Druckluft

Ein Kolbenkompressor saugt gefilterte Luft an und verdichtet sie über Einlass- und Auslassventile. Schwere Diesel-Lkw treiben ihn häufig über den Motor an; Schmierung und Kühlung können in dessen Versorgung eingebunden sein. Je nach Luftbedarf kommen ein oder zwei Zylinder zum Einsatz. Zylinderzahl und Verdichtungsstufenzahl sind verschiedene Merkmale: Zwei Zylinder bedeuten nicht automatisch zweistufige Verdichtung.

Die Verdichtung erwärmt die Luft. Kühlflächen im Zylinderkopf, gegebenenfalls eine Zwischenkühlung und die nachfolgende Druckleitung führen Wärme ab. WABCO beschreibt für Nutzfahrzeugkompressoren anwendungsabhängige Druckbereiche von 8 bis 14 bar. Das sind Versorgungsbereiche bestimmter Anlagen, kein universeller Bremsdruck und kein Einstellwert für jedes Fahrzeug. Der Druck an einem Radbremszylinder wird gesondert geregelt.

Erreicht die Anlage ihren vorgesehenen oberen Druck, beendet die Regelung die Förderung in die Vorratskreise. Je nach Konstruktion läuft der Kompressor entlastet weiter oder wird über eine Kupplung abgetrennt. Knorr-Bremse bezeichnet eine Variante zur Verringerung der Leistungsaufnahme im Entlastungsbetrieb als HP-ESS. Dauerndes Nachfördern kann auf eine Leckage oder erhöhten Verbrauch hinweisen; es beweist nicht automatisch einen zu kleinen Kompressor.

Auch ein Elektro-Lkw benötigt weiterhin Druckluft, wenn Bremsen oder Federung pneumatisch arbeiten. Hier lässt sich der Verdichter elektrisch und unabhängig von einem Dieselmotor antreiben. Neben Kolbenbauarten gibt es elektrische Schraubenkompressoren, beispielsweise von Knorr-Bremse. Antriebsart und Verdichtungsprinzip werden deshalb getrennt benannt.

Quellenhinweis: Knorr-Bremse · Kompressoren und Entlastungsbetrieb · WABCO · Luftversorgung, Verdichtung, Kühlung und Ölbelastung · Knorr-Bremse · elektrisch angetriebener Schraubenkompressor

Umgebungsluft enthält Wasserdampf. Beim Verdichten steigt dessen Konzentration bezogen auf das kleinere Luftvolumen; beim anschließenden Abkühlen kann flüssiges Kondensat entstehen. Gerade die Druckleitung zwischen Kompressor und Aufbereitung ist deshalb mehr als ein Verbindungsschlauch. Ihre Länge, Kühlung und Verlegung müssen zur vorgesehenen Eintrittstemperatur des Trockners passen.

Ein Abscheider entfernt mitgeführte Flüssigkeitströpfchen; das Trockenmittel bindet Wasserdampf an seiner großen inneren Oberfläche. Diese Adsorption senkt den Drucktaupunkt. Er gibt an, unter welcher Temperatur bei dem betrachteten Druck wieder Kondensat entstehen würde. Trocken heißt daher nicht, dass die Luft überhaupt keine Wassermoleküle mehr enthält, sondern dass sie im vorgesehenen Temperaturbereich kein schädliches freies Wasser absetzen soll.

Zur Regeneration strömt ein vorgesehener Anteil trockener, entspannter Luft durch das Trockenmittel zurück und führt Feuchtigkeit nach außen ab. Das bekannte kurze Abblasgeräusch gehört bei vielen Anlagen zu diesem Vorgang. Häufiges, ungewöhnlich langes oder ausbleibendes Abblasen wird nur zusammen mit Druckverlauf, Luftbedarf und Bauart bewertet. Aus dem Geräusch allein lässt sich kein vollständiger Funktionsnachweis ableiten.

Kompressoröl kann als feiner Nebel mitgeführt werden. Ölabscheidung und Trocknung sind deshalb zwei Aufgaben. Knorr-Bremse kombiniert sie etwa mit der Oil Separator Cartridge. Eine vorgeschriebene Kartusche lässt sich nicht allein nach passendem Gewinde auswählen: Trockenmittel, Abscheideleistung und Regenerationskonzept müssen zur Anlage passen.

