Eckpfeiler: „Kalt machen“ Teil III

Mehrere Unternehmen brachten in den frühen 1880er Jahren Kältekompressoren auf den Markt. Bis 1891 enthielt die Fachzeitschrift „Industrial Refrigeration“ Anzeigen von nicht weniger als 30 US-amerikanischen Herstellern von Eismaschinen und Kühlgeräten, um die wachsende Nachfrage nach Eismaschinen und mechanischer Kühlung in Brauereien, Fleischverarbeitungsbetrieben, Molkereien, Hotels, Restaurants, Dampfschiffen und vielen weiteren Betrieben zu decken.

Ende der 1890er-Jahre stieg die Nachfrage nach kleineren Kältekompressoren mit leichteren Bauteilen und höherer Drehzahl für Kälteanlagen mittlerer Kapazität in Hotels, Restaurants, Krankenhäusern und verschiedenen Industrieanlagen. Da Dampfkraft nicht immer verfügbar war, wurden alternative Antriebsarten eingeführt. Der führende Hersteller Frick baute Anfang des 20. Jahrhunderts seinen ersten direkt angeschlossenen, elektrisch betriebenen Gleichstrommotor-Kompressor . Diese anpassungsfähigen Maschinen ebneten den Weg für die breite Akzeptanz der mechanischen Kältetechnik.

Die Firma Frick, die Pionierarbeit bei großen vertikalen Kältekompressoren geleistet hatte, führte 1911 auch horizontale Kompressoren mit langem Hub ein (Abb. 1), die bis in die 1950er Jahre im Einsatz blieben.

Frick-Langhub-Horizontal-Kältekompressoren, ca. 1913.

Geschlossene Kompressoren erweitern die Einsatzmöglichkeiten der Kältetechnik erheblich.

Da die offenen Kompressoren immer kleiner wurden, wurden die A-förmigen Rahmen, die die Zylinder trugen, schließlich zu einem einzigen Bauteil verbunden. Aus dieser Konstruktion entwickelte sich später der geschlossene Kompressor . Die ersten dieser Maschinen, von denen ein Beispiel in Abb. 2 dargestellt ist, wurden 1915 gebaut und waren rechtzeitig in verschiedenen Größen verfügbar, um den dringenden Bedarf von Lagern, Lebensmittel- und Pulverfabriken, Krankenhäusern und Schiffen im Ersten Weltkrieg zu decken. Die geschlossene Bauweise behielt viele der vorteilhaften Eigenschaften der langsam laufenden Maschinen bei, jedoch arbeiteten die geschlossenen Maschinen mit automatischer Schmierung sicher und ohne ständige Überwachung. Dies ebnete den Weg für Systeme mit automatischer Steuerung im Jahr 1922. Es wurden Baureihen von schneller laufenden, elektrisch angetriebenen Hubkolbenkompressoren entwickelt, die bis zu neun Zylinder besaßen, wie der in Abb. 3 dargestellte elektrisch angetriebene Klimaanlagenkompressor von Frick.

Zentrifugalkompressoren für die Prozesskälte

Frick elektrisch angetriebener geschlossener Kompressor.

Mit dem steigenden Bedarf an Prozesskälte, insbesondere in der Tieftemperatur-, Gas- und Chemieindustrie, deckten Zentrifugalkompressoren schnell den Bedarf. Der erste Einsatz von Zentrifugalkompressoren in großen industriellen Prozesskälteanlagen erfolgte vor dem Zweiten Weltkrieg, und in den 1950er-Jahren produzierten bereits mehrere Unternehmen große Zentrifugalkompressoren für diesen Sektor. Abbildung 4 zeigt einen Zentrifugalkompressor aus der Zeit um 1960 in einer Propylen-Kälteanlage.

Elektrizität führt zu praktischer Klimaanlage.

