Kältemaschinenöle

Kältemaschinenöle

Die Hauptaufgabe eines Kältemaschinenöls ist die Schmierung von Maschinenteilen, die Abdichtung innerhalb des Kompressors sowie die Abführung der im Schmierspalt entstehenden Wärme.

Zur Gewährleistung des sicheren Betriebs einer Kälteanlage ist ein günstiges Löslichkeitsverhalten zwischen Schmieröl und Kältemittel erforderlich. Das Kältemaschinenöl darf auch bei tiefen Temperaturen nicht fest werden (stocken), und nach dem Verdichten sollte eine schnelle Trennung von Öl und Kältemittel erfolgen.

Eine unzureichende Löslichkeit des Kältemaschinenöls beeinträchtigt die Ölrückführung, eine zu hohe Löslichkeit kann zu einer Unterschreitung der Mindestviskosität führen, die zur Verdichterschmierung erforderlich ist.

Entscheidend für die Auswahl ist das Verhalten eines Kältemaschinenöls – in Mischung mit dem Kältemittel – in bestimmten Temperaturbereichen, in denen die Mischung in ölreiche und ölarme Phasen zerfallen kann. Man bezeichnet solch einen Vorgang als Mischungslücke.

Von Vorteil sind deshalb Kältemaschinenöle, die über einen großen Temperatur- und Konzentrationsbereich eine homogene Phase mit dem Kältemittel bilden.

Nach anfänglichen Problemen bei der Umstellung älterer Anlagen auf die neuen Ersatzkältemittel stehen heute eine Vielzahl von Kältemaschinenölen für den Einsatz mit halogenierten FKW-Kältemitteln und anderen Kältemitteln für die unterschiedlichsten Anforderungen zur Verfügung. Nach ihren chemischen Zusammensetzungen können Kältemaschinenöle den nachfolgend angeführten fünf Gruppen zugeordnet werden.

Mineralöle (M)

sind Kohlenwasserstoