierungsmaßnahmen. 

Stufenweises Vorgehen bei der Optimierung: 

Schritt 1: Ermitteln des Ist-Zustandes 

Schritt 2: Abschätzung von Verbesserungspotenzialen 

Schritt 3: Erarbeiten von Maßnahmenpaketen 

mit Bewertung. 

Schritt 4: Umsetzung ausgesuchter Maßnahmen 

Schritt 5: Sicherung des Erfolgs 

Neben der Minimierung von Kosten führt eine Optimierung 

der Drucklufterzeugung auch zu weiteren Verbesserungen, 

wie der Reduzierung oder Erweiterung von Produktionskapazitäten 

oder der Erhöhung der Verfügbarkeit von Anlagen. 

Verbesserungspotenziale erschließen sich 

durch einen Blick über den Tellerrand. 

Um herauszufinden, an welchen Stellen Optimierungspotenzial 

vorhanden ist, empfiehlt sich der Vergleich von Kennzahlen 

(„Benchmarking“). Unternehmen, die über mehrere Standorte 

mit ähnlicher Produktion verfügen, sollten die Chance zu 

einem internen Benchmarking nutzen. Entsprechende Vergleichsmöglichkeiten 

sind aber nicht immer vorhanden. 

In manchen Fällen werden die oben beschriebenen Untersuchungen 

bereits zu der Entscheidung führen, die Anlage 

durch einen Fachbetrieb oder einen Contractor optimieren zu 

lassen. In diesem Fall muss die Bestandsanlage nicht weiter in 

Eigenregie untersucht werden. Falls dies aber nicht der Fall ist, 

sollten die einzelnen Systemteile systematisch nach Verbesserungspotenzialen 

untersucht werden. Der Stand der Technik 

lässt sich durch das Einholen von Angeboten oder die Sichtung 

aktueller Kataloge mit aussagekräftigen und vergleichbaren 

technischen Daten ermitteln. Bei der Anfrage sollte betont 

werden, dass eine Minimierung der Energie- und Lebenszykluskosten 

im Vordergrund steht. 

Es sollten folgende Abschnitte getrennt untersucht werden: 

Arbeitsplätze und Verbraucher 

Druckluftverteilung 

Aufbereitung 

Erzeugung 

Systemabstimmung 

Dabei wird in umgekehrter Richtung des Druckluftstroms 

vorgegangen und bei den Druckluftverbrauchern begonnen. 

So wird eine Orientierung am tatsächlichen Bedarf möglich. 

Wenn z. B. bei den Verbrauchern festgestellt wird, dass diese 

auf dem falschen Druckniveau betrieben werden oder sich bei 

der Verteilung deutliche Einsparpotenziale ergeben, müssen 

bei der Untersuchung der Erzeugung und Aufbereitung andere 

Optionen und Leistungsparameter berücksichtigt werden. 

Hinweise zu üblichen Schwachstellen und möglichen 

Alternativen finden sich in den Abschnitten „Drucklufterzeugung“, 

„Wärmeanfall und Wärmerückgewinnung“, „Steuern 

und Regeln“, „Druckluftaufbereitung“ und „Rohrleitung“. 

Bei der Umsetzungsplanung bietet es sich an auch Gesamtkonzepte 

miteinander zu vergleichen. Auch wenn sich bereits 

durch viele Detailänderungen Einsparungen oder Verbesserungen 

erzielen lassen, ergeben sich die großen Energieeffizienzpotenziale 

meist erst dann, wenn man den Blick vom 

Detail löst und das System als Ganzes hinterfragt und mit Blick 

auf das Gesamtwirken der einzelnen Bestandteile optimiert. 


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Wie lassen sich bestehende 

Druckluftsysteme optimieren? 

Die Optimierungspotenziale in bestehenden Druckluftsystemen 

sind erheblich. Dies hat viele Gründe. Zum einen hat sich 

der technische Standard der verfügbaren Ausrüstung in diesem 

Bereich über die Jahre verbessert, zum anderen haben sich 

die meisten Druckluftsysteme durch jahrelanges „ungeordnetes 

Wachstum“ der einzelnen Bestandteile vom Auslegungsoptimum 

entfernt. 

Ein Kernproblem ist die oftmals fehlende Kostentransparenz. 

Wenn die tatsächlichen Gesamtkosten der Druckluftnutzung 

weder den Endanwendern an den Arbeitsplätzen bekannt sind 

noch im betrieblichen Controlling richtig abgebildet werden, 

ist der finanzielle Anreiz für Optimierungsmaßnahmen gering. 

Daher sind organisatorische Maßnahmen mit der Zielsetzung, 

ein Kostenbewusstsein zu schaffen sowie ein kontinuierliches 

Druckluft-Management mindestens ebenso wichtig wie Optimierungsmaßnahmen 

an den Anlagen selbst. Eine ausschließlich 

technische Optimierung hat einen geringeren und möglicherweise 

nur kurzzeitigen Effekt. 

2.1 Erfassung des Ist-Zustands. 

Der erste Schritt zur Systemanalyse ist die Aufnahme von Anlagen-, 

Raum- und Rohrschemata. Mit Hilfe von Messtechnik 

werden die relevanten Parameter Druckniveau, Menge und 

Qualität ermittelt. Durch Aufzeichnung der Leistungsaufnahme 

der Verdichter (Last-/Leerlaufmessungen) können Lastprofile 

dargestellt werden, die in Abhängigkeit der Produktionsintensität 

Effizienzsteigerungen sichtbar werden lassen. 

Leckage-Raten lassen sich durch Messungen bei Betriebsruhe 

näherungsweise erfassen oder produktionsunabhängig durch 

eine Auswertung der Druckverläufe ermitteln. Druckmessungen 

können an verschiedenen Stellen des Netzes mittels 

synchronisierter Druckaufnehmer durchgeführt werden. 

Durch Eintragen der Druckwerte auf einer Zeitachse werden 

so die Druckabfälle sichtbar. Die Luftqualität ist schwieriger 

zu ermitteln. Während der Feuchtegehalt der Druckluft einfach 

an verschiedenen Abnahmestellen, z. B. an Kupplungen 

ermittelt werden kann, sind Staub und Ölmessungen komplexer 

und meist nicht einfach durchführbar. Ausgenommen 

davon ist sichtbarer Anfall von Korrosionsrückständen, z. B. in 

Schaugläsern der Wartungseinheiten. 

Drucklufteffizienz braucht 

Verantwortung und Transparenz. 

Um den Energieträger Druckluft dauerhaft effizient zu nutzen 

muss die Verantwortung dafür zentral gebündelt werden, etwa 

in der Person eines Druckluftbeauftragten der in einer techniknahen 

Abteilung angesiedelt ist und dem Unternehmens- 

Controlling berichtet. Technische Änderungen an den Verteilernetzen 

und Abnahmestellen müssen immer in Abstimmung 

mit dem Druckluftbeauftragten erfolgen. Gerade auch bei Unternehmen 

mit verschiedenen Standorten ist es sinnvoll, eine 

übergeordnete Instanz zu schaffen, die Wissen ansammeln 

und Vergleiche („Benchmarking“) durchführen kann. 

Die Systemkosten sollten möglichst 

vollständig erfasst werden. 

Zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Energieeffizienzmaßnahmen 

ist die Kenntnis der aktuellen Kostensituation 

unumgänglich. Die Ermittlung sollte auf Basis einer 

Lebenszykluskosten-Analyse erfolgen. Nach Ermittlung der 

gelieferten Druckluftmenge entsprechenden Drucks und 

definierter Qualität können spezifische Kosten – z. B. in Eurocent 

pro Normkubikmeter Druckluft – und entsprechend 

auch der spezifische Energieeinsatz errechnet werden. 

Um die Druckluftverbräuche und -kosten verursachergerecht 

zurechnen zu können, müssen sie getrennt nach Abteilungen 

bzw. Kostenträgern erfasst werden. 

Abb. 3: Messtechnik 


Die Energiekosten werden anhand des Strombedarfs für 

Erzeugung und Aufbereitung ermittelt. Wird ein System 

zur Wärmerückgewinnung genutzt, so ist der Wert der genutzten 

Abwärme von den Energiekosten abzuziehen. 

Instandhaltungskosten lassen sich aus Werkstattberichten 

und Daten des Einkaufs ermitteln. Hierbei gilt es realistisch 

abzuschätzen, wie hoch der nicht dokumentierte Anteil ist. 

Falls keine internen Verrechnungssätze existieren, werden 

die Arbeitszeiten mit einem realistischen Stundensatz verrechnet, 

der sich an marktüblichen Stundensätzen orientiert. 

Produktionsausfallkosten sind ein weiterer wichtiger Faktor. 

Anhand der Produktionsausfallzeiten und der Störungsdokumentation, 

so vorhanden, ist der Einfluss zu niedrigen Druckes 

oder schlechter Druckluftqualität ermittelbar und über den 

resultierenden Produktionsausfall monetär bezifferbar. 

Die Installations- und Anschaffungskosten bestehender 

Anlagen sind für den Status quo relevant, weil die Kapitalkosten, 

die Kosten der Ersatzteilbevorratung oder mögliche 

Leasingkosten zur Ermittlung von Restlebensdauer oder 

Restwert für Vergleichsszenarien benötigt werden. 

Die Bedienungskosten müssen meist abgeschätzt werden, 

da in der Regel kein Personal ausschließlich für die Druckluftversorgung 

zuständig ist. Ist eine Abgrenzung zu den 

Instandhaltungskosten schwierig, so können diese Kostengruppen 

auch zusammengefasst werden. 

Für die Umweltkosten müssen ggf. die Entsorgungskosten 

des Kondensats oder ölverschmutzter Betriebsmittel angerechnet 

werden. 

Stilllegungskosten müssen erst ermittelt werden, wenn konkrete 

Szenarien untersucht werden. 


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2.2 Der Druck ist entscheidend. 

Druckluftwerkzeuge sind für einen bestimmten Arbeitsdruck 

ausgelegt, üblicherweise 6,3 bar. Zu beachten ist, dass 

es sich dabei um Fließdruck handelt. Als Fließdruck wird der 

Betriebsdruck bezeichnet, der sich einstellt, wenn die Ventile 

geöffnet sind, d. h. das Medium fließt. Hiervon zu unterscheiden 

ist der statische Betriebsdruck, der sich am Manometer 

vor einem geschlossenen Ventil ablesen lässt. Der Fließdruck 

ist immer niedriger als der statische Betriebsdruck. Der Fließdruck 

kann z. B. durch ein beim Arbeiten vor das Werkzeug 

geschaltetes Manometer oder durch einen Werkzeugsimulator 

gemessen werden. 

Das Unterschreiten des optimalen Arbeitsdruckes führt zu einer 

verminderten Leistung des Werkzeugs. Die folgende Tabelle 

zeigt den Materialabtrag einer Winkelschleifmaschine 

in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck: 

Arbeitsdruck 

Materialabtrag 

in % in bar in % in kg/h 

100 6,3 100 5,5 

92 5,8 82 4,5 

84 5,3 72 4 

Arbeitsdruck in bar Bohrzeit (Bsp.) in s 

6,3 2,0 

5,8 3,2 

Abb. 5: Arbeitsdruck im Verhältnis zur Bohrzeit 

Aus Abb. 5 kann entnommen werden, dass sich die reine Bohrzeit 

durch den geringeren Druck um 60 Prozent (!) erhöht. Dabei 

ist ein um 0,5 bar zu geringer Arbeitsdruck keineswegs die 

Ausnahme, sondern oft Realität. Im Fall des Bohrers würden 

sich die Kosten wie folgt erhöhen: 

bei 

verlängerte Bohrzeit 36 Minuten/Tag 

Arbeitskosten 

30€/h 

folgen pro Monat Mehrkosten für 

Arbeit 3.600,00€ 

Abb. 6: Rechenbeispiel: Mehrkosten durch verlängerte Bohrzeit 

Abb. 4: Reduzierung der Produktivität mit 

abnehmendem Druck 

Das Beispiel zeigt, dass bereits ein um 0,5 bar zu niedriger Arbeitsdruck 

zu einer deutlichen, überproportionalen Senkung 

der Produktivität führt. Damit steigen nicht nur die Produktionskosten, 

sondern auch die Energiekosten. Zwar sinkt der 

Luftverbrauch pro Zeiteinheit, aber durch die längere Arbeitszeit 

erhöht sich der absolute Luftverbrauch pro Werkstück. 

Im Beispiel gehen wir davon aus, dass der reduzierte Fließdruck 

aus einer Einengung im Rohrnetz und/oder der Zuleitung 

zum Werkzeug resultiert. Die Ursachen dieser „fest eingebauten 

Drosseln“ werden im Folgenden beschrieben. 

Eine Verlängerung der Stückarbeitszeit 

erhöht die Gesamtkosten. 