Quellenhinweis: Knorr-Bremse · Trocknung, Ölabscheidung und integrierte Luftaufbereitung · ZF/WABCO · System Saver, Heizelement und Thermostat im Trocknersockel

Druckluftbehälter puffern den zeitlich wechselnden Verbrauch. Der Kompressor muss deshalb nicht jeden einzelnen Bremsimpuls unmittelbar liefern. Ein Behälter speichert eine bestimmte Luftmasse in einem festen Volumen; das Manometer zeigt den Druck. Bei gleicher Temperatur enthält ein 40-Liter-Behälter mit 10 bar Überdruck idealisiert rund 440 Liter auf 1 bar Absolutdruck bezogene Luft. Beim Abfall von 10 auf 8 bar Überdruck würden davon etwa 80 Liter frei. Das Lehrbeispiel legt keine betriebliche Mindestdruckgrenze fest.

Die zylindrische Form mit gewölbten Enden ist eine günstige Druckbehälterform. Anschlüsse, Entwässerung und Halterungen gehören zur Auslegung. Zulässiger Druck, Volumen und Kennzeichnung müssen zum Fahrzeug passen. Materialverlust durch Korrosion oder eine beschädigte Halterung wird nicht dadurch harmlos, dass der Behälter seinen Druck momentan noch hält. Eine drucktragende Wand ist kein geeignetes Bauteil für improvisierte Schweißreparaturen.

Ein Mehrkreisschutzventil verteilt die Versorgung und begrenzt die Auswirkungen eines Druckverlusts in einem einzelnen Kreis. Bremskreise und Nebenverbraucher erhalten dazu festgelegte Öffnungs-, Schließ- und gegebenenfalls Vorrangfunktionen. Die genaue Belegung unterscheidet sich nach Fahrzeug. Vier Kreise bedeuten deshalb nicht zwingend vier gleich große Behälter oder ein einziges universelles Anschlussschema.

Luftfederung, Getriebeaktuatoren und weitere Verbraucher dürfen den Bremsvorrat nicht unkontrolliert leeren. Schutzventile schaffen dafür die konstruktive Trennung; sie machen eine undichte Anlage aber nicht unbegrenzt fahrbereit. Elektronische Aufbereitung kann Druckaufbau und Regeneration zusätzlich koordinieren. Die vorhandene EAC-Vertiefung erläutert diesen Regelanteil.

Quellenhinweis: Knorr-Bremse · Kondensatfolgen und Mehrkreisschutz · WABCO · Luftversorgung, Verdichtung, Kühlung und Ölbelastung

Saubere Druckluft erreicht enge Steuerbohrungen, Dichtsitze und bewegliche Kolben. Ein Schmutzpartikel muss kein großes Rohr verstopfen, um eine Störung auszulösen: Er kann schon an einer kleinen Steuerkante den Durchfluss begrenzen oder einen Ventilsitz offenhalten. Die Folgen unterscheiden sich entsprechend. Eine gedrosselte Steuerleitung verzögert eine Reaktion; ein undichter Sitz kann Druck verlieren oder einen unerwünschten Restdruck bestehen lassen.

Freies Wasser fördert Korrosion an dafür anfälligen metallischen Flächen. Ablösende Rostpartikel werden selbst wieder zu Verunreinigungen. In Behältern nimmt angesammeltes Wasser außerdem Raum ein, der dann nicht mehr als Luftvolumen zur Verfügung steht. Öl und Alterungsprodukte können Dichtwerkstoffe angreifen oder Ablagerungen begünstigen. Rost, Öl und Wasser sind damit miteinander verbundene, aber nicht identische Fehlerursachen.

Auch eine heutige Anlage bleibt darauf angewiesen, dass Aufbereitung und Regeneration funktionieren. Überlastung durch eine dauernde Leckage, übermäßiger Öleintrag, ein erschöpftes Trockenmittel oder verschmutzte offene Kupplungsköpfe können die Schutzwirkung beeinträchtigen. Kondensat hinter dem Trockner ist daher ein Anlass, den gesamten Versorgungspfad zu prüfen; bloßes Ablassen beseitigt die Ursache nicht.

Eine sinnvolle Diagnose trennt Druckaufbauzeit, Druckverlust bei unverändertem Betriebszustand und das Ansprechen einzelner Kreise. Gleichzeitig werden Wartungszustand und Entwässerung nach Fahrzeugvorgabe beurteilt. Druckluft aus einer Werkstattversorgung muss ebenfalls die geforderte Qualität haben. Ungeeignete Öle oder Reinigungsflüssigkeiten durch eine Bremsanlage zu blasen kann zusätzliche Schäden verursachen.

