Druckschalter für Kälteanlagen

Aufgabe eines Druckschalters

Neben Druckreglern gibt es in Kälteanlagen auch Druckschalter. Während die Druckregler durch Öffnen und Schließen direkt in den Hauptmassenstrom des Kältekreislaufes eingreifen, ist die Aufgabe der Druckschalter bzw. Pressostate eine etwas andere. Die Information über den aktuellen Druck in der Anlage an der durch den Druckschalter beobachteten Stelle, wird in der Regel durch eine Stichleitung oder bei Direktmontage des Druckschalters auf der Rohrleitung unmittelbar dem Pressostaten zugeführt. Dabei betätigt der Druck ein potentialfreies Kontaktsystem, womit z.B. ein Verdichter oder ein Lüfter geschaltet werden kann. Wofür aber sind diese Schaltungen gut bzw. notwendig? Beginnen wir mit der Funktion des Niederdruckschalters in einer Kompressionskälteanlage. Am häufigsten werden Niederdruckschalter, die meist in unmittelbarer Nähe des Verdichters auf der Saugseite angeschlossen werden, zur Schutzabschaltung des Verdichters bei Kältemittelmangel eingesetzt. Grund dafür ist die Tatsache, dass Kältemittelverlust in der Anlage zu verschiedenen Problemen führen kann. So wird zum Beispiel die Sauggaskühlung verringert, was besonders bei einem zu 100 % sauggasgekühlten Verdichter ein großes Problem ist.

Außerdem tritt bei einer Leckage grundsätzlich auch Kältemaschinenöl aus, da dieses zusammen mit dem Kältemittel ständig durch den gesamten Kältekreislauf wandert. Dies wiederum kann unzureichende Schmierung zur Folge haben. Daher ist es sehr vorteilhaft, bei starkem Absinken des Niederdruckes den Verdichter vorsorglich abzuschalten, um Schäden oder gar einen Komplettausfall des Verdichters zu vermeiden. Zu beachten ist, dass nicht jede Schutzabschaltung eines ND-Schalters unbedingt auf Kältemittelmangel zurückzuführen sein muss.

Der Servicemonteur sollte in einem solchen Störfall auch immer den Durchsatz des zu kühlenden Mediums am Verdampfer prüfen. Ist dieser aufgrund einer anderen Fehlfunktion zu gering, dann muss kein Kältemittelmangel vorliegen. Ein einfaches Beispiel dafür wäre ein defekter Verdampferlüfter oder eine defekte Pumpe bei einem Kaltwassersatz (Kältemittel-Wasser-Verdampfer). In letzterem Fall sollte jedoch bereits der Strömungswächter im Wasserkreislauf angeschlagen haben, da sonst die Gefahr einer Vereisung des Verdampfers besteht.

„Pumpdown“-und„Pumpout“-Schaltungen

Der Niederdruckschalter kann auch für Regelzwecke eingesetzt werden. So dient er bei den in der Kältetechnik üblichen „Pump down“- und „Pump out“-Schaltungen dazu, die Anlage immer dann, wenn der Verdichter aus Regelgründen abschaltet (z.B., wenn die Abschalttemperatur am Raumfühler erreicht ist), außer Betrieb zu setzen. Dies geschieht, wenn der Druck durch das Schließen des Flüssigkeitsmagnetventils und den zunächst weiterlaufenden Verdichter ab dem Flüssigkeitsmagnetventil über den Verdampfer bis hin zur Saugseite abgesaugt wird. Ab einem bestimmten Schwellenwert schaltet der ND-Schalter dann die Anlage ab. Wird nach einiger Zeit der Einschaltpunkt des Raumthermostaten wieder erreicht und das Magnetventil geöffnet, dann steigt der Druck in der Saugleitung wieder an und der ND- Schalter schaltet bei Überschreitung seines Wiedereinschaltpunktes den Verdichter wieder zu.

Hochdruckschalter DWK -DBK -SDBK

Auf der Hochdruckseite gibt es zum einen die Funktion des klassischen Hochdruckschalters. Nach der EN 378 ist die Verwendung von Hochdruckschaltern für gewerbliche Kälteanlagen grundsätzlich vorgeschrieben. Sie dienen zur Schutzabschaltung des Verdichters als (in der Regel) maßgeblichem Druckerzeuger in einer Kompressionskälteanlage. Wird nun der zulässige Betriebsüberdruck erreicht und es bahnt sich eine Überschreitung an, so wird der Verdichter durch den Hochdruckschalter abgeschaltet und der Druck auf der Hochdruckseite fällt wieder. Bei Hochdruckschaltern für diesen Zweck unterscheidet man zwischen Druckwächtern, Druckbegrenzern und Sicherheitsdruckbegrenzern. Bei einem Druckwächter (DWK) kann grundsätzlich eine automatische Wiedereinschaltung nach einer gewissen Absenkung des Druckes auf der Hochdruckseite stattfinden. Bei einem Druckbegrenzer (DBK) muss nach einer Schutzabschaltung ein manueller Reset vorgenommen werden. Dieser Reset darf mit der Hand und ohne Werkzeug auslösbar sein. Bei dem Sicherheitsdruckbegrenzer (SDBK) schließlich ist ein Werkzeug nötig, um den manuellen Reset herbeizuführen.