Am Beispiel einer Bohrmaschine – wie in Abb. 7 dargestellt – 

soll der Einfluss eines zu geringen Fließdrucks an der Abnahmestelle 

auf die Gesamtkosten demonstriert werden. 

Abb. 7: Bohrmaschine mit Wartungseinheit und Zuleitung 


2.3 Anschlussstellen. 

Auf den letzten Metern zum Verbraucher, unabhängig ob 

Druckluftwerkzeug oder pneumatischer Aktor, entstehen oft 

die größten Verluste. Eine Ursache für die häufig ineffiziente Gestaltung 

der Anschlussstellen ist, dass diese nicht als Teil der Gesamtanlage 

konzipiert und optimiert wurden, sondern bei der 

Inbetriebnahme neuer Werkzeuge in kurzfristigen Aktionen 

dem Bedarf angepasst wurden. Eine Vielzahl unnötiger Kupplungen 

sowie ggf. auch falsche Schlauchdurchmesser können 

den Energieverbrauch in der Summe deutlich ansteigen lassen. 

Langer Schlauch – hohe Verluste. 

Die Druckverluste im Anschlussschlauch sind aufgrund von 

Strömungsumlenkungen und geringeren Durchmessern höher 

als in einer Rohrleitung der gleichen Länge. Daraus folgt, 

dass Schläuche möglichst kurz gehalten und auf die Verwendung 

von Spiralschläuchen, aufgrund ihrer großen Länge, 

verzichtet werden sollte; Spiralschläuche sind zu vermeiden. 

Auf passende Schlauchdurchmesser muss geachtet werden, 

da Übergänge von einem Durchmesser zum anderen besonders 

hohe Druckverluste erzeugen. 

Druckverlust erhöht die Anlagenkosten. 

Druckverluste an den Anschlussstellen bedeuten nicht nur 

zusätzliche Energiekosten. Wird der Druckverlust durch eine 

höhere Druckeinstellung am Kompressor ausgeglichen, steigen 

automatisch alle anderen Kostenarten, insbesondere 

auch die Instandhaltungskosten. Durch die höhere Belastung 

der Druckerzeugung und aller nachgeschalteten Stufen verringert 

sich die Lebensdauer, was langfristig zusätzliche Anschaffungs- 

und Installationskosten nach sich zieht. Werden 

vor einer Erneuerung der Drucklufterzeugung die Schwachstellen 

an den Arbeitsplätzen nicht behoben, muss der Kompressor 

größer als nötig dimensioniert werden. 

Alte Kupplungen schlucken Druck und Energie. 

Vor allem selbstentlüftende Schnellkupplungen – insbesondere 

jene aus Messing – verursachen Druckverluste (0,6–1,3 bar Fließdruck). 

Grund ist eine im Luftstrom liegende Absperrung. Moderne 

Schnellkupplungen reduzieren die Verluste (auf ca. 0,2 

bar) und machen sich innerhalb kürzester Zeit bezahlt. Sie sind 

häufig nach dem Prinzip eines Kugelhahns gebaut (s. Abb. 8) 

oder besitzen, bei Standardkupplungen mit Verschlusskörper, 

eine strömungsoptimierte Form. Bei der Auswahl von Kupplungen 

kann der Anbieter Informationen über den Druckverlust 

bei unterschiedlichen Durchströmungen liefern. 

Abb. 8: Moderne Schnellkupplung, Kugelhahnprinzip 

Nach der Optimierung ist vor der Optimierung. 

Selbst ein perfekt optimiertes System wird ineffizient, wenn es 

nicht den sich ändernden Anforderungen nachgeführt wird. 

Umbaumaßnahmen müssen koordiniert und die Effizienz 

überwacht werden. Dafür sind Kontrollmechanismen nötig. 

Das effiziente Nutzerverhalten kann durch entsprechende 

Aufklärung und eine verbrauchsnahe Volumenstromerfassung 

gefördert werden. 


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3. Effiziente Druckluftnutzung: 

Verteilung, Aufbereitung, Erzeugung. 

Wie wird die Umgebungsluft zum 

hochwertigen Energieträger? 

Obwohl der Rohstoff Luft den Unternehmen unbegrenzt und 

kostenlos zur Verfügung steht, kostet Druckluft im Standarddruckbereich 

etwa 1,75 Cent pro Kubikmeter (keine hohen 

Qualitätsanforderungen) oder mehr als 3 Cent pro Kubikmeter 

bei hohen Qualitätsanforderungen. Die vielfältigen Vorteile, 

die pneumatische Aktoren und Druckluftwerkzeuge 

bieten, wiegen die relativ hohen Kosten auf, die in Summe 

durch Druckluftnutzung entstehen. 

Der Weg der Druckluft lässt sich in der traditionellen Betrachtungsweise 

in vier Schritte unterteilen: Erzeugung, Aufbereitung, 

Verteilung und Nutzung, wobei sich die ersten beiden 

teilweise überschneiden. Die wesentlichen Komponenten 

einer Drucklufterzeugungsanlage sind der Verdichter (Kompressor) 

und sein Antrieb. Hinzu kommen Kühl- und Schmiervorrichtungen, 

Öl- und Wasserabscheider, Ansaugluftfilter sowie 

Mess- und Regelvorrichtungen. Kompressoren werden oft 

als Gesamtsystem auf einem Rahmen vormontiert und sind 

lärm- und schwingungsgedämpft. 

An die Erzeugung schließen sich die Anlagen an, die die 

Druck luft auf die definierte Qualität hinsichtlich der Kriterien 

Feuchte-, Staub- und Ölgehalt behandeln. Drucklufterzeugung 

und Aufbereitung sind oft in einem speziellen Kompressorraum 

untergebracht, der auch Vorkehrungen zur Luftzufuhr 

und zum Wärmeabtransport enthält. Druckluftspeicher 

finden sich häufig in räumlicher Nähe des Kompressorenraums. 

Hinweise zur Dimensionierung der Druckluftspeicher 

finden sich im Abschnitt „Druckluftverteilung“. 

3.1 Auslegung von 

Drucklufterzeu gungsanlagen. 

Eine sorgfältige Planung minimiert die Systemkosten. 

Für den wirtschaftlichen Einsatz von Druckluft sind die folgenden 

Punkte besonders wichtig: 

Optimale Anpassung an den tatsächlichen Verbrauch 

Aufeinander abgestimmte Systemkomponenten und 

Gesamtsystembetrachtung 

Sorgfältige Wartung 

Der tatsächliche Verbrauch umfasst sowohl die benötigte 

Druckluftmenge inklusive aller nicht vermeidbaren Verluste 

als auch das richtige Druckniveau. Der kurz- und mittelfristige 

Verbrauch ist dabei die Basis, nicht langfristige Ausbauplanungen. 

Da die laufenden Kosten bis zu 80 Prozent der 

Lebenszykluskosten einer Druckluftanlage ausmachen, fallen 

spätere Erweiterungsmaßnahmen finanziell weniger ins Gewicht 

als die Kosten, die durch den Betrieb einer überdimensionierten 

Anlage verursacht werden. 

Bei der Auslegung des Druckluftsystems sind die Abhängigkeiten 

der Komponenten zu betrachten. Als Beispiel sei genannt, 

dass an einzelnen Verbrauchern ölfreie Druckluft benötigt 

wird. Werden beispielsweise ölgekühlte Kompressoren 

eingesetzt, so folgt zwangsläufig der Einsatz zusätzlicher Ölfilter 

oder -adsorber, die Druckverluste und Wartungskosten 

verursachen. 

Der Verbrauch ist keine fixe Größe. 

Die Ermittlung des Luftbedarfs kann mitunter eine schwierige 

Aufgabe sein. Er hängt vom Luftverbrauch der einzelnen 

Pneumatikaktoren, der Werkzeuge und ihren Einschaltzeiten 

ab. Hinzu kommen Leckagen, die zwischen 5, in Ausnahmefällen 

bis zu 50 Prozent des Gesamtluftverbrauchs ausmachen 

können. Sowohl die Leckraten als auch der Verbrauch 

an den Abnahmestellen hängen stark vom Druckniveau ab. 

Durch eine Leckage fließen bei einem bar höherem Druck 

ca. 12 Prozent mehr Luft. Neben dem durchschnittlichen Verbrauch 

ist für die Auslegung der Drucklufterzeugung auch 

die Spitzenlast relevant. Diese ergibt sich aus der Anlagendynamik 

und hängt von den Gleichzeitigkeitsfaktoren der Abnahmestellen 

und der Speicherkapazität ab. 

Abb. 9: Druckerzeugungseinheit 

Aufgrund der vielen Einflussgrößen kann der tatsächliche Bedarf 

nur durch Gesamtsystembetrachtungen für die verschiedenen 

Auslegungsalternativen ermittelt werden. Hierfür ist 

Fachwissen nötig. Etwas leichter ist es, wenn eine bestehende 

Anlage umgebaut wird, da man in diesem Fall Messungen 

vornehmen und auf Erfahrungswerte zurückgreifen kann. 

Vor der Umsetzung von Erweiterungsmaßnahmen muss geprüft 

werden, ob Verluste reduziert oder Druckluftverbraucher 

substituiert werden können. 


Der Druck ist entscheidend. 

Der Betriebsdruck ist der entscheidende Auslegungsfaktor. 

Er beeinflusst die 

Produktivitätskosten 

Energiekosten 

Anschaffungskosten 

und aufgrund des vom Druck abhängigen Verschleißes auch die 

Instandhaltungskosten 

Produktionsausfallkosten 

Wie oben am Beispiel der Bohrmaschine dargestellt, sinkt die 

Produktivität bei zu niedrigerem Druck. Bei zu hohem Druck 

kommt es neben der gewünschten möglichen Produktivitätssteigerung 

aber auch zu ungewollten negativen Effekten, wie 

Verschleißsteigerung und erhöhtem Druckluftverbrauch. Maschinen 

und Anlagen sollten daher möglichst im Auslegungspunkt 

betrieben werden. 

Das Gesamtsystem birgt den Weg zum Optimum. 

Ähnlich wie für das einzelne Werkzeug betrachtet, stellen 

sich auch die Auswirkungen von Drucksteigerungen bzw. 

-absenkungen in Bezug auf die Gesamtanlage dar. Eine Reduzierung 

des Erzeugungsdruckes um 1 bar senkt die Energiekosten 

um ca. 9 Prozent. Die Leckagemenge sinkt bereits bei 

einem halben bar Druckabsenkung um ca. 6 Prozent. Auch 

die Wartungskos ten lassen sich durch eine Druckabsenkung 

ggf. reduzieren, wenn Sie nicht ausschließlich laufzeitabhängig 

sind. 

Während es aufgrund steigender Produktivitätskosten nicht 

sinnvoll ist, häufig benutzte Werkzeuge unterhalb ihres Auslegungsdruckes 

zu betreiben, kann dies für nur sporadisch 

oder kurzzeitig genutzte Werkzeuge durchaus akzeptabel 

sein, wenn sich dadurch der Druck des Systems insgesamt 

absenken lässt. Es ist mit Sicherheit unwirtschaftlich, den 

Gesamtanlagendruck durch einige wenige Werkzeuge mit 

erhöhtem Druckbedarf bestimmen zu lassen. 

Unterschiedliche Druckanforderungen können durch bestimmte 

Maßnahmen bei der Planung des Verteilungsnetzes 

kompensiert werden, wie dezentrale Druckerhöhungsanlagen 

für Arbeitsplätze, an denen kurzzeitig ein höherer Druck 

benötigt wird. Hier zeigt sich einmal mehr, dass eine systematische 

Vorgehensweise und eine Gesamtsystembetrachtung 

bei der Planung eines so wichtigen Betriebsmittels wie einer 

Druckluftanlage unumgänglich sind. 

Auch wenn der Bedarf in Form von Druck, Menge und Qualität 

der Ausgangspunkt für die Systemplanung ist, so ist er 

doch nicht der einzige Einflussfaktor auf die Lebenszykluskos 

ten. Ebenfalls entscheidend ist die Planung von 

Speicherkapazitäten 

Redundanzen 

Aufstellung und Verteilung 

3.2 Verteilung. 

Die Aufgabe der Druckluftverteilung, also des Abschnitts 

zwischen Aufbereitung und Druckluftanwendung, ist es, die 

Druckluft ohne Beeinträchtigung von Druckniveau, Menge 

und Qualität zu leiten. Druckluftleitungen müssen demnach 

ausreichend dimensioniert sowie weitestgehend leckagefrei 

sein und dürfen die Qualität der Druckluft nicht verschlechtern. 

Da Druckluftleitungen sehr langlebig sind, lohnt sich 

die Investition in qualitativ hochwertige Leitungen, z. B. indem 

rostfreie Werkstoffe eingesetzt werden. 

Kostenoptimierung. 