Passive Klimatisierung hat ihre Wurzeln im prähistorischen Ägypten. Passive Verfahren blieben bis ins 20. Jahrhundert weit verbreitet, als sie allmählich durch motorbetriebene Klimaanlagen ersetzt wurden, die auf industriellen Kälte- und Eismaschinen basierten. Der Arzt Dr. John Gorrie nutzte seine 1850 patentierte Kompressor- und Eismaschinentechnologie , um Eis für die Kühlung der Luft in seinem Krankenhaus in Apalachicola, Florida, herzustellen. Er hoffte, seine Eismaschine eines Tages zur Temperaturregulierung von Gebäuden einsetzen zu können und träumte von einer zentralen Klimaanlage, die ganze Städte kühlen könnte. Leider verhinderte der Tod von Gorries wichtigstem Geldgeber die Verwirklichung seiner Vision.

Erst mit der allgemeinen Verbreitung von Elektrizität wurde die Entwicklung kostengünstigerer und effizienterer Klimaanlagen möglich. William H. Carrier baute 1901 die erste moderne elektrische Klimaanlage. Sie konnte sowohl Temperatur als auch Luftfeuchtigkeit in einem großen Gebäude regulieren. Die Klimatisierung großer Gebäude und Industrieanlagen wurde mit Hilfe von elektrisch betriebenen Kompressoren, wie sie in Abb. 3 dargestellt sind, immer üblicher.

Frick-Klimaanlagenkompressor mit Elektromotor.

1914 wurde die erste Klimaanlage für Privathaushalte installiert, 1931 kam die erste Klimaanlage für einzelne Räume auf den Markt, und Ende der 1930er Jahre wurde die Klimaanlage auch in Automobilen angeboten. Das Wachstum des Klimaanlagenmarktes eröffnete einen völlig neuen Markt für kleine und mittelgroße Kompressoren .

Rotationsschraubenkompressoren ersetzen Kolbenkompressoren.

In den 1950er-Jahren entwickelte und lizenzierte die schwedische Firma Svenska Rotor Maskiner AB (SRM) aus Stockholm Schraubenkompressoren, die sich bei der Verdrängung von Kolbenkompressoren in Druckluftanwendungen als sehr erfolgreich erwiesen. Durch weitere Forschung entwickelte SRM Hochdruck-Schraubenkompressoren, die für Kältekreisläufe optimiert waren. Der erste dieser Kompressoren wurde 1962 ausgeliefert, und innerhalb von fünf Jahren wurden über 1000 Kälte-Schraubenkompressoren produziert. Ende der 1960er-Jahre begannen Schraubenkompressoren, die meisten Kolbenkompressoren in Kälte- und Klimatechnik zu verdrängen und sollten bald den Markt dominieren.

Ingersoll-Rand Zentrifugalkompressor in einer Propylen-Kälteanlage, ca. 1960.

Scrollverdichter für Klimaanlagen in Wohnhäusern und Fahrzeugen

Das rasante Wachstum des Marktes für Klimaanlagen in Wohnhäusern und Fahrzeugen in den 1970er-Jahren führte zu einer starken Nachfrage nach kostengünstigen, kompakten und effizienten Kompressoren, die in großen Stückzahlen wettbewerbsfähig produziert werden konnten. Diese Nachfrage wurde Anfang der 1980er-Jahre befriedigt, als in Japan die ersten praktischen Scrollkompressoren für die Klimatisierung von Fahrzeugen und Räumen eingesetzt wurden. 1987, nach zehnjähriger Entwicklungsarbeit, brachte die Copeland Corporation mit Sitz in Sidney, Ohio (später Teil von Emerson), ihren ersten Scrollkompressor auf den Markt. Dessen Erfolg führte zur Einführung einer ganzen Familie von Scrollkompressoren für Anwendungen von der Klimatisierung von Wohnhäusern und kleineren Gewerbebetrieben bis hin zur Kältetechnik für die Lebensmittel-, Gesundheits- und Schiffscontainerindustrie. Anfang der 2000er-Jahre waren Scrollkompressoren in der gewerblichen und privaten Klimatisierung sowie in der Kältetechnik weit verbreitet.