Lüfterregelung des Verflüssigers 

Zum anderen gibt es auf der Hochdruckseite die Möglichkeit, die Lüftersteuerung des Verflüssigers mit einem Druckschalter zu optimieren. Alternativ zu einer Lüfterdrehzahlregelung kann so kostengünstig vermieden werden, dass der Verflüssigungsdruck ganz besonders im Winter zu weit absinkt. Diese Maßnahme empfiehlt sich bei sehr kleinen und damit kostensensiblen Gewerbekälteanlagen aber auch bei größeren Anlagen mit dreiphasigen Lüftern, bei denen sich Drehzahlregelung als sehr kostenaufwendig erweisen kann.

Bauformen

Grundsätzlich gibt es zwei generelle Bauformen von Druckschaltern. Dabei handelt es sich zum einen um den einstellbaren Standarddruckschalter für die Wandmontage und zum anderen um den Patronendruckschalter. Der Druckschalter zur Wandmontage (z. B. Typ „KP “ von Danfoss) ist bei Anlagenbauern besonders populär. Er ermöglicht eine Nachjustierung hinsichtlich der Schaltschwellenwerte und sitzt nicht mit seiner kompletten Masse auf der Rohrleitung. Außerdem besteht die Möglichkeit, den Druckschalter in einem Maschinenfach nach vorne herauszusetzen, was die Zugänglichkeit und Servicefreundlichkeit deutlich erhöhen kann. Der Patronendruckschalter hingegen ist die bevorzugte Lösung der Serienhersteller, da seine festen Einstellwerte nicht einfach im Feld von Unbefugten verstellt werden können. Daneben sind Patronendruckschalter in der Regel äußerst preiswert.

Kontaktbelastung

Ein wichtiger Punkt beim Einsatz von Druckschaltern mit potentialfreien Kontakten ist die Kontaktbelastung. Dabei kann zunächstverwirren, dass Hersteller in der Regel drei verschiedene Werte zur Kontaktbelastung angeben. Nach welchem Wert soll man sich also richten?

Normalerweise handelt es sich bei diesen drei Werten um folgende:

Den rein ohmschen (in diesem Fall ist klassisch die höchste Kontaktbelastung möglich), den teil induktiven und den rein induktiven Belastungsfall.

Ein Beispiel für eine ohmsche Belastung (Lastbezeichnung: AC1) ist die Elektro(widerstands)heizung für die Abtauung.

Teilinduktiv ( AC3) ist z. B. ein Elektromotor, das heißt auch ein Verdichter.

Eine Spule (AC15) hingegen, wie sie bei Magnetventilen verwendet wird, wirkt als induktive Last für ein Druckschalter-Kontaktsystem.

Elektrischer Anschluss

Bei einem Standard Druckschalter mit Wechselkontaktsystem gibt es normalerweise drei Anschlusskontakte, auf der die Adern des Elektrokabels aufgelegt werden können. Bei diesen drei Anschlüssen handelt es sich um „Phase rein“, „Störung“ und „Phase raus (zum Motor)“. Dabei macht es keinen Unterschied, ob bei einer Zweierbelegung von „Phase rein“ und „Phase raus“ die beiden Anschlüsse ver- oder gewechselt werden. Der Anschluss „Störung“ wird eher selten benutzt. Eine denkbare Störungsmeldung ist hier die Ansteuerung einer roten Signallampe oder die Weiterleitung zu einer Fernwarte.