Druckluftnetze können, gerade weil sie oft lange Zeit nicht 

angepasst wurden, beachtliche Einsparpotenziale in sich 

bergen. Investitionen rentieren sich hier sehr schnell. 

Einsparpotenziale in der Druckluftverteilung werden wie 

folgt ermittelt: 

1. Messung der Luftqualität 

2. Messung von Leckage-Raten im Netz 

3. Messung von Druckabfällen 

Bei Vergleichen der Investitionskosten sind die Materialund 

Montagekosten der verschiedenen Rohrsysteme zu vergleichen. 

Bei der Wahl des Rohrmaterials und Leitungsquerschnitts 

sollte der individuelle Bedarfsfall mit seiner jeweiligen 

technischen Anforderung im Vordergrund stehen. Zu beach- 


14

ten ist dabei, dass die Summe aus Material- und Montagekosten 

nicht allzuweit auseinander liegt, während die Folgekosten 

durch zu geringe Dimensionierung oder Korrosionsrückstände 

hoch sind. 

Entspricht die Luftqualität den Anforderungen? 

Für die Qualität der Druckluft ist neben der Art der Druckluftaufbereitung 

auch die Korrosionsfestigkeit des Leitungssystems 

entscheidend. Ölkohleablagerungen, Wasseranfall, 

Rost oder Zinkgeriesel mindern die Luftqualität gravierend. 

3.2.1 Die Rohrleitung. 

Durchmesser und Durchfluss bestimmen 

die Druckverluste. 

Gelegentlich werden auch heute noch bei der Planung von 

Druckluftnetzen energetische Gesichtspunkte außer Acht 

gelassen, oder die Netze stammen noch aus einer Zeit, in der 

die Energie preiswert und möglicherweise auch die Leistung 

der Druckluftanlage geringer war. Das Resultat sind in beiden 

Fällen zu enge Leitungsquerschnitte und dadurch zu hohe 

Druckverluste. 

Weist das System Leckagen auf? 

Durch Kurzzeitmessungen bei Betriebsruhe, z. B. durch Lastmessungen 

an den Kompressoren oder Langzeitmessungen 

bei der Produktion kann die Leckagemenge ermittelt werden. 

Sollen nur die meist geringen Leckagen im Rohrnetz ermittelt 

werden, so werden hierfür die Zugänge zu den Verbrauchern, 

Maschinen und Anlagen und Druckluftwerkzeugen 

abgesperrt. Durch die Vielzahl der kleinen und großen Leckagen 

in den Druckluftverbrauchern, ist die Leckagemenge im 

Gesamtsystem deutlich größer. 

Das Leitungsnetz gut dokumentieren. 

Damit der Druckluftverteilung die nötige Aufmerksamkeit 

zukommt, sollte das Leitungsnetz in ausreichender Form 

dokumentiert sein. Eine vollständige Dokumentation beinhaltet 

eine Beschreibung der Streckenabschnitte mit Durchmesser 

und Längen, eine Inventarisierung der wesentlichen 

Armaturen, Einbauten und Luftverbraucher, Messwerte für 

Druckverluste, Leckagemengen und Luftqualitäten sowie die 

Druckwerte an den Arbeitsplatzanschlüssen. 

Im Zusammenhang mit der Ermittlung von Leckageursachen 

müssen auch die Anschlussdrücke an den Arbeitsplätzen überprüft 

werden. Ein Werkzeug, das 6,3 bar benötigt, aber mit 7 

oder 8 bar beaufschlagt wird, vergeudet Luft und damit Energie. 

Wie hoch ist der Druckabfall? 

Ein hoher Druckabfall kann durch zu enge Querschnitte entstehen. 

Bei „gewachsenen“ Netzen wurden im Laufe der Zeit 

immer mehr Verbraucher an immer längere Hauptleitungen 

angeschlossen, ohne dass diese den Anforderungen entsprechend 

neu dimensioniert wurden. Eventuell wurde sogar nur 

die Kompressorenleistung erhöht. Nach Vorlage der Diagnose 

sollte eine wirtschaftlich sinnvolle Sanierung geplant werden. 

Rohrinnendurchmesser 

Druckabfall Inves ti tions - 

kosten 

Energiekosten 

zur 

Kompensation 

des 

Druck ab falls 

90 mm 0,04 bar 10.000 € 175 € p.a. 

70 mm 0,2 bar 7.500 € 700 € p.a. 

50 mm 0,86 bar 3.000 € 3.815 € p.a. 

Abb. 10: Folgekosten durch zu geringe Durchmesserwahl 1 

Ein Druckluftnetz besteht aus folgenden Komponenten: 

Die Hauptleitung(en) 

Die Verteilerleitungen 

Die Anschlussleitungen 

Die Anschlüsse 

1 

Annahme: 4.000 Betriebsstunden pro Jahr, Strompreis 14 Cent/kWh 

Hinzu kommen zentrale und dezentrale Speicher, die in der 

Regel der Verteilung zugerechnet werden. 


Die zuvor benannten Abhängigkeiten zwischen Druck und 

Produktivität an der Anlage oder am Werkzeug zeigt die 

folgende Abbildung. 

Fließdruck 

am Werkzeug 

(p e 

bar) 

Luft verbrauch 

% 

Maßnahme 

Abb. 11: Benennung der Rohrstücke 

Die Hauptleitung verbindet den Kompressor mit dem Verteilernetz. 

Sie sollte so dimensioniert werden, dass für zukünftige 

Erweiterungen Reserven vorhanden sind. Durch 

die Verteilerleitung(en) wird die Luft innerhalb eines Verbrauchsabschnitts 

verteilt. Sie können als Stich- oder Ringleitung 

oder auch als Ringleitung mit integrierten Stichleitungen 

ausgelegt werden. Es müssen genügend Kondensatableiter 

vorgesehen und auf ein Gefälle zu den Ableitern hin 

geachtet werden. 

Die Anschlussleitungen sind die Verbindungen zwischen Verteilung 

und Anlagenzapfstelle bzw. Maschinenarbeitsplatz. 

Die Anbindung der Anschlussleitung an die Verteilung sollte 

nach oben aus der Verteilung weggeführt werden, um zu vermeiden, 

dass Kondensat mit der Luft austritt. Das Anschlusszubehör 

gehört oft zu den kritischen Punkten eines Druckluftsystems 

und bedarf ebenfalls großer Aufmerksamkeit. 

Kupplungen, Schläuche, Spiralen und Wartungseinheiten 

führen häufig wegen falscher Auslegung zu großen Energieverlusten. 

Darüber hinaus finden sich hier auf engem Raum 

viele Verbindungen, die Leckagen aufweisen können. 

Für alle Abschnitte sind die Druckverluste getrennt zu erfassen. 

Bei gut ausgelegten Druckluftnetzen betragen die Verluste 

für jeden Leitungsabschnitt beispielsweise 

≤ 0,03 bar in der Hauptleitung 

≤ 0,03 bar in den Verteilerleitungen 

≤ 0,04 bar in den Anschlussleitungen 

≤ 0,3 bar beim Anschlusszubehör 

8,0 125 Regler Energievergeudung 

7,0 111 

drosseln 

6,3 100 optimale Leistung 

6,0 96 

überproportionaler 

5,0 77 

Druck 

Pro- 

4,0 61 

erhöhen duktivitäts- 

3,0 44 

rückgang 

Abb. 12: Beziehung zwischen Fließdruck und Luftverbrauch 

Leckagen verschwenden kontinuierlich Luft. 

Bei über Jahre gewachsenen Druckluftnetzen aus unterschiedlichen 

Werkstoffen, verschiedenen nicht optimalen Durchmessern, 

mehr oder weniger korrosionsbeständigen Materialien 

und unterschiedlichen Verbindungsarten kann es auch 

im Rohrleitungsnetz hohe Leckageraten geben, meist sind die 

undichten Stellen aber an den Maschinen und Anlagen zu finden. 

Abbildung 13 zeigt beispielhaft die anfallenden Energiekosten 

durch Leckagen. 

Lochdurchmesser 

in mm 

Luftverlust Energieverlust 

bei 

bei 

6 bar 12 bar 

(l/s) (l/s) 

6 bar 12 bar 

(kWh) (kWh) 

Kosten 

bei 

6 bar 12 bar 

(€/a) (€/a) 

1 1,2 1,8 0,3 1,0 168 560 

3 11,1 20,8 3,1 12,7 1.763 7.112 

5 30,9 58,5 8,3 33,7 4.648 18.872 

10 123,8 235,5 33,0 132,0 18.480 73.920 

Abb. 13: Jährliche Energiekosten durch Leckage 1 16 

EnergieEffizienz lohnt sich.

Qualitätssicherung zahlt sich aus. 

Schmutz, Rost und Wasser können zu Produktionsausfällen, 

sowie steigenden Produktivitäts- und Wartungskosten führen. 

Speziell für Druckluftanwendungen entwickelte korrosions- 

und oxydationsfeste Rohrsysteme sorgen für eine hohe 

Druckluftqualität. 

3.2.2 Speicherung. 

Die Hauptaufgabe von Druckluftspeichern ist die Speicherung 

und kurzfristige Bereitstellung von Luftmengen. Durch Druckluftspeicher 

lässt sich die erforderliche Kompressorspitzenleistung 

reduzieren und dadurch die Drucklufterzeugung 

kleiner und kostengünstiger gestalten. 

Neben den zentralen Speichern können bei kurzzeitigen Spitzenlasten 

auch dezentrale Speicher direkt am Verbraucher 

eingesetzt werden. 

Speicherbehälter steigern die Wirtschaftlichkeit 

einer Druckluftstation. 

Druckluftspeicher sollten im Zweifel eher größer als kleiner 

ausgewählt werden. Zu berücksichtigen ist allerdings, dass 

in Abhängigkeit des Druckinhaltsproduktes unterschiedliche 

Prüfintervalle gemäß EU-Druckbehälterverordnung zusätzliche 

Kosten verursachen. Der Einfluss der Speicherbehälter 

auf die Wirtschaftlichkeit einer Druckluftstation ist davon ab- 

hängig, wie groß der Druckverlust zwischen dem Druck messpunkt 

(Sollwert) der Steuerung und dem Ort der Druckluftspeicherung 

ist. Im Normalfall sollte er nicht größer als 0,1 bar sein. 

Kompressorleistung 

in kW 

7,5 30 

30 15 

111 8 

250 4 

V B 

= ˙V _______ 

1· (x · x2 ) 

z · ∆ p 

Gängiges Schaltspiel 

pro Stunde 

V B 

= Volumen des Druckluftbehälters (m 3 ) 

˙V 1 

= Liefermenge des schaltenden Kompressors (m 3 /h) 

˙V 2 

= Spitzenverbrauch minus Durchschnittsverbrauch (m 3 /h) 

x = ˙V 2 

: ˙V 1 

= Auslastungsfaktor (m 3 /h) 

z = zulässiges Schaltspiel (1/h) 

∆ p = Druckdifferenz EIN/AUS (bar) 

z ≈ 45 für Schraubenkompressoren (Volllast, Leerlauf) 

ein „Daumenwert“ : (x · x 2 ) ≈ 0,25 

Abb. 14: Dimensionierung zentraler Druckluftspeicher 

Dezentraler Speicher. 

Der dezentrale Speicher dient häufig dazu, Druckluftverbraucher, 

die schlagartig große und kurzzeitige Verbräuche haben, 

mit Druckluft zu versorgen und dabei einen Druckeinbruch 

im restlichen Druckluftnetz zu verhindern. Er muss entsprechend 

der Laufzeit, dem Luftverbrauch und den erlaubten 

Druckschwankungen des dezentralen Verbrauchers ausgewählt 

werden. 

Zentrale Puffer verringern die Schalthäufigkeit 

von Kompressoren. 

Der zentrale Druckluftbehälter in einer Druckluftstation dient 

in erster Linie dazu, die Schalthäufigkeit von Kompressoren 

zu minimieren. Dies gilt allerdings heutzutage hauptsächlich 

für Druckluftsysteme, die keine oder zu kleine drehzahlgeregelte 

Kompressoren einsetzen. Darüber hinaus verhindert er 

zu große Druckschwankungen im Druckluftsys tem. Er sollte 

entsprechend den Berechnungsformeln in Abb. 14 ausgewählt 

werden. Die hier berechneten Werte sind Mindestgrößen. 

V B 

= ˙V _______ 

1· (x · x2 ) 

z · ∆ p 

Einsatz als: 

– Puffer bei kurzer, aber heftiger Druckluftentnahme 

– als Notaggregat bei Anlagenausfall 

V B 

= Volumen des Drukluftbehälters (m 3 ) 

˙V = Luftverbrauch (m 3 /min) 

t = Zeit des Luftverbrauchs (min) 

∆ p = Druckdifferenz EIN/AUS (bar) 

Zu beachten: 

Kann nicht über längere Zeit den Kompressor ersetzen! 

