Grundpfeiler der Kompression: Kolbenkompressoren entwickeln sich weiter, um dem wachsenden Bedarf an Druckluft gerecht zu werden

Rand Drill Company Duplex-Luftkompressor aus der Zeit vor 1900.

Als dampfbetriebene Gesteinsbohrer von effizienteren luftbetriebenen Gesteinsbohrern abgelöst wurden, entwickelten sich Kolbenkompressoren rasant weiter . In den USA brachte die Rand & Waring Drill and Compressor Company 1872 den ersten Rand-Luftkompressor für Gesteinsbohrer auf den Markt. Etwa zur gleichen Zeit gründete der Erfinder und Unternehmer Simon Ingersoll die Ingersoll Rock Drill Company und setzte die Forschung und Entwicklung von Kolbenkompressoren und Gesteinsbohrern fort. Beide in New York City ansässigen Unternehmen entwickelten neue und größere Kompressormodelle, expandierten schnell und wurden zu den beiden führenden Herstellern von Luftkompressoren. Fast alle Luftkompressoren dieser Zeit wurden von Dampfmaschinen angetrieben. Neben den rein dampfbetriebenen Modellen entwickelten beide Hersteller jedoch auch riemengetriebene Modelle, wie beispielsweise den großen Rand-Duplex-Luftkompressor aus der Zeit vor 1900 (siehe Abb. 1). Diese nutzten die zunehmende Verbreitung von Gleich- und Wechselstrom für Motorantriebe in den 1890er Jahren und darüber hinaus.

Bereits in den 1890er Jahren entwickelten sowohl Ingersoll-Sargeant als auch Rand Drill Hochdruckkompressoren mit einem Druck von 1000 psig (69,0 bar) für frühe Anwendungen wie Druckluftgewehre und Lokomotiven. In den 1890er Jahren produzierten beide Unternehmen nahezu identische Geräte für den Bergbau und das Baugewerbe, jedoch mit unterschiedlichen Absatzmärkten. Als sich ihre Gebiete zu überschneiden begannen, verschärfte sich der Wettbewerb, und 1905 fusionierten sie zur berühmten Ingersoll-Rand Company, die die Druckluftkompressorenindustrie für einen Großteil des folgenden Jahrhunderts prägen sollte.

Die Westinghouse Machine Company begann Mitte der 1880er Jahre mit der Herstellung kleiner Luftkompressoren für die Eisenbahn-Druckluftbremsenindustrie und produzierte kleine Anlassluftkompressoren für ihre Gas- und Ölmotoren , die zum Starten einen Druck von 7 bis 10 bar (100 bis 150 psig) in den Arbeitszylindern benötigten. Anfang der 1890er Jahre fertigte Westinghouse auch dampfmaschinenbetriebene Kompressoren, wie den in Abb. 2 dargestellten, für industrielle Anwendungen.

Westinghouse-Dampfkompressor, ca. 1890.

Mit Beginn des Industriezeitalters fand die Druckluft neue Anwendung in der Fertigung. 1888 entwickelte der österreichische Ingenieur Viktor Popp Europas erste Druckluftanlage mit einer Leistung von 2000 PS (1500 kW). Die in Paris ansässige Anlage wurde bis 1891 auf 24.000 PS (18.000 kW) erweitert. Schon bald meldeten andere Erfinder diverse Werkzeuge und Zubehörteile an, die mit Druckluft betrieben wurden. Paris wurde zum Zentrum einer hitzigen Debatte darüber, ob Druckluft die Elektrizität als Zukunftstechnologie ablösen würde.

Die Norwalk Iron Works , später die Norwalk Compressor Company , aus Norwalk, Connecticut, patentierte 1876 einen einstufigen, doppeltwirkenden Luftkompressor, gefolgt vom Patent für den weltweit ersten mehrstufigen Luftkompressor im Jahr 1881. Ein früher zweistufiger Norwalk-Luftkompressor mit einem Zwischenkühler zwischen den Zylindern ist in Abb. 3 dargestellt. Die seitliche Gestängebetätigung betätigte die Kompressorventile mechanisch, ähnlich der damals bei Dampfmaschinen verwendeten Technologie.