Bei einem „KP1“ von Danfoss (Niederdruckschalter) wird „Phase rein“ auf Kontakt 1 und „Phase raus“ auf Kontakt 4 gelegt. Falls die Störungsfunktion gewünscht wird, so kann sie zusätzlich auf 2 geklemmt werden. Bitte unbedingt beachten, dass der Anschluss bei einem „KP7“-Hochdruckschalter nicht analog vorgenommen wird. Während „Phase rein“ weiter auf Kontakt 1 bleibt, kommt „Phase raus“ auf Kontakt 2 und Kontakt 4 wird zur Störmeldung. Dies scheint verwirrend, kann aber vom Servicemonteur unter Zuhilfenahme des „KP“- Druckschalters leicht hergeleitet werden. Nimmt man die Kunststoffabdeckung ab, ist rechts das Kontaktsystem zu sehen. Dies ist mit „1“, „2“ und „4“ beschriftet. Bei einem ND-Schalter „KP1“ be ndet sich der Kontakt 4 oben und 2 unten. Der relevante Ausschaltfall ergibt sich bei einer Drucksenkung (z. B. Kältemittelmangel). Da das Druckschalterbalgelement bei steigendem Druck immer nach oben (Balg „bläst“ sich auf) und bei Druckabsenkung immer nach unten fährt, muss das Abschalten bei der Abwärtsbewegung stattfinden. Damit ist bei „KP1“ der Anschluss 1 und 4 für den Hauptpfad Netz Verdichter zu wählen. Bei einem „KP7“-Hochdruckschalter hingegen findet das Abschalten bei hochfahrendem Balg statt. Da sich der Kontakt 4 immer noch oben und 2 immer noch unten beendet, muss hier auf „1 “ und „2 “ aufgelegt werden.

Im Falle eines Doppeldruckschalters, der bei Danfoss mit einer Ausnahme („KP7BS“, zwei Hochdruckschalter DBK+SDBK) immer ein kombinierter ND- und HD-Schalter ist, gibt es Varianten mit ND- oder ND- und HD-Störungskontakt. Durch die Verwendung eines Doppeldruckschalters entfällt sowohl eine elektrische Installation als auch eine Befestigungsmontage. Außerdem sind zwei Druckschalter meist teurer als ein Duopressostat.

Kältetechnischer Anschluss

Beim kältetechnischen Anschluss eines Druckschalters zur Wandmontage sollte besonders beachtet werden, dass sicherheitsrelevante Hochdruckschalter (z. B. „KP7 W “, „KP7B “, „KP7S “, „KP7BS “) grundsätzlich durch eine Stichleitung mit mindestens 4 mm Innendurchmesser angeschlossen werden. Mit anderen Worten: es ist ein 6 mm-Kupferrohr zu verwenden. Natürlich ist es auch möglich, spezielle Kunststoffanschlussleitungen für Kälteanlagen, wie sie in den letzten 15 Jahre Mode geworden sind, mit einem Innendurchmesser von mindestens 4 mm zu verwenden. Pressostate zur Verflüssigerlüftersteuerung und Niederdruckschalter dürfen weiterhin mit Kapillarrohren angeschlossen werden, wobei viele Anlagenbauer aus Rücksicht auf die Optik und zur Vorbeugung gegen ungewollte Kapillarverschlüsse grundsätzlich 6 mm-Kupferrohre bzw. Alternativkunstoffrohre für alle Druckschalter verwenden.

Manueller Test

Ein manueller Auslösetest sollte nur in Ausnahmefällen durchgeführt werden. Sollte dies unbedingt nötig sein, so kann dies bei „KP“-Druckschaltern durch einen Schraubendreher von der Frontseite aus vorgenommen werden.Hierzu wird das Stahlblech, welches direkt am Balgelement anliegt, nach oben gedrückt, um eine Balgbewegung nach oben (= Druckzunahme) zu simulieren. Ein solcher Test sollte äußerst vorsichtig durchgeführt werden und die Ausnahme bleiben.

IP-Schutzgrad

Der IP-Schutzgrad kann je nach Örtlichkeit und Umgebungsfaktoren ein weiterer wichtiger Punkt sein. Die erste Stelle der beiden Zahlen, aus denen sich der IP-Schutzgrad zusammensetzt (z. B. IP54), steht für den Berührungsschutzgrad, die zweite Stelle steht für den Wasserschutz. Ein IP-Grad von IP 4* besagt, dass bei einem solchen Gerät das Eindringen eines Drahtes mit 1 mm Durchmesser nicht möglich sein darf. IP*4 bedeutet außerdem eine Eignung für Sprühwasser aus allen Richtungen. Pauschal lässt sich sagen, je höher der Schutzgrad, umso besser ist das Gerät gegen Staub-, Schmutz- partikel und gegen Feuchtigkeit geschützt. Standard-„KP “-Druckschalter von Danfoss besitzen einen Schutzgrad von IP33 gegen Staub- und Feuchtigkeitseinwirkung ohne montierte „Kopfabdeckung “. Ist die mitgelieferte „Kopfabdeckung “ montiert, erhöht sich der Schutzgrad auf IP44. Verwendet man ein Zubehör-Schutzgehäuse,so wird IP55 erreicht. Ist ein noch höherer IP-Schutzgrad erwünscht, so gibt es die Baureihe „RT “, die für besonders unwirtliche Umgebungen konzipiert wurde. Diese besitzen IP-Schutzgrade von 54 bis 66, je nach Ausführung.

Stephan Bachmann,

Danfoss Kältetechnik, Offenbach