Abb. 15: Dimensionierung dezentraler Druckluftspeicher 


3.3 Druckluftaufbereitung. 

3.3.1 Gründe für die Druckluftaufbereitung. 

Die Aufbereitung der komprimierten Luft dient der Sicherung 

der Produktqualität, der Schonung von Werkzeugen und Anlagen 

sowie der Gewährleistung von Umwelt- und Arbeitsplatzsicherheit. 

Luft kann eine Vielzahl von Stoffen enthalten, 

die ab einer gewissen Konzentration Schäden verursachen 

können. Typische „Schadstoffe“ in diesem Sinne sind: 

Feuchtigkeit (Wasser) 

Öl, Staub, Keime 

Salzkristalle 

Sonstige (klassische) Luftschadstoffe 

Feuchtigkeit ist bereits in der Umgebungsluft enthalten. Da 

komprimierte Luft aber weniger Wasser aufnehmen kann als 

entspannte, fällt das Wasser in Druckluftanlagen als Kondenswasser 

aus. Dabei kann es weitere Stäube und Schadstoffe an 

sich binden und eine aggressive Wirkung entfalten. 

3.3.2 Flüssigkeitsabscheidung. 

In den meisten Kompressoren wird die erzeugte Druckluft vor 

dem Austritt aus dem Kompressor auf etwas erhöhte Raumtemperatur 

abgekühlt. Durch diese Abkühlung im Nachkühler 

entsteht Kondensat, das neben dem bereits vorhandenen 

Kondensat abgeschieden wird. Der folgende Aufbereitungsschritt 

in einem Druckluftsystem ist die weitere Abscheidung 

von Kondensat in der Druckluft. Hierzu wird am Kompressoraustritt 

ein Zyklonabscheider oder ein Druckbehälter installiert. 

Der Zyklonabscheider nutzt die Massenträgheit zur Abscheidung, 

indem er die Luft in eine wirbelartige Drehbewegung 

versetzt. Bei einem Druckluftbehälter haben die Wassertröpfchen 

Zeit zum Boden zu schweben. Beide Systeme verbessern 

die Leistungsfähigkeit der Druckluftaufbereitung, da 

erhebliche Mengen an Flüssigkeit bereits hier abgeschieden 

werden. Sie ersetzen aber keine Drucklufttrocknung, da nach 

diesen Abscheidern die Druckluft zu 100 Prozent mit Wasserdampf 

gesättigt ist und durch jede weitere Abkühlung Wasser 

in flüssiger Form anfallen kann. 

Öl wird durch öleinspritzgekühlte Kompressoren in die Luft 

eingetragen, kann aber auch schon in der angesaugten Umgebungsluft 

enthalten sein. 

Stäube und Schadstoffe entstammen der Atmosphäre. Durch 

die Kompression erhöht sich ihre volumenbezogene Konzentration. 

Die Antwort auf die Frage, welche Konzentrationen 

schädlich sind, hängt stark vom Anwendungsfall ab und sollte 

unbedingt bei der Planung einer Aufbereitungsanlage geklärt 

werden. 

Die Kosten der Druckluftaufbereitung resultieren sowohl aus 

dem Energieeinsatz zum Betrieb als auch aus dem über den 

Aufbereitungskomponenten beim Durchströmen entstehenden 

Druckverlust. Der Druckverlust muss als höherer Ausgangsdruck 

an den Kompressoren ausgeglichen werden und 

erhöht dadurch auch die Energiekosten. 

Aus diesem Grunde sollte immer genau so viel Druckluftaufbereitung 

wie nötig und so wenig wie möglich eingesetzt 

werden. Benötigen einzelne Verbraucher eine bessere Druckluftqualität 

als die Mehrzahl, so kann es sinnvoll und kostengünstig 

sein, für diese erhöhten Qualitätsanforderungen eine 

sog. Endstellenaufbereitung am Verbraucher einzusetzen. 

Kondensatableiter schleusen Flüssigkeit 

aus dem System. 

Das bei Verdichtung, Vorabscheidung sowie bei der Trocknung 

anfallende Kondensat muss kontinuierlich aus dem 

Druckluftsystem entfernt werden. Kondensat kann zu starken 

Korrosionsschäden im Leitungsnetz sowie bei den nachgeschalteten 

Prozessen führen. Aus ölfreien Kompressoren 

stammendes Kondensat ist aufgrund der höheren Temperaturen 

der Verdichter geringfügig sauer, d. h. es wirkt leicht 

wie eine Säure. Kondensat aus öleingespritzten Kompressoren 

ist eher basisch. 

Die Aufgabe der Kondensatableitung übernehmen automatische 

Kondensatabscheider. Dabei gibt es verschiedene 

Bauarten, die sich durch die Funktionsweise und Kosten 

unterscheiden: 

Schwimmerkondensatableiter funktionieren mechanisch. 

Das Kondensat sammelt sich in einem kleinen Druckbehälter. 

Abhängig vom Füllstand wird durch einen Schwimmer ein 

Ventil geöffnet. Schwimmerkondensatableiter sind günstig, 

aber schmutzempfindlich. Ein verschmutzter Schwimmerableiter 

kann dauerhaft undicht sein und wie eine Leckage wirken. 


18

Zeitgesteuerte Ventile öffnen in einem einstellbaren 

Zeitinter vall. Sie sind auch in Hochdruckausführung erhältlich. 

Da das Ventil aber unabhängig vom wirklichen Kondensatanfall 

immer eine gewisse Zeit offen geschaltet sein 

kann, können Druckluftmengen entweichen, und nicht nur 

Kondensat. Dies kann hohe Druckluftverluste verursachen. 

Bei niveaugeregelten Ableitern misst ein Füllstandsgrenzwert-Geber 

die im Kondensatableiter vorhandene Kondensatmenge. 

Beim Erreichen des oberen Füllstandswerts öffnet 

sich ein Ventil. Das Kondensat entweicht, bis der untere Füllstand 

erreicht ist und das Ventil wieder schließt. Diese Systeme 

haben zwar höhere Anschaffungskosten, durch geringe 

Druckluftverluste ermöglichen sie jedoch Einsparungen gegenüber 

den anderen Kondensatableitern. 

Abb. 17: Statisches Öl-Wasser-Trennsystem 

Statische Öl-Wasser-Trennsysteme 

lassen die Zeit für sich arbeiten. 

Bei diesem Verfahren wird das Kondensat in einem Trennbehälter 

einer definierten Verweilzeit ausgesetzt. Die 

leichteren Ölbestandteile steigen auf und setzen sich an 

der Oberfläche ab. 

Abb. 16: Niveaugeregelter Ableiter 

Emulsion-Spaltanlagen auf Adsorptionsbasis. 

Bei diesem Verfahren wird dem vorgereinigten Kondensat ein 

Reaktionstrennmittel auf Tonerdebasis zugefügt. Im Trennmittel 

enthaltene Elektrolyte brechen die Öl-Wasser-Bindung 

auf und spalten somit die Emulsion. Die Ölsubstanzen und 

sonstigen Bestandteile des Kondensats werden von der Tonerde 

adsorbiert und aus dem Wasser ausfiltriert. Das Wasser 

wird ohne eine weitere Filtration dem Abwassersystem zugeführt. 

Der entstandene Reststoff muss entsorgt werden. 

Das Kondensat ist umweltgefährdender Abfall. 

Im Kondensat aus Druckluftanlagen mischen sich Luftschadstoffe 

mit Kühl- und Schmiermitteln aus den Kompressoren. 

Aus diesem Grunde ist Kompressorenkondensat ein besonders 

überwachungsbedürftiger Abfall im Sinne des Gesetzgebers. 

Für die Aufbereitung der Kondensate stellt der Gesetzgeber 

zwei Möglichkeiten zur Wahl: entweder die sachgerechte Entsorgung 

durch legitimierte Fachfirmen oder eine Aufbereitung 

vor Ort mit geeigneter und zugelassener Kondensataufbereitungstechnik. 

Die Kosten der Kondensatentsorgung sind 

den Umweltkosten zuzurechnen. 

Kondensate liegen entweder als disperses Öl-Wasser-Gemisch 

oder als stabile Emulsion vor. In einer Dispersion ist das Öl in 

Tröpfchenform im Wasser verteilt. Das Gemisch kann mechanisch 

getrennt werden. Bei einer Emulsion sind die Tröpfchen 

noch feiner. Dadurch ist die Mischung noch stabiler. Meistens 

sind zur Trennung einer Emulsion weitere Stoffe oder biologische 

bzw. chemische Prozesse nötig. In der Praxis haben sich 

die im Folgenden beschriebenen Verfahren durchgesetzt. 

Ultrafilter halten das Öl zurück. 

Bei der Ultrafiltration wird das Kondensat im Kreislauf unter 

Druck durch eine Membran mit definierter Porenweite filtriert. 

Dabei werden die Ölbestandteile zurückgehalten und aufkonzentriert, 

während das Wasser gereinigt wird. Das Wasser wird 

auch hier ohne eine weitere Filtration dem Abwassersystem zugeführt. 

Das Emulsionskonzentrat wird als Abfall entsorgt. 

In jedem Fall sollte beim Kauf von Geräten und Austauschteilen 

auf die bauaufsichtliche Zulassung geachtet werden, da 

ansonsten eine kostspielige Einzelabnahme der Geräte durch 

die örtlichen Behörden durchgeführt werden muss. 

3.3.3 Drucklufttrocknung. 

Verlässt die komprimierte Luft den Kompressor, so ist sie 

trotz Flüssigkeitsabscheidung zu 100 Prozent mit Wasserdampf 

gesättigt. 

Zur Vermeidung von Kondensatbildung im Netz und an den 

Verbrauchern muss die Luft noch weiter getrocknet werden – 

wie weit, hängt von der Druckluftanwendung ab. Luft kann in 


Abhängigkeit der jeweiligen Temperatur nur einen begrenzten 

Anteil an Wasserdampf beinhalten. Wird bei 100 Prozent 

Luftfeuchte die Temperatur reduziert, bildet sich Kondensat. 

Die Temperatur, bei der aus der Luft Kondensat ausfällt, wird 

auch Taupunkttemperatur genannt. Der Taupunkt ist die 

Temperatur, bei der das Luft-/Dampfgemisch mit dem jeweiligen 

Mischungsverhältnis gerade zu 100 Prozent gesättigt ist. 

In der Drucklufttechnik wird der Trocknungsgrad der Druckluft 

durch die Taupunkttemperaturen definiert. 

Im Folgenden werden die wichtigsten Trocknungsverfahren 

vorgestellt, die die Druckluftfeuchte auf die Anforderungen 

der Verbraucher einstellen. 

Druckluft gekühlt. Hier fallen bereits ca. 70 Prozent des anfallenden 

Wasserdampfs aus. In der zweiten Phase durchströmt 

die Druckluft einen Kältemittel-/Luft-Wärmeübertrager. Hier 

wird das Kondensat weiter bis auf den geforderten Drucktaupunkt 

abgekühlt. Der Kondensatabscheider ist dem Wärmeübertragersystem 

nachgeschaltet. Hier wird das Kondensat 

von der Druckluft getrennt. 

Integrierte Wärmeübertragersysteme, die Luft-/Luft-Wärmeübertrager, 

Kältemittel-/Luft-Wärmeübertrager und Kondensatabscheider 

in einer Baukomponente vereinen, sind aufgrund 

niedrigerer Differenzdrücke gegenüber einer Einzelverrohrung 

energieeffizienter. 

Kältetrocknung. 

Mit sinkender Temperatur verringert sich die Fähigkeit der 

Druckluft, Wasser in dampfförmiger Form zu speichern. Bei 

fallender Temperatur kondensiert Wasserdampf zu Wasser. 

Im Kälte-Drucklufttrockner wird die Druckluft in einem Wärmeübertragersystem 

gekühlt. Wasser- und Öldampf werden 

durch Kondensation, Öltröpfchen durch Koagulation und 

Koalition entzogen. Dies bedeutet, dass sich die feinen Tröpfchen 

und Aerosole zu größeren Tröpfchen zusammenschließen 

und dann zusammen mit dem Wasser aus dem System abgeleitet 

werden. Da die Kondensation an sog. Keimen beginnt, 

werden auch Stäube durch die Drucklufttrocknung abgeführt. 

Kälte-Drucklufttrockner sind heute in Druckluftnetzen Stand 

der Technik und für viele Anwendungsfälle das wirtschaftlichste 

Verfahren zur Trocknung der Druckluft. Mit Kältetrocknern 

werden Drucktaupunkte von +2 bis +3°C erreicht. Kühlt 

die Druckluft unter den Drucktaupunkt ab, z. B. in kalten Wintern 

bei außenliegenden nicht geheizten Rohrleitungen, kann 

auch dann noch Kondensat bzw. sogar Eis im Netz entstehen. 