Die ersten Luftkompressoren wurden als „Nasskompressoren“ bezeichnet, da das Wasser während der Kompression zur Kühlung in direktem Kontakt mit der Luft stand. Ursprünglich wurde das Wasser zusammen mit der Luft zugeführt, später als Sprühnebel eingespritzt. Die Anwesenheit von Wasser im Zylinder eines Hubkolbenkompressors erwies sich jedoch sowohl aus mechanischen als auch aus theoretischen Gründen als äußerst problematisch. Kurz nach John Warings Erfindung eines wassergekühlten Zylinders (siehe Ausgabe des letzten Monats) gab auch Norwalk das System des direkten Kontakts auf und entwickelte Zylinder und Zylinderköpfe mit Wassermänteln zur Oberflächenkühlung. Man experimentierte sogar mit der Zirkulation von Wasser durch eine hohle Kolbenstange zum Kolben. Die Kolbenkühlung erwies sich jedoch als schwierig und wurde bald wieder verworfen.

Früher zweistufiger Norwalk-Luftkompressor.

Diese und weitere Fortschritte in der Kompressortechnologie machten Norwalk schnell zu einem der führenden Unternehmen der Branche. Die Innovationskraft des Unternehmens war so groß, dass es auf dem Titelbild der Ausgabe von Scientific American vom 12. Juni 1880 abgebildet wurde. 1885 testete die US-Marine mit Norwalk-Kompressoren eine Schiffskanone, die Granaten mit Druckluft verschießen sollte. Ein Katalog von 1888 gab an, dass Norwalk-Kompressoren Drücke von 5000 psig (345 bar) erzeugen konnten – der bis dahin höchste jemals von einer praktischen kommerziellen Maschine erreichte Luftdruck. 1891 verlieh eine internationale Kommission in London Norwalk Iron Works einen Preis in Höhe von 1000 US-Dollar für den fortschrittlichsten Kompressor der Welt.

Dampfbetriebener Luftkompressor der Klasse BB von Laidlaw-Dunn-Gordon, ca. 1901.

Mit Beginn des 20. Jahrhunderts entstanden zahlreiche große und viele kleine Hersteller von Luftkompressoren. Die Laidlaw-Dunn-Gordon Company aus Cincinnati und Hamilton, Ohio, begann um 1885 mit der Produktion von Luftkompressoren. 1899 wurde Laidlaw-Dunn-Gordon Teil der späteren Worthington Pump & Machinery Company. Abbildung 4 zeigt einen dampfbetriebenen Luftkompressor der Klasse BB von Laidlaw-Dunn-Gordon aus dem Jahr 1901 mit 254 mm Hub, 45 PS (34 kW) Leistung und 150 U/min. Der Zylinder hat einen Bohrungsdurchmesser von 254 mm und ist mit Tellerventilen ausgestattet. Laidlaw-Dunn-Gordon blieb ein produktiver Hersteller von Luftkompressoren und produzierte viele fortschrittliche Maschinen, darunter große Tandemkompressoren mit Hubhebeln beidseitig eines zentralen Schwungrads. Ein Beispiel hierfür ist der Cincinnati Class 11-Kompressor aus dem Jahr 1904 (siehe Abb. 5). Dieser zweistufige, dampfbetriebene Duplex-Kompressor mit 610 mm Hub, 345 PS (257 kW) Leistung und 125 U/min Drehzahl verfügte über Luftzylinder mit 813 mm und 508 mm Durchmesser, Cincinnati-Ventilsteuerung und einen integrierten Zwischenkühler. Vor dem Ersten Weltkrieg bot Laidlaw-Dunn-Gordon die breiteste Produktpalette an Luftkompressoren aller Hersteller.

Laidlaw-Dunn Gordon Cincinnati Klasse 11 dampfbetriebener Luftkompressor, ca. 1904.

Die Gardner Governor Company, ein Hersteller von Dampfmaschinenreglern aus Quincy, Illinois , nutzte den zunehmenden Einsatz von Druckluft in vielen Branchen und produzierte Ende des 19. Jahrhunderts auch Luftkompressoren. Ein Beispiel für einen frühen, dampfmaschinenbetriebenen Gardner-Luftkompressor mit dem bekannten Gardner-Drehzahlregler ist in Abb. 6 dargestellt. Gardners Produktpalette und Produktionsvolumen wuchsen Anfang des 20. Jahrhunderts rasant, und in den 1920er-Jahren fusionierte das Unternehmen mit der Denver Rock Drill Company zu Gardner Denver.

Gardner dampfbetriebener Luftkompressor.

Die nächste Ausgabe wird die rasante Entwicklung horizontaler Luftkompressoren fortsetzen, die die industrielle Revolution ermöglichten.