Luftkompressor CFM und Hubraum: Ein Kaufratgeber für Lkw

Lkw-Luftkompressoren werden nach Hubraum dimensioniert – dem von den Kolben pro Umdrehung geförderten Luftvolumen –, den nordamerikanische Kataloge als CFM (Kubikfuß pro Minute) bei einer festgelegten Kompressordrehzahl angeben und europäische Kataloge als Liter pro Minute. Eine konventionelle Fernverkehrs-Zugmaschine ist meist mit etwas in der Klasse 12-16 CFM gut versorgt, während Baustellenfahrzeuge und Stadtbusse mit luftbetätigten Aufbauten, Türen und Federungen typischerweise 18-30 CFM oder mehr benötigen. Ziel ist nicht die größte Pumpe, die noch passt, sondern eine Einheit, die das System geladen hält und dabei die meiste Laufzeit im entlasteten Zustand verbringt.

Was eine CFM-Angabe tatsächlich misst

Ein veröffentlichter CFM-Wert ist das geförderte Luftvolumen bei einer Bezugsdrehzahl – üblicherweise 1.250 U/min, gemessen am Kompressor, nicht an der Kurbelwelle. Da die meisten zahnradgetriebenen Einheiten mit oder leicht über Motordrehzahl laufen, liegt die tatsächliche Förderleistung bei Autobahndrehzahl über dem Katalogwert, und im Leerlauf deutlich darunter. Deshalb macht sich ein grenzwertiger Kompressor im Start-Stopp- und Nebenabtriebsbetrieb schon lange vor dem Autobahnbetrieb bemerkbar.

Europäische Anbieter geben denselben Wert als Liter pro Minute bei eigener Bezugsdrehzahl an – vor dem Vergleich also umrechnen. Die Zylinderzahl ist eine verwandte, aber separate Frage: Eine große Einzylinder-Einheit kann mehr fördern als eine kleine Zweizylinder-Einheit, daher den Hubraum ablesen statt die Zylinder zu zählen – siehe Einzylinder- vs. Zweizylinder-Luftkompressoren zum Vergleich bei Wärme und Dauerbetrieb.

Leistungsklassen und ihre ungefähren Entsprechungen

Die Spalte cm³ pro Umdrehung ist ein Nennwert, abgeleitet aus dem angegebenen Förderstrom bei der Bezugsdrehzahl; sie dient nur dem Vergleich von Katalogen mit unterschiedlichen Maßeinheiten.

Leistung auf den Einsatzzweck abstimmen

Bremsen sind selten die einzige Last. Jedes luftbetätigte Zubehör am Fahrgestell – Achsumschaltung, Heckklappe, Aufbaukipper, Sitz, Tür, absenkbare Federung – zieht aus denselben Behältern und verlängert jeweils die Zeit, die der Kompressor unter Last steht.

Speicher und Förderleistung wirken zusammen. FMVSS 121 verlangt ein Gesamt-Behältervolumen von mindestens dem Zwölffachen des kombinierten Volumens der Betriebsbremskammern, sodass ein Fahrzeug mit mehr Achsen oder größeren Kammern sowohl mehr Speicher als auch mehr Pumpenleistung zum Nachladen nach einer Bremsung benötigt.

Die Einschaltdauer ist der wirklich entscheidende Wert

Der Regler-Abschaltdruck liegt normalerweise im Bereich von 120-135 psi und der Einschaltdruck im Bereich von 100-110 psi, sodass der Kompressor jedes Mal Last übernimmt, wenn der Druck unter den Einschaltpunkt fällt, und wieder entlastet, wenn der Abschaltpunkt erreicht ist. Der Anteil der Laufzeit unter Last ist die Einschaltdauer, und das Arbeitsziel liegt bei unter etwa 25 %. Darüber steigt die Auslasstemperatur in Richtung der häufig genannten Obergrenze von etwa 400 °F (rund 200 °C), wo Öl im Zylinderkopf und in der Auslassleitung zu verkoken beginnt. Die Verkokung behindert den Durchfluss, was die Temperatur weiter erhöht – ein Kreislauf, der in einem defekten Kompressor und einem verunreinigten Trockner endet. Bevor man die Kapazität beschuldigt, prüfen, ob der Druckregler dort abschaltet, wo er sollte; eine Einheit, die nie entlastet, läuft mit 100 % Einschaltdauer, unabhängig davon, wie viel CFM sie leistet.