Abb. 19: Wärmeübertrager mit integriertem Kondensatabscheider 

(Demister) 

Abb. 18: Funktionsweise der Kältetrockner 

Im Interesse einer hohen Energieausnutzung ist die Kälte- 

Drucklufttrocknung in zwei Phasen unterteilt. In der ersten 

Phase wird die warme, einströmende Druckluft im Luft-/Luft- 

Wärmeübertrager durch die bereits gekühlte, austretende 

In Adsorptionstrocknern wird der 

Dampf an ein Trockenmittel gebunden. 

Adsorptionstrockner entziehen der Druckluft die mitgeführte 

Feuchtigkeit durch ein Trockenmittel („Adsorbens“). Der 

Dampf lagert sich an der Oberfläche des Adsorbens an. Durch 

die Aufkonzentrierung geht das Wasser in den flüssigen Zustand 

über. Während in einem ersten Behälter die Adsorption 

stattfindet, erfolgt zeitgleich in einem zweiten Behälter die 

Regeneration, also die Trocknung des Adsorptionsmittels zur 

Wiederverwertung. 


20

Mit Adsorptionstrocknern werden Drucktaupunkte zwischen 

–20°C und –70°C erreicht. Für die Regeneration stehen unterschiedliche 

Verfahren zur Verfügung. Abhängig von der Art, 

wie Adsorbens und Adsorbat (die adsorbierte Flüssigkeit) wieder 

getrennt werden, spricht man von kalt- oder warmregenerierenden 

Adsorptionstrocknern. 

Abb. 20: Kaltregeneration 

Bei der Warmregeneration wird erwärmte Umgebungsluft 

oder erwärmte Luft aus dem Druckluftsystem durch das Adsorbens 

geleitet. Wird zur Erwärmung eine elektrische Heizung 

benutzt, sind die Energiekosten hoch. Da bei der Druckluftverdichtung 

ohnehin große Wärmemengen anfallen, ist eine 

Wärmerückgewinnungsanlage oft die wirtschaftlichere Alternative. 

Bei ölfreien Kompressoren kann auch die sehr heiße 

Druckluft zur Regeneration genutzt werden. Dieses „Heat of 

Compression“-Prinzip bietet wirtschaftliche Vorteile, wenn die 

Ansprüche an die Ölfreiheit und den Taupunkt hoch sind. Eine 

weitere Variante der Warmregeneration ist die Gebläse- oder 

Vakuumpumpenregeneration. Hier fördert ein Gebläse Umgebungsluft 

durch die Heizung und das Trockenmittelbett bzw. 

eine hochtemperaturtaugliche Vakuumpumpe saugt die über 

ein Heizregister erwärmte Außenluft über dem Adsorptionsmittel 

ab. Nach der Heizphase wird mit Umgebungsluft und 

Druckluft gekühlt. Die Nutzung von Umgebungsluft zur Kühlung 

reduziert den Druckluftverbrauch, ist aber nur möglich, 

wenn die Luftfeuchtigkeit gering ist. 

Bei der Kaltregeneration wird ein Teil der bereits getrockneten 

Druckluft durch das zu regenerierende Adsorbens geleitet 

und aus dem System abgeblasen. Dabei wird die Flüssigkeit 

mitgerissen. Den wegen der einfachen Technik geringen Investitionskosten 

für diese Aufbereitungsanlage steht ein hoher 

Druckluftverbrauch gegenüber, der aufgrund des höheren 

Leistungsbedarfs höhere Investitions-, Wartungs- und Energiekosten 

bei der Drucklufterzeugung zur Folge hat. 

Abb. 21: Warmregeneration 

Eine Steuerung kann die Druckluftaufbereitung 

optimieren. 

Alle kalt oder warm regenerierten Adsorptionstrockner sind 

mit einer zeitabhängigen Steuerung ausgerüstet. 

Eine gute Ergänzung ist die beladungsabhängige Steuerung. 

Am Trockneraustritt registriert ein Sensor die Änderung des 

Drucktaupunkts. Er passt den Zyklus des Trockners automatisch 

an die Lastsituation an. Die beladungsabhängige Steuerung 

kompensiert mögliche Teillastsituationen und reduziert 

Betriebskosten. 

In Membrantrocknern wird „die Luft aus dem Dampf 

gefiltert“, da die Luft zurückgehalten wird und das 

Wasser die Membran passiert. 

Der Membrantrockner ist eine Ergänzung und Alternative zu 

den angestammten Kälte- und Adsorptionstrocknern, vor allem 

für geringere Volumenströme. Endstellentrockner bei kleinen 

Druckluftmengen, nicht kontinuierlichem Betrieb oder 

Anwendungen ohne elektrische Energie, hat sich der Membrantrockner 

bewährt. Herzstück dieser Membrantrockner 

sind Polymer-Hohlfasermembranen. Diese Membrane haben 

keine Poren, so dass die Luft zurückgehalten wird, während der 

Dampf sich im Membranmaterial löst und durch dieses hindurch 

diffundiert. 


3.3.4 Filtration. 

Im Gegensatz zur Membrantrocknung, die zur Abtrennung 

des Wasserdampfs dient, werden bei der Filtration echte Filterstufen 

eingesetzt, um Verunreinigungen aus der Luft zu 

entfernen. In diesem Fall wird die Luft durch den Filter geschickt 

und die Verunreinigungen werden zurückgehalten. 

Zu den Verunreinigungen zählen hauptsächlich der Ölnebel 

von ölgeschmierten bzw. öleinspritzgekühlten Kompressoren 

sowie Stäube und Kohlenwasserstoffe aus der Umgebungsluft, 

die in der Druckluft in konzentrierter Form enthalten sind. 

Zur Gewährleistung der heute benötigten Druckluftqualität 

gilt der Grundsatz: „So viel wie nötig, so wenig wie möglich“. 

Hier ist aufgezeigt, welche Energiekosten vom Kompressor 

verursacht werden, um den durch ein Filter verursachten 

Druckabfall auszugleichen. Es wurden ein Strompreis von 14 

Cent pro Kilowattstunde und 6.000 Betriebsstunden pro Jahr 

angenommen. Für jedes bar Druckabfall wurde ein zusätzlicher 

Energiebedarf von acht Prozent angesetzt. Die zusätzlichen 

Energiekosten können mehrere Tausend Euro pro Jahr 

betragen und die Anschaffungs- bzw. Austauschkosten des 

Elements bei weitem überschreiten. Durch die Wahl des richtigen 

Filters können folglich erhebliche Einsparungen erzielt 

werden. 

Ebenfalls bedeutend ist der rechtzeitige Austausch von mit 

Schmutz beladenen und somit im Differenzdruck gestiegenen 

Filterelementen. Wie in Abb. 22 ersichtlich, steigt der 

Differenzdruck eines neuen Filterelements zunächst sehr 

langsam an. 

Je länger das Element in Betrieb ist, desto schneller steigt der 

Differenzdruck. Bei einem Nichtwechsel übersteigen die Kosten 

zur Deckung des zusätzlichen Differenzdrucks den Preis 

eines Austauschelements mitunter um ein Vielfaches. 

Abb. 22: Anstieg des Druckverlusts über einen Filter während 

der Nutzungsdauer 

Im Filter entsteht durch die Durchströmung ein Druckverlust. 

Geschwindigkeitsenergie wird in Wärmeenergie durch 

Reibung umgesetzt. Dieser Druckverlust am Filter ist von 

dem Kompressor zu überwinden. Dabei gilt folgende Regel: 

Dabei ist zu beachten, dass die meisten Angaben des Differenzdruckes 

über dem Filter im sog. „unbeladenen“ Zustand von 

den Herstellern mitgeteilt werden. Dieser Zustand ist aber 

sofort nach der Inbetriebnahme uninteressant, da das Filterelement 

sofort benetzt, also beladen wird. Zum Vergleich von 

Filtern gleicher Filtrationsklasse muss daher der benetzte Zustand 

verglichen werden. 

In der Regel gilt: 

Wechsel der Filterelemente mindestens einmal pro Jahr, 

spätestens bei einem Differenzdruck von 0,35 bar. 

Ausgenommen von dieser Regel sind Aktivkohlefilterelemente. 

Je höher der Filtrationsgrad, 

desto höher der Differenzdruck. 

Das bedeutet: Je besser die Reinheit der gefilterten Luft, desto 

mehr Energie muss der vorgeschaltete Kompressor aufbringen. 

Welche Einsparpotenziale damit verbunden sind, zeigt Abb. 23. 

11 kW 

22 kW 

30 kW 

45 kW 

75 kW 

110 kW 

Dort gilt die Regel: 

Standzeit der Elemente max. 1.500 Betriebsstunden bzw. 

3 Monate, abhängig von der Eintrittstemperatur und 

dem Ölgehalt mitunter sogar deutlich geringer. 

Schließlich bleibt der Punkt der Betriebssicherheit eines Filters 

zu beachten. Diese hängt primär von der Qualität der eingesetzten 

Werkstoffe, der Qualität der Herstellung und den 

konstruktiven Eigenschaften des Filters ab. Hier ist individuell 

der Aufbau der Filter zu bewerten. Abstriche bei der Betriebssicherheit 

bedeuten zusätzliche Qualitäts-, Wartungs- sowie 

gegebenenfalls auch Stillstands- und Produktivitätskosten. 

Abb. 23: Energiekosten durch Druckabfall 1 

1 

Annahme: 6.000 Betriebsstunden pro Jahr, Strompreis 14 Cent/kWh 


22

3.4 Drucklufterzeugung. 

Der theoretische Energiebedarf für die Verdichtung ist abhängig 

vom Ansaug- und Enddruck („Verdichtungsverhältnis“) 

und der Art der Zustandsänderung. Die theoretisch 

ideale isotherme Verdichtung erfordert den geringsten Arbeitsaufwand. 

Isotherm bedeutet, dass sich die Temperatur 

des verdichteten Gases bei der Verdichtung nicht verändert. 

In realen Anlagen ist dies nicht möglich, aber natürlich wird 

versucht, bei der Konstruktion von Verdichtern diesem Idealprozess 

durch gute Kühlung möglichst nahe zu kommen. 

In der Praxis sind die theoretischen Werte nicht erreichbar, 

da der Verdichtungsvorgang mit Verlusten behaftet ist. Gute 

Druckluftverdichter zeichnen sich durch einen Leistungsbedarf 

aus, der 45 Prozent über dem theoretischen Optimum 

bei der adiabaten (real, mit Temperaturänderung) Verdichtung 

liegt. Die Verdichtungsleistung wird z. B. als spezifische 

Leistung in Kilowatt pro Kubikmeter Luft und Minute angegeben. 

Für den Standarddruckbereich (7 bis 8 bar Überdruck) 

sind 7,5 kW installierte Elektromotorenleistung pro 

Kubikmeter Druckluft pro Minute ein guter Wert. Mit zunehmender 

Motorengröße nimmt der spezifische Leistungsbedarf 

in der Regel ab. Nach Abb. 24 kann die Effizienz der 

Drucklufterzeugung grob beurteilt werden. 

3.4.1 Verdichterbauarten. 

Die Auswahl ist groß, aber nicht beliebig. 

Für die Komprimierung der Luft steht eine Vielzahl verschiedener 

Verdichter zur Verfügung. Jede Bauart hat ihre 

Daseins berechtigung und bestimmte Anwendungsfälle, für 

die sie besonders gut geeignet ist. Anhand der drei Parameter 

Druck, Menge und Qualität kann in einer ersten Betrachtung 

die Vielzahl der möglichen Entscheidungskombinationen 

ein gegrenzt werden. 

Da der weit überwiegende Anteil der Kosten im Betrieb anfallen, 

gilt ein besonderes Augenmerk den Energiekosten, 

Instandhaltungskosten sowie der Verfügbarkeit und damit 

den Produktionsausfallkosten. Als nachrangig stellen sich 

bei dieser Betrachtung dann häufig die Anschaffungskosten 

und Installationskosten bei den Gesamtsystem-Lebenszy kluskos 

ten heraus. 

Kompressoren unterscheiden sich in Wirkprinzip, 

Stufenzahl sowie Kühlung und Schmierung. 

Grundsätzlich lassen sich die Kompressoren nach ihrem Verdichtungsprinzip 

in zwei Klassen unterteilen, nämlich in Strömungs- 

und in Verdrängermaschinen. 

Typische Strömungsmaschinen sind Turbokompressoren, 

wie z. B. Axial- und Radialkompressoren. Sie übertragen ihre 

Energie durch rotierende Laufräder auf das Gas. Strömungsmaschinen 

zeichnen sich durch einen kontinuierlichen Luftstrom 

aus, der bei steigendem Gegendruck abnimmt. 