Quellenhinweis: Knorr-Bremse · Kondensatfolgen und Mehrkreisschutz · Knorr-Bremse · Trocknung, Ölabscheidung und integrierte Luftaufbereitung · WABCO · Luftversorgung, Verdichtung, Kühlung und Ölbelastung

Gefriert freies Wasser, kann es eine kleine Bohrung verschließen, ein Ablassventil blockieren oder einen beweglichen Ventilteil festhalten. Entscheidend ist daher nicht nur die Außentemperatur, sondern auch, ob Wasser vorhanden ist und an welcher Stelle es sich sammelt. Eine Anlage kann nach dem Erwärmen zunächst wieder reagieren und trotzdem einen unveränderten Trocknungsfehler besitzen.

Elektrische Heizelemente sitzen je nach Bauart an besonders frostgefährdeten Stellen der Luftaufbereitung. Die WABCO-Unterlage zum System Saver beschreibt beispielsweise einen Widerstandsheizer mit Thermostat im Trocknersockel, der dort gesammeltes Wasser am Einfrieren hindert. Dieses Bauteil ist keine Heizung des gesamten Druckluftnetzes. Andere Ventile können eigene Heizungen besitzen, wenn die jeweilige Ausführung sie vorsieht; eine Magnetspule allein ist kein Nachweis dafür.

Ältere Anlagen arbeiteten teilweise mit Frostschutzpumpen, die ein dafür freigegebenes Mittel dosierten. Das ist ein anderes Konzept als die Abscheidung und Adsorption im Lufttrockner. Aus einer historischen Frostschutzpumpe folgt keine Erlaubnis, heute Alkohol oder beliebige Zusätze in eine moderne Bremsanlage zu füllen. Dichtwerkstoffe, Kartuschen und Herstellervorgaben müssen zum Verfahren passen.

Heißes Wasser außen über ein Ventil zu gießen kann seine Hülle kurzzeitig erwärmen, entfernt aber kein Kondensat aus den inneren Luftwegen. Nach dem Abkühlen kann die Störung wiederkehren; zusätzliches Wasser an Steckern und Öffnungen ist ebenfalls unerwünscht. Es ist deshalb keine allgemeine Betriebs- oder Reparaturanweisung. Bei frostbedingter Bremsstörung bleibt das Fahrzeug gesichert, bis Auftauen, Ursachenprüfung und Funktionskontrolle fachgerecht abgeschlossen sind.

Quellenhinweis: ZF/WABCO · System Saver, Heizelement und Thermostat im Trocknersockel · WABCO · ältere Drucklufttechnik und Frostschutzpumpe

Bei der üblichen europäischen Zweileitungs-Druckluftbremse liefert die rote Vorratsleitung Luft zum Anhänger. Die gelbe Bremsleitung überträgt die pneumatische Bremsanforderung. Ein elektronisches Bremssystem ergänzt die elektrische Versorgung und Datenübertragung über die dafür vorgesehene ABS-/EBS-Verbindung. Beleuchtung und sonstige Fahrzeugfunktionen besitzen eigene elektrische Anschlüsse; eine funktionierende Rückleuchte beweist keine korrekte EBS-Versorgung.

Beim Verbinden der beiden einzelnen Luftkupplungsköpfe kommt Gelb zuerst und Rot danach. Beim Trennen wird zuerst Rot und danach Gelb gelöst. Der Hintergrund ist die Bremsfunktion: Das Trennen der Vorratsleitung löst eine automatische Anhängerbremsung aus; ihr Wiederanschließen kann diese Bremsung aufheben. Deshalb müssen Zugfahrzeug und Anhänger vorher eigenständig gegen Wegrollen gesichert sein. Die Abreißbremsung ersetzt keine betätigte Feststellbremse.

Kupplungsköpfe benötigen saubere Dichtflächen und geschlossene Schutzdeckel bei Nichtgebrauch. Leitungen brauchen Bewegungsreserve für Kurven und Höhenänderungen, dürfen aber nicht schleifen, scheuern oder miteinander verdrillt sein. Die elektrischen Stecker werden an den vorgesehenen Buchsen verriegelt. Kombinierte oder automatische Kupplungssysteme haben eigene Betätigungsfolgen; die Reihenfolge einzelner Köpfe wird nicht auf sie übertragen.

Die vollständigen Arbeitsfolgen stehen gemeinsam im Bereich Anhänger und Auflieger: mit mechanischer Verriegelung, Höhenanpassung, Stützen und Abfahrtkontrolle. Ein klassisches Abreißseil eines auflaufgebremsten leichten Anhängers ist etwas anderes als der Sicherungshaken am Betätigungsgriff einer Sattelkupplung. Vorhandene Sicherungen werden nach ihrer tatsächlichen Aufgabe und Betriebsanleitung behandelt, nicht unter dem Sammelbegriff Sicherungsseil.

Quellenhinweis: DGUV Information 214-080 · Kuppeln – aber sicher!, Ausgabe 2020