Windkessel

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Dieser Artikel beschreibt die technische Einrichtung Windkessel; für den Windkesseleffekt in der Physiologie siehe bitte dort.
2 Druckluftverdichter als Schraubenkompressoren mit integriertem Kältetrockner und 3000 Liter Windkessel (oder Druckluftspeicher genannt) rechts im Bild

Ein Windkessel ist ein Druckluftbehälter in Pumpen- und Druckluftanlagen, der zur Speicherung von Energie oder einem Fluid und zum Ausgleich von Druckschwankungen erforderlich ist. Er wird vorzugsweise direkt nach dem Druckerzeuger eingebaut. In Druckluftanlagen ist ein nützlicher Nebeneffekt die Vorabscheidung von Kondensat aus der Druckluft, das bereits flüssig vorliegt oder durch die Abkühlung der Druckluft anfällt.

Aufgaben von Windkesseln sind:

  • Ausgleich von Druckschwankungen, einschließlich der Druckstöße des Verdichters, dadurch Versorgung der Verbraucher mit möglichst gleichem Betriebsdruck.
  • Speicherung von Druckluft für das angeschlossene Netz und Bereitstellung von Druckluft in der unmittelbaren Nähe von Verbrauchern mit großem, plötzlichem Luftverbrauch.
  • Abscheidung von anfallendem Kondensat aus der Druckluft.

Windkessel werden auch in der zentralen Trinkwasserversorgung und bei der Einzelwasserversorgung in Hauswasseranlagen verwendet (siehe Hydrophore). Bei Hauswasseranlagen wird Wasser in einen mit Luft gefüllten Behälter gepumpt. Da das Wasser nicht komprimierbar ist, wird hier der wechselnde Luftdruck zur Steuerung der Wasserpumpe verwendet. Im einfachen Fall sind im Behälter Wasser und Luft nicht getrennt, wo aber eine Belüftung des Wassers nicht erwünscht ist, können die beiden Medien auch durch eine elastische Membran, z.B. eine Gummiblase, getrennt werden. Dieses System wird in Heizungsanlagen verwendet (siehe Ausdehnungsgefäß). Zur Regelung geringer Druckunterschiede genügt auch die Kompressibilität einer Luftblase.

Bei der zentralen Trinkwasserversorgung werden Windkessel meist am Ausgang eines Wasserwerks, d. h. an den Transportleitungen zur Einspeisung des Wassers in ein Rohrnetz eingesetzt, insbesondere wenn hier Wasserspeicher wie z. B. erdgedeckte Wasserhochbehälter oder Wassertürme fehlen. Mit ihnen werden Druckschwankungen bei Rohrbrüchen und beim Ausfall von Pumpen z. B. infolge Stromausfall abgefangen. Durch diese Maßnahme können größere Schäden am Rohrnetz, an Pumpen und Armaturen durch zum Teil sehr energiereiche Druckstöße vermieden werden.

Der Windkessel findet unter anderem seine Anwendung in der Konstruktion der Plungerpumpe und im Hydraulischen Widder.

Druckspeicher in Hydraulikanlagen sind ganz analog aufgebaut, weisen jedoch eher kleine Volumina und einem dem hohen Druck (um 100 bis 1000 bar) eine entsprechend dicke Stahlwandung auf. Der Gaspuffer (Stickstoff, um Oxidation durch Sauerstoff vorzubeugen) wird üblicherweise vorgespannt und durch eine Elastomer-Blase abgetrennt. Inertgas kann an einem obenliegenden Ventil ein- und ausgelassen werden, womit der Druckarbeitsbereich festgelegt wird.

Windkessel können im Wesentlichen einphasig (bis auf Kondenswasser, das regelmässig oder selbsttätig ganz unten aus dem Sumpf abgelassen wird) etwa zum Speichern von Druckluft betrieben werden oder zweiphasig, wenn ein Gaspuffer federnd von oben auf die Flüssigphase unten (Trinkwasser, Hydraulikflüssigkeit, ...) drückt.