Verdrängermaschinen sind z. B. Hubkolbenkompressoren oder 

Schraubenkompressoren. Sie arbeiten ähnlich wie Verdrängerpumpen, 

in denen das eingeschlossene Flüssigkeitsvolumen 

mechanisch verdrängt und in eine Umgebung mit höherem 

Druckniveau ausgeschoben wird. Im Gegensatz zu inkompressiblen 

Flüssigkeiten wird jedoch das Gas dabei komprimiert. 

Abb. 24: Spezifischer Leistungsbedarf 

bei der Drucklufterzeugung 

1. Ein Arbeitspunkt in diesem Bereich bedeutet einen 

schlechten Wirkungsgrad. 

2. Ein Arbeitspunkt in diesem Bereich bedeutet einen 

guten Wirkungsgrad. 

3. Ein Arbeitspunkt in diesem Bereich wäre zwar theoretisch 

möglich, ist aber nicht erreichbar (isotherme Verdichtung). 

4. Ein Arbeitspunkt in diesem Bereich ist physikalisch 

unmöglich. 

Kompressoren nach dem Verdrängerprinzip zeichnen sich 

dadurch aus, dass der Luftstrom weitgehend unabhängig 

vom Gegendruck ist und nur durch die Frequenz ihres Antriebs 

beeinflusst wird. Sie lassen sich noch einmal unterteilen 

in oszillierende Kompressoren, wie z. B. Hubkolben- oder 

Membranverdichter und rotierende, wie Schrauben- oder 

Drehkolbenkompressoren. 

Umgekehrt können die spezifischen Angaben auch in kWh 

pro Kubikmeter umgerechnet werden. Bei Standarddruck (s. 

oben) von 7 bis 8 bar Überdruck werden ca. 7,5 kW elektrische 

Motorleistung benötigt, um 1 Normkubikmeter Druckluft 

pro Minute zu erzeugen. In einer Stunde sind dies demnach 

60 Kubikmeter und die Leistungsaufnahme aus dem Stromnetz 

beträgt 7,5 kWh. Für 60 Normkubikmeter werden 7,5 

kWh benötigt, d. h. für einen Normkubikmeter werden 7,5 

kWh/60 m 3 = 0,125 kWh/m 3 elektrischer Energie eingesetzt. 

Abb. 25: Verdichterbauarten 


Kolbenkompressoren. 

Kolbenkompressoren arbeiten nach demselben Prinzip wie 

Fahrradpumpen. Der Kolben saugt während des Abwärtshubs 

Luft aus der Atmosphäre und schiebt diese beim Aufwärtshub 

auf die Druckseite des Kompressors. Ein Saug- und ein Druckventil 

regeln dabei die Flussrichtung. Für hohe Volumenströme 

werden Kolbenkompressoren mehrzylindrisch und für 

hohe Drücke mehrstufig ausgeführt. Typische Einsatzfelder 

sind Anlagen, bei denen nur kleine Volumenströme bei hohen 

Drücken gebraucht werden. 

Turbokompressoren 

Turbokompressoren verdichten die Luft, indem sie zunächst 

über schnell drehende Laufräder kinetische Energie übertragen, 

die dann in den Statoren durch Strömungsumlenkung 

in statischen Druck umgewandelt wird. Es gibt unterschiedliche 

Laufradformen. Bei Radialläufern wird der Luftstrom 

in radialer Richtung beschleunigt, bei Axialläufern in axialer 

Richtung. 

Die Laufradbauform entscheidet über das Verhältnis von Volumenstrom 

zum Gegendruck. Radialkompressoren passen 

sich steigendem Gegendruck sehr stark durch eine Reduzierung 

des Volumenstroms an, Sie sind die häufiger anzutreffende 

Form der Turboverdichter. Üblich sind 2- bis 4-stufige 

Kompressoren mit einer Wasserkühlung zwischen jeder Stufe 

sowie einem Nachkühler und Kondenswasserabscheider. Radialkompressoren 

können ein sehr weites Feld von Drücken 

und Volumenströmen abdecken. Sie werden tendenziell eher 

bei größeren Förderströmen eingesetzt als Kompressoren 

nach dem Verdrängerprinzip. Axiale Verdichter kommen nur 

bei sehr großen Luftströmen zum Einsatz, wo sie besonders 

effizient arbeiten. 

Abb. 26: Anwendungsfelder der verschiedenen 

Verdichtungsbauarten 

Kompressoren einer Bauart unterscheiden sich auch noch dadurch, 

ob sie ein- oder mehrstufig ausgeführt sind, mit oder 

ohne Zwischenkühlung arbeiten, Schmier- und Kühlmittel 

wie Wasser oder Öl in den Verdichtungsprozess eingespritzt 

werden oder sie kühlmittelarm bzw. kühlmittelfrei arbeiten. 

Von diesen Konstruktionsvarianten hängt auch ab, welche 

Aufbereitungskomponenten benötigt werden, um die definierte 

Druckluftqualität zu erzeugen. 

Turbokompressoren arbeiten schmiermittelfrei. Da es sich um 

sehr schnell drehende Maschinen handelt, ist eine sorgfältige 

Überwachung und fachgerechte Instandhaltung wichtig. Eine 

Vibrationsüberwachung auf den Wellen ist empfehlenswert. 

Doppelt wirkende Kolbenkompressoren haben zwei Kammern. 

Sie saugen und komprimieren parallel bei jeder Hubrichtung. 

Mehrstufig und wassergekühlt werden sie in gro ßen Anlagen 

eingesetzt und gehören zu den effizientesten Verdichtern 

überhaupt. Sie können bei ungenügender Kap selung Lärm 

und Schwingungen übertragen. 

Schraubenkompressoren. 

Schraubenkompressoren schieben die Luft zwischen zwei 

parallelen Drehkolben entlang ihres „Gewindes“, wobei der 

zur Verfügung stehende Raum nach und nach verringert 

wird. Zur Schmierung und vor allem zum Wärmeabtransport 

wird oft Öl oder Wasser als Kühlschmiermittel in die 

Luft eingespritzt. Solche einspritzgekühlten Schraubenkompressoren 

verdichten einstufig bis auf 15 bar und zweistufig 

bis auf 20 bar Höchstdruck. 

Bei ölfrei verdichtenden Schraubenkompressoren sind die beiden 

Läufer spielfrei gelagert und werden durch ein außerhalb 

des Kompressionsraums angebrachtes Synchrongetriebe angetrieben, 

damit sie sich nicht berühren. Sie arbeiten einstufig 

bis 3 bar und zweistufig mit Zwischenkühlung bis 10,5 bar. 

Schraubenkompressoren sind sehr weit verbreitet und für 

eine Vielzahl unterschiedlicher Druck- und Volumenstromstufen 

erhältlich. Sie zeichnen sich durch geringere Anschaffungskosten, 

geringere Wartungskosten gegenüber Turbokompressoren 

und aufgrund ihrer geringen Größe und niedrigen 

Gewichts auch durch verhältnismäßig niedrige Installationskosten 

aus. 


24

4. Steuern und regeln. 

Regel- und Steuervorrichtungen in einer Druckluftanlage sorgen 

dafür, dass die Druckluft immer in ausreichender Menge 

und Qualität und auf dem richtigen Druckniveau zur Verfügung 

steht. Übergeordnete Steuerungen können darüber hinaus 

den Prozess so optimieren, dass dabei möglichst geringe 

Kosten entstehen. 

Regelungen haben eine Rückkopplung, 

Steuerungen nicht. 

Von einer Regelung spricht man, wenn kontinuierlich gemessen 

wird, inwieweit der vorgegebene Regelwert tatsächlich 

erreicht ist und aus der Abweichung automatisch ein Signal 

für die Änderung eines Stellgliedes errechnet wird. „Stellglieder“ 

sind z. B. Ventile, Motorleistungen oder auch nur einfache 

An/Aus-Schaltungen. Die Berechnung der Stellgröße erfolgt 

in der Regel durch mathematische Funktionen, die nur 

die Regelabweichung als Eingang benutzen. Durch die kontinuierliche 

Messung wird sofort bzw. nach einer kurzen Reaktionszeit 

erkannt, welche Auswirkung der Eingriff hatte und 

daraus abgeleitet, welcher Schritt als nächstes nötig ist. 

Eine Steuerung hingegen hat keine kontinuierliche Rückkopp - 

lung. Die Steuereingriffe werden von außen vorgegeben – 

entweder durch einen Bediener oder durch ein Programm, 

das z. B. dafür sorgt, dass in der Mittagspause ein Teil der Kompressoren 

ausgeschaltet wird. Ein solches Programm, etwa 

eine „Speicherprogrammierbare Steuerung“ oder ein Prozessleitsystem, 

kann auch Messwerte verarbeiten und daraus 

Entscheidungen für Steuereingriffe ableiten. Dies funktioniert 

dann aber in der Regel nicht durch eine einfache mathematische 

Funktion, sondern durch Ursache-Wirkungs-Ketten, die 

noch weitere Eingangsgrößen berücksichtigen und die z. B. 

durch logische Glieder verknüpft sind. 

Ein Kraftfahrer, der seinen Wagen nur steuert, 

landet schnell im Graben. 

Teilweise werden diese Begrifflichkeiten jedoch auch vermischt. 

So werden Steuerungen manchmal auch als übergeordnete 

Regelungen bezeichnet. Bei einem Kraftfahrer hingegen 

spricht man in der Umgangssprache davon, dass er den Wagen 

steuert, obwohl er, wenn er aufmerksam ist, kontinuierlich 

die Auswirkungen seiner Bewegungen erfasst und korrigiert. 

Im strengen Wortsinn steuert ein Kraftfahrer also nicht, 

sondern er regelt die Fahrtrichtung und die Geschwindigkeit 

unter Zuhilfenahme seiner Sinnesorgane und des Tachometers 

als Messinstrumente. 

Steuerungen und Regelungen können auch miteinander verknüpft 

und ineinander verschachtelt sein. Bei einer Drehzahlregelung 

wird die Drehzahl durch einen Frequenzumwandler 

gesteuert und die durch die Drehzahländerung hervorgerufene 

Änderung des Drucks oder des Volumenstroms mit 

einem Sollwert verglichen. 

Abb. 27: Steuerung von Druckluftanlagen 

Bei Druckluftanlagen sichern die internen Regelvorrichtungen 

die Mengen und Qualitäten – die übergeordneten 

Steuerungen optimieren die Kosten. 

Man unterscheidet innerhalb der Kompressorenstation zwischen 

internen und übergeordneten Regelungen der Kompressoren. 

Interne Regelungen sind dafür verantwortlich, die 

jeweilige Kompressoreneinheit an die geforderten Luftverbräuche 

anzupassen und dabei durch eine optimale Koordination 

der internen Steuerungsvorgänge eine Überlastung 

der Kompressoreneinheit zu verhindern. Da moderne Kompressorenstationen 

im Normalfall aus mehreren Einzelkompressoren 

bestehen, ist die Aufgabe der übergeordneten Steuerung, 

die Einzelanlagen optimal auszulasten und ihren Einsatz 

gemäß dem tatsächlichen Luftverbrauch zu koordinieren 

und zu überwachen. 

4.1 Diskontinuierliche Regelungen. 

Bei den internen Regelungsarten für Kompressoren unterscheidet 

man zwischen diskontinuierlichen und kontinuierlichen 

Regelungen. 

Bei diskontinuierlichen Regelungen 

bestimmen Grenzwerte den Takt. 

Die Volllast-Leerlauf-Aussetzregelung ist derzeit eine der am 

häufigsten vorkommenden Regelungen bei nicht drehzahlgeregelten 

Antrieben. Erreicht der Betriebsdruck die eingestellte 

untere Druckgrenze pmin, so wird der Kompressor gestartet 

und fördert Druckluft. Bei Erreichen von pmax wird der 

Kompressor nicht stillgesetzt, sondern geht in Leerlaufbetrieb 

durch Druckentlastung. Wird während der Leerlaufzeit pmin 

erreicht, so geht der Kompressor von dort wieder in Volllastbetrieb. 

Bei einem geringen Luftverbrauch wird nach Ablauf einer 

Leerlaufzeit der Kompressor in Stillstand gesetzt (Abb. 28). 


Je näher die Druckschaltwerte beisammen liegen, 

desto geringer der Energieverbrauch. 

Diskontinuierlich geregelte Anlagen haben eine Gemeinsamkeit, 

sie werden über Druckgrenzen pmax und pmin geregelt. 

Liegen bei mechanischen Druckschaltern die erforderlichen 

Druckgrenzen mitunter bis zu einem bar auseinander, so sind 

heute mittels moderner Druckaufnehmer die Druckdifferenzen 

der Last- und Leerlaufschaltungen auf 0,2 bar reduzierbar. 

Abb. 28: Volllast-Leerlauf-Aussetzregelung 

Die Volllast-Leerlauf-Aussetzregelung hat den Vorteil einer 

kurzen Reaktionszeit sowie der Möglichkeit, häufig zu schalten 

und dabei trotzdem nicht den Motor übermäßig durch Anund 

Abschaltvorgänge zu belasten. Ein Nachteil sind erhöhte 

Energiekosten. Denn der Kompressor benötigt während des 

Leerlaufs Energie, ohne Druckluft zu erzeugen. Diesen Nachteil 

versucht die Leerlaufregelung mit optimierter Leerlaufzeit 

zu vermindern. 

Bei dieser Variante wird die Nachlaufzeit in Abhängigkeit 

der Druckschwankungen über Zeit und Motorgröße variiert 

und trägt damit besonders bei Grundlastmaschinen zu Einsparungen 

im Bereich der Leerlaufkosten bei (Abb. 29). Dies 

führt jedoch zu einer etwas längeren Reaktionszeit. 

Generell gilt: je geringer die Druckdifferenz, desto genauer 

die Regelung und desto geringer auch der Energieverbrauch. 

Allerdings müssen die Kompressoren für entsprechend hohe 

Schalthäufigkeiten zugelassen sein, was aber bei den heute 

erhältlichen Anlagen in der Regel gewährleistet ist. Die bei 

kurzen Schalttakten höhere Druckkonstanz an den Abnahmestellen 

kann in vielen Fällen auch zu einer Senkung der Produktivitätskosten 

führen. 

4.2 Kontinuierliche Regelungen. 

Eine Drehzahlregelung ist die effizienteste 

interne Regelvariante. 

Die gängigsten Möglichkeiten, bei modernen Kompressoren 

die Drehzahl zu variieren, sind entweder eine Frequenzumrichtung 

oder eine Gleichstrommodulation. In beiden Fällen 

werden die Anlagen bei einer Druckgrenze pmin gestartet. 

Die Motoren fahren dann entlang einer Kennlinie auf eine 

Drehzahl, die durch das Verhältnis von Ist-Druck zu Regeldruck 

gekennzeichnet wird. 

Der Energieeinsatz für Leerlauf kann im günstigsten Fall bei 

ca. 20 % der Nennleistung liegen. Messungen ergeben häufig 

weit darüber liegende Werte von bis zu 50 % der Nennleistung. 

Leerlaufkosten gilt es unbedingt zu minimieren. 

Liegt der Luftverbrauch unterhalb des Regelbereichs der Maschine, 

so wird je nach Folgesteuerung die Anlage in Stillstand 

oder Leerlauf geschaltet (Abb. 30). Die Drehzahlregelung ist 

eine sehr energieeffiziente Regelungsart, wenn der Kompressor 

bei etwa 35 bis 80 Prozent seiner Nennleistung betrieben 

wird. Dies resultiert aus dem spezifischen Energieeinsatz pro 

Kubikmeter, der im unteren und oberen Bereich schlechter 

ist, als bei sogenannten „starren“ Kompressoren. 

Ein erheblicher Vorteil der Drehzahlregelung ist die hohe Genauigkeit 

und die schnelle Reaktion. Die dadurch erreichbare 

Druckkonstanz führt zu geringen Qualitäts- und Produktivi- 

Abb. 29: Volllast-Leerlauf-Aussetzregelung 

mit optimierter Nachlaufzeit 


26

tätskosten. Allerdings können Rückkopplungen des Frequenzumrichters 

ins Stromnetz zu Störungen an Messgeräten führen. 

Dem kann durch Filter vorgebeugt werden. Generell sind 

die Anschaffungskosten drehzahlgeregelter Kompressoren 

etwas höher als die anders geregelter Kompressoren. 

Die Ansaugdrosselregelung ist billig 

in der Anschaffung, aber teuer im Betrieb. 

Maschinen mit Ansaugdrosselregelung sind normalerweise 

Kompressoren, die eine Volllast-Leerlauf-Aussetzregelung haben 

und mit einem zusätzlichen Regler versehen sind. Dieser 

wird auf einen Regeldruck eingestellt. Wird dieser Regeldruck 

erreicht, wird je nach Abweichung des Regeldrucks im Plus- 

Minus-Bereich das Einlassventil des Kompressors geschlossen 

oder geöffnet. Bei Schraubenkompressoren führt dies zu einer 

Reduzierung des Volumenstroms, die nur geringfügigen Einfluss 

auf die Leistungsaufnahme des Kompressors hat (Abb. 

33). Ein Vorteil der Ansaugdrosselregelung liegt in den geringen 

Anschaffungskosten und dem großen Regelbereich. Der 

gravierende Nachteil ist aber die schlechte Energieeffizienz. 

Abb. 30: Variable Drehzahlregelung 

Für die Wirtschaftlichkeit der Regelungsart ist die Leistungskennlinie 

des Reglers, des Motors und des Verdichterblocks 

im Teillastbereich ausschlaggebend (Abb. 31). 

Abb. 33: Ansaugdrosselregelung. Bei der Drosselung wird die 

Leistungsaufnahme nur wenig beeinflusst. 

Abb. 31: Spezifische Leistungsaufnahme eines drehzahlgeregelten 

Kompressors (Standarddruckbereich) 

Die Abblaseregelung bläst Druckluft in die Atmosphäre. 

Als Abblaseregelung werden Regelungen bezeichnet, bei denen 

der Kompressor verdichtete Luft in die Atmosphäre abbläst 

und damit die Förderleistung an den tatsächlichen Luftverbrauch 

angleicht. Eingesetzt wird diese Regelungsart im 

Bereich von Niederdrucksystemen (z. B. Gebläsen) oder auch 

bei Turbo-Verdichtern, die temporär zuviel Druckluft erzeugen. 

Uneingeschränkte Vorteile hat die Drehzahlregelung 

beim Einsatz als Spitzenlastkompressor in einem System mit 

mehreren Kompressoren, wenn eine übergeordnete, verbrauchsabhängige 

Steuerung dafür sorgt, dass die einzelnen 

Kompressoren optimal ausgelastet werden. 


60 kW 

Leerlaufanteil 30 % 

Betriebsstunden 

4.000 h/a 

Leistungsaufnahme im Leerlaufbetrieb 25 % 

Stromkostenersparnis durch Drehzahlregelung 2.520 €/a 

Abb. 32: Beispielhafte Einsparung durch Einsatz eines drehzahlgeregelten 

Kompressors 1 

Abb. 34: Abblaseregelung 

Bei dynamischen Verdichtern wird mit dieser Regelung auch 

das Leistungsverhalten beeinflusst, jedoch ist dies nur in 

einem relativ kleinen Regelbereich möglich (Abb. 34). Diese 

Art der Regelung verursacht zwar nur geringe Anschaffungs-, 

dafür aber hohe Energiekosten bei stark schwankenden 

Druckluftabnahmen. 

1 

Strompreis 14 Cent/kWh 


4.3 Übergeordnete Steuerungen. 

Übergeordnete Steuerungen minimieren 

die Lebenszykluskosten. 

Gute übergeordnete, verbrauchsabhängige Steuerungen koordinieren 

den Einsatz mehrerer Kompressoren so, dass die 

Lebenszykluskosten der Anlage insgesamt minimiert werden. 

Die Energiekosten werden z. B. dadurch reduziert, dass die 

Leerlaufzeiten „starrer“ Kompressoren reduziert werden. Die 

Steuerung „weiß“ zu jedem Zeitpunkt in welchem Zustand 

(Last-, Leerlauf, Aus, Drehzahl) sich die Kompressoren befinden. 

Anhand des Druckgradienten des oder der Drucksensoren 

erkennt die Steuerung selbständig, ob viel Druckluft 

benötigt wird oder weniger. Dementsprechend werden dann 

die Kompressoren zu- und weggeschaltet. Wichtig dabei 

ist, dass die Steuerung die Leistungsdaten der Kompressoren 

kennt und eigenständig die optimale Kombination anwählt. 

Durch eine gute übergeordnete Steuerung lassen sich oft 20 

Prozent der Energiekosten einsparen. Die Instandhaltungskosten 

werden dadurch optimiert, dass Lauf- und Wartungszeiten 

der einzelnen Kompressoren aufeinander abgestimmt 

werden. Der Betrieb der internen Regelungen in Bereichen hoher 

Regelgenauigkeit optimiert Qualitäts- und Produktivitätskosten 

und vorgesehene „Notbänder“ beim Ausfall einzelner 

Komponenten sorgen dafür, dass immer ausreichend Druckluft 

vorhanden ist. 

Abb. 35: Kaskadenregelung 

Die Druckbandregelung schafft eine feine Abstimmung. 

Moderne übergeordnete Steuerungssysteme nutzen die Möglichkeit, 

beliebig viele Anlagen über ein Druckband zu steuern. 

Die kleinste Steuerungsdifferenz ist 0,2 bar (Abb. 29). Der 

Vorteil dieser Steuerungsart ist eine Reduzierung des maximalen 

Druckes in der Druckluftstation wodurch Energiekosten 

verringert werden. 

Die anfänglichen Anschaffungs- und Installationskosten 

hochwertiger Steuerungssysteme liegen höher als die von 

einfachen Steuerungen. Diese werden aber durch die Reduzierung 

der Energiekosten schnell kompensiert. Darüber hinaus 

kann ein optimierter Betrieb zu einer höheren Lebensdauer 

der Gesamtanlage führen, so dass nach einem gleichen 

Betrach tungszeitraum der Restwert einer Anlage mit intelligenter 

Steuerung höher ist als der einer Anlage ohne entsprechendes 

Steuerungssystem. 

Abb. 36: Druckbandregelung 

Heutzutage sind übergeordnete Steuerungen mit einer Vielzahl 

zusätzlicher Mess-, Analyse- und Auswertesystemen 

kombinierbar, so dass eher von Energiecontrollingsystemen 

mit Druckluftspezialisierung gesprochen werden kann. 

Die Kaskadenregelung ist einfach, aber wenig flexibel. 

Die bekannteste Art mehrere Kompressoren zu koordinieren 

ist die sogenannte Druckkaskade. Hierbei ist jedem Kompressor 

ein bestimmter Schaltbereich durch die übergeordnete 

Regelung zugewiesen (Abb. 35). Die Kaskadenregelung ist für 

Anlagen mit bis zu vier Kompressoren geeignet. Die Anpassungsmöglichkeiten 

dieser Steuerung sind jedoch begrenzt, 

so dass keine Optimierung in dem Maße möglich ist, wie dies 

mit weiterentwickelten Steuerstrategien gelingt. Ein wesentlicher 

Nachteil der Kaskadenregelung liegt in dem hohen 

Druck, der durch die Kaskadierung bewirkt wird. Denn zu 

hoher Druck erhöht die Energie- und Lebenszykluskosten. 

Erweiterte Druckbandregelungen können auch verschiedene 

Kompressorengrößen lastabhängig auswählen und bei entsprechendem 

Druckluftbedarf miteinander koordinieren. Die 

richtige Auswahl der Kompressorengrößen verhindert, dass so 

genannte „Regellöcher“ entstehen (Abb. 36). Darunter versteht 

man Regelbereiche, in denen die Kompressorstation nicht die 

gerade benötigte Druckluftmenge erzeugt. Die verschiedenen 

Möglichkeiten haben dabei unterschiedliche Vor- und Nachteile 

z. B. hinsichtlich der Redundanz bzw. der Anpassung an 

unterschiedliche Druckluftverbräuche. Bei stark schwankendem 

Druckluftverbrauch fehlt die Integration eines drehzahlgeregelten 

Kompressors. 


28

5. Wärmeanfall und Wärmerückgewinnung. 

Druckluft – ein wertvoller Energieträger. 

Druckluft ist eine teure Energie, der Kubikmeter kostet etwa 1,5 

bis 3 Cent. Bei Anlagen mit wenigen Betriebsstunden machen 

die Stromkosten nur etwa 20 Prozent der Betriebskosten aus, 

bei Anlagen, die rund um die Uhr laufen, können es bis zu 80 

Prozent sein. Die vielen Kilowattstunden elektrischer Ener gie, 

die der Verdichter aufnimmt, entsprechen bei weitem nicht der 

Arbeitsleistung der Druckluft, die am Ende vom Kompressor geliefert 

wird. Der theoretische Wirkungsgrad eines Verdichters 

kann zwar bei bis zu 50 Prozent liegen. Über das ganze System 

von der Erzeugung bis zum Verbraucher wird aber meistens 

nur ein Gesamtwirkungsgrad von etwa fünf Prozent erreicht. In 

anderen Worten, nur ein zwanzigstel der eingesetzten, hochwertigen 

elektrischen Energie wird am Ende in nutzbare Arbeit 

umgewandelt. Ein solcher Wirkungsgrad wäre zum Beispiel bei 

der Stromerzeugung aus Brennstoffen nicht akzeptabel. 