Was ein unterdimensionierter Kompressor mit dem restlichen System macht

• Der Druck bleibt unter Last unterhalb des Abschaltpunkts, und der Regler entlastet kaum noch.
• Der Lufttrockner erlebt einen fast durchgehenden Ladezyklus, kann das Trockenmittel nicht regenerieren und beginnt, Feuchtigkeit stromabwärts durchzulassen.
• Ring- und Zylindertemperaturen steigen, der Ölaustrag nimmt zu, und Öl taucht in Tanks und Ventilkörpern auf.
• In der Auslassleitung und am Trocknereingang sammelt sich Verkokung an.
• Die Erholung nach einem Niederdruckereignis dauert lange – die Warneinrichtung löst bei rund 60 psi aus, Federspeicherbremsen legen im Bereich von 20-45 psi an, und bis das System wieder vollständig auf rund 120 psi aufgeladen ist, dauert es deutlich länger als es sollte.

Wenn genau dieses Verhalten vorliegt, zunächst prüfen, ob es wirklich an der Kapazität liegt und nicht an etwas Günstigerem. Ein durchgehend laufender Kompressor ist weit häufiger auf ein undichtes System, einen gesättigten Trockner oder einen klemmenden Entlaster zurückzuführen als auf eine tatsächlich unterdimensionierte Pumpe.

Kein Kompressor ist groß genug, um ein undichtes System zu überholen. Zuerst die Leckage beheben, dann nach Bedarf dimensionieren.

Warum größer nicht automatisch besser ist

Zusätzlicher Hubraum ist nicht kostenlos. Er erhöht die parasitäre Last und den Kraftstoffverbrauch, erhöht das Drehmoment am Antriebszahnrad und der Befestigung und schickt mehr Öldampf und Feuchtigkeit pro Minute in den Lufttrockner. Wird die Förderleistung erhöht, ohne Trockner- und Purge-Kapazität mitzuziehen, verlagert sich das Ausfallrisiko lediglich stromabwärts zur Kartusche. Eine größere Einheit kann zudem eine höhere Ölzufuhrrate und einen wassergekühlten Kopf erfordern, wo die bisherige luftgekühlt war. Die Erhöhung über den gesamten Ladekreislauf hinweg abstimmen, oder die Leistung dort belassen, wo der Originalhersteller sie festgelegt hat.

Checkliste vor der Bestellung

1. Nennhubraum bei der angegebenen Drehzahl, verglichen mit dem OE-Wert für diesen Motor, nicht nur für das Fahrzeugmodell.
2. Antrieb und Befestigung: verkeiltes oder verschraubtes Antriebszahnrad, Flanschmuster und Lochkreis, Riemen- oder Kupplungsantrieb.
3. Kühlung: luft- versus wassergekühlter Kopf, sowie Position und Gewinde des Kühlmittelanschlusses.
4. Schmierung: druckversorgt vom Motor oder selbstschmierend, plus Position der Öleinlass- und -ablassanschlüsse.
5. Entlasteranordnung: integrierter Entlaster im Kopf versus externe Reglerverrohrung, sowie Gewindegröße der Signalleitung.
6. Anschlussgrößen und -ausrichtung für Einlass, Auslass und Reglersignal – eine Einheit mit korrektem CFM-Wert, deren Auslass in die falsche Richtung zeigt, macht aus einem Teiletausch einen Fertigungsauftrag.
7. Querverweis nach Motor und OE-Nummer, da dasselbe Fahrgestell oft mit zwei oder drei Kompressoroptionen gebaut wird. Seriöse Anbieter veröffentlichen den Hubraum neben dem Querverweis; das OE-Qualitäts-Druckluftbremskompressor-Sortiment von VADEN listet beispielsweise die Förderleistung neben den Nummern von Bendix, Wabco/ZF, Knorr-Bremse und den Fahrzeugherstellern.

Ein schneller Check, bevor Geld ausgegeben wird

Den Aufbautest durchführen: Bei entleerten Behältern und Motor auf maximaler Reglerdrehzahl erwartet FMVSS 121, dass der Betriebsdruck in etwa 25 Sekunden von 85 auf 100 psi steigt. Anschließend die statische Leckage bei abgestelltem Motor und geladenem System prüfen – die Normgrenzwerte liegen bei 2 psi pro Minute für ein Einzelfahrzeug und 3 psi pro Minute für einen Kombinationszug bei gelösten Bremsen, sowie 3 bzw. 4 psi pro Minute bei angelegten Bremsen. Ein Lkw, der den Aufbautest nicht besteht, aber den Leckagetest besteht, hat tatsächlich zu wenig Pumpenleistung. Einer, der den Leckagetest nicht besteht, wird den Druck nie halten, egal was man einbaut.