Ist die Temperatur zu niedrig, besteht die Gefahr des Einfrierens 

der Kompressor-Sicherheitsorgane. Ist die Temperatur zu hoch, 

kann es zum Problem der Überlastung von Bauteilen kommen. 

Abb. 38: Natürliche Be- und Entlüftung des Kompressorraums 

bei kleinen Antriebsleistungen 

Abb. 37: Energienutzen ohne Wärmerückgewinnung 

Die Nutzung der erzeugten Wärme kann Energie sparen. 

Bei der Drucklufterzeugung fallen große Mengen an Wärme 

an. Allein ein 18,5-kW-Kompressor erzeugt so viel Wärme, dass 

man damit mühelos ein Einfamilienhaus beheizen könnte. Das 

ist nicht nur technisch möglich, sondern auch wirtschaftlich. 

Die zusätzlichen Aufwendungen für die Installation einer Wärmerückgewinnungsanlage 

in dieser Größenordnung rentiert 

sich erfahrungsgemäß bereits innerhalb weniger Jahre. Bedingung 

für die effiziente Abwärmenutzung ist jedoch, dass die 

Wärme möglichst an Ort und Stelle verwendet werden kann. 

Eine Luftkühlung ist die einfachste Art der Wärmeabfuhr. 

Die einfachste Art der Wärmeabfuhr geschieht mittels Kühlluft. 

Hierbei muss kalte Luft dem Kompressor zu- und die erwärmte 

Kühlluft vom Kompressor wieder abgeführt werden. 

Die Kühlluft kann jeweils durch freie Öffnungen zu- und wieder 

abgeführt werden. Ist diese natürliche Be- und Entlüftung, 

die vorwiegend bei kleinen Kompressoren Anwendung findet, 

nicht ausreichend, dann muss entweder die Zu- oder die Abluftführung 

durch einen Ventilator unterstützt werden. Reicht 

das ebenfalls noch nicht aus, um den Kompressor ausreichend 

zu kühlen, sind Zu- und/oder Abluft über einen speziellen Kanal 

zu führen. Bei langen Kanälen ist zur Überbrückung von 

Druckverlusten im Kanal ein Zusatzventilator anzubringen. 

Besondere Steuerungen lassen im Winter einen Mischluftbetrieb 

zu. Über eine Jalousieklappe wird dabei aus dem Kompressorraum 

warme Luft mit der von außen angesaugten 

kalten Luft vermischt. Das Zuführen von Kühlluft über Kanäle 

von außen ist auch dann zu bevorzugen, wenn im Kompressorraum 

selbst keine saubere Kühlluft zur Verfügung steht. 

Die erzeugte Wärme muss vom 

Kompressor abtransportiert werden. 

Die vom Verdichter erzeugte Wärmemenge ist so groß, dass sie 

zu einer Erhitzung der Umgebungsluft über die für den Kompressor 

zulässigen Bedingungen führt, wenn sie nicht abtransportiert 

wird. Diese Wärme – und damit fast die gesamte Energie, 

die dem Kompressor aus dem elektrischen Leitungsnetz zugeführt 

wird – muss wieder abgeführt werden. Die zulässigen 

Temperaturen im Kompressorraum sind im VDMA-Einheitsblatt 

4363 festgehalten. Sie liegen zwischen +5 °C und +40 °C. 

Abb. 39: Kanalisierte Abluftführung bei größeren 

Kompressoren 


Große Kompressoren werden meist mit Wasser gekühlt. 

Bei großen abzuführenden Wärmemengen, das heißt bei 

großen Kompressoren oder bei der Aufstellung mehrerer 

Kompressoren in einem Raum, ist es oft ein Problem, die erforderliche 

Kühlluftmenge bereitzustellen. In diesem Fall können 

die Maschinen über Kühlwasserkreisläufe gekühlt werden. 

Frischwasser scheidet von vornherein wegen der hohen Kosten 

aus. Kompressoren können problemlos an offene oder geschlossene 

Kühlwasserkreisläufe angeschlossen werden. 

Bei der Entscheidung für eine Wasserkühlung muss sichergestellt 

sein, dass der Kühler der Kompressoren auch für die 

Qualität des Kühlwassers ausgelegt ist. Aggressives Kühlwasser 

benötigt Kühler mit resistenten Materialien. Sowohl die 

Wassertemperatur als auch die Ausgestaltung und Sauberkeit 

des Kühlers können die Leistung und Effizienz der Drucklufterzeugungsanlage 

beeinflussen. 

Ein weiterer wichtiger Punkt wird dabei oft übersehen: 

Trotz Wasserkühlung muss die im Kompressor von einzelnen 

Bauteilen abgestrahlte Wärme ebenfalls abgeführt 

werden. Dafür wird zusätzlich noch Kühlluft benötigt. 

Wärmerückgewinnung erhöht die Effizienz 

der Druckluftanlage. 

Die Wärme aus der Druckluftverdichtung lässt sich zum Heizen 

und für weitere Prozesszwecke nutzen. Bis zu 90 Prozent 

der dem Kompressor zugeführten Energie kann als nutzbare 

Wärme zurückgewonnen werden. Lediglich für den Einbau 

der Rückgewinnungsanlage fallen Anschaffungs- und Installationskosten 

an. Nach wenigen Jahren haben sich diese Investitionen 

über die Energiekosteneinsparung finanziert. Danach 

steht die Wärme, von geringen Wartungs- und ggf. Zusatzenergiekosten 

abgesehen, kostenlos zur Verfügung. Produktivitätseinschränkungen 

oder zusätzliche Stillstandskosten 

sind bei fachgerechter Planung und Auslegung üblicherweise 

nicht zu befürchten. In der Lebenszykluskosten-Analyse 

kann für die zurückgewonnene Wärme eine Gutschrift in 

Höhe der eingesparten Heiz- bzw. Prozesswärmekosten von 

den Energiekosten der Druckluftanlage abgezogen werden. 

Abb. 41: Energienutzen bei maximaler Wärmerückgewinnung: 

Eine eingesparte Kilowattstunde ist besser als eine zurückgewonnene. 

Eine eingesparte Kilowattstunde ist besser als 

eine zurückgewonnene. 

Auch bei einer hundertprozentigen Wärmenutzung sollte 

nicht darauf verzichtet werden, den Druckluftverbrauch zu 

reduzieren bzw. den Druckluftwirkungsgrad zu erhöhen. 

Schließlich benötigt die Erzeugung einer Kilowattstunde 

Strom im Kraftwerk fast dreimal soviel Primärenergie wie die 

Erzeugung einer Kilowattstunde Heizwärme. Sie ist daher 

nicht nur mit entsprechend höheren CO 2 

-Emissionen, sondern 

auch mit höheren Kosten verbunden. 

Die warme Abluft lässt sich 

direkt zum Heizen verwenden. 

Die einfachste Art der Wärmerückgewinnung ist die Ausnutzung 

der Verdichterwärme als Luftheizung. Voraussetzung 

hierfür ist ein luftgekühlter Kompressor, über den die Kühlluft 

gezielt hinweggeführt wird. Wirtschaftlich ist diese Art 

der Wärmerückgewinnung deshalb, weil alle Wärme, auch 

die abgestrahlte Wärme im Kompressor, ausgenutzt wird und 

der apparative Aufwand gering ist. Die erwärmte Kühlluft 

kann z. B. über ein Kanalsystem weitergeführt werden oder 

direkt in angrenzende Hallen gefördert werden. Dabei ist zu 

beachten, dass möglichst kurze Wege eingehalten werden. 

Erstens bedeuten lange Wege Druckverluste im Kanal, die 

wiederum nur durch einen Zusatzventilator zu kompensieren 


Nutzbare Wärme 

Betriebsstunden 

Eingesparte Heizenergie 

Gaseinsparung 

Gaskosteneinsparung 

18,5 kW 

16,65 kW 

4.000 h/a 

66.600 kWh 

74.000 kWh 

2.220 €/a 

Abb. 40: Beispielhafte Einsparung durch Wärmerückgewinnung 


30

sind und zweitens treten bei langer Verweilzeit der Kühlluft 

im Kanal Wärmeverluste auf. Eine Alternative sind isolierte 

Kanäle, die aber auch höhere Investitionskosten verursachen. 

Eine Brauchwassererwärmung erlaubt 

eine ganzjährige Ausnutzung der Abwärme. 

Wird das heiße Kompressoröl zur Erwärmung von Brauchwasser 

eingesetzt, lässt sich ein deutlich höherer Rückgewinnungsgrad 

erzielen als bei der Heizwassererwärmung, da der 

Brauchwasserwärmebedarf über das Jahr in etwa konstant ist. 

Voraussetzung ist allerdings, dass derart hohe Wärmemengen 

im Brauchwasser benötigt werden. Auch Mischsysteme 

sind möglich. 

Abb. 42: Luftheizung 

Kompressoren mit Öleinspritzung 

eignen sich zur Heizwassererwärmung. 

Bei Schraubenkompressoren mit Öleinspritzung führt das Öl 

ca. 72 Prozent der zugeführten elektrischen Energie in Form 

von Wärme ab. Diese Energie kann zurückgewonnen werden. 

Zur Wärmerückgewinnung wird das Öl über einen Wärmeübertrager 

geführt, der Heizungswasser um 50 K auf bis zu 

70° C erwärmen kann. Der Wärmeübertrager – in der Regel 

ein Plattenwärmeübertrager – ermöglicht eine hohe Wärmeausnutzung, 

kann platzsparend eingebaut werden und ermöglicht 

diese hohen Wassertemperaturen. 

Beim direkten Einsatz des Öls zur Erwärmung des Wassers 

sind besondere Vorkehrungen zu treffen, damit kein Öl in 

den Wasserkreislauf gerät. Üblicherweise kommen Sicherheitswärmeübertrager 

zum Einsatz. In diesen befindet sich 

zwischen der Öl- und der Wasserseite eine gut wärmeleitende 

Sperrflüssigkeit, deren Druck sich bei einem Öldurchbruch 

ändert. Über einen Druckschalter wird dann ein Signal zum 

Ausschalten des Systems gegeben. Aufgrund des zusätzlichen 

Wärmedurchgangswiderstands ist die mögliche 

Temperaturspreizung etwas geringer als bei der Heizwassererwärmung 

im Plattenwärmetauscher. Das Brauchwasser 

kann um ca. 35 K auf bis zu 55° C erwärmt werden. 

Zu beachten ist hierbei, dass natürlich nur dann Heizungswasser 

erwärmt wird, wenn der Kompressor im Lastbetrieb arbeitet. 

Da die Kompressoren nicht immer im Lastbetrieb sind 

und somit auch nicht immer warmes Wasser abgegeben wird, 

bedarf es entweder einer Zusatzheizung oder entsprechend dimensionierter 

Wärmespeicher. Idealerweise sind Drucklufterzeugungszeiten 

und Wärmenutzungszeiten synchronisiert. 

Abb. 43: Brauchwassererwärmung eines 

öleingespritzten Kompressors 


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Internet 

www.stromeffizienz.de 

Stand: 12/2012 

Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht 

unter dem Zustimmungsvorbehalt der dena. 

Die Angebote der 

Initiative EnergieEffizienz. 

Mit der bundesweiten Kampagne „Effiziente Stromnutzung 

in Industrie und Gewerbe“ unterstützt die dena im Rahmen 

ihrer Initiative EnergieEffizienz Unternehmen bei der Erschließung 

von Energie- und Kosteneinsparpotenzialen. Sie wird 

gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und 

Technologie (BMWi). 

Zentrale Zielgruppen sind kaufmännische und technische 

Entscheidungsträger in Unternehmen. Die dena informiert 

im Rahmen der Kampagne über Maßnahmen zu Energieeffizienzsteigerungen 

bei branchenübergreifenden Querschnittstechnologien. 

Mit umfangreichen Informationsangeboten 

und praktischen Hilfsmitteln sollen Industrie- und Gewerbeunternehmen 

aller Branchen, insbesondere kleine und mittlere 

Unternehmen, dazu motiviert werden, diese Chancen zu 

ergreifen und Energieeffizienzmaßnahmen umzusetzen. 

Beispielsweise helfen verschiedene interaktive Tools beim 

Identifizieren von Energieeffizienzpotenzialen und geben 

Hinweise auf geeignete Maßnahmen zur Erschließung dieser 

Potenziale. Detaillierte Informationsblätter zeigen für alle Bereiche 

der verschiedenen Systeme auf, wo Unternehmen bei 

Planung und Betrieb von Querschnittstechnologien ansetzen 

können, um durch ein Mehr an Energieeffizienz erhebliche 

Kosteneinsparungen zu erzielen. 

Bildnachweis: Titelbild © Rainer Plendl, 2012 / shutterstock.com; Seite 14 © Michael Blann / thinkstockphotos.com 

Alle Angebote finden Sie unter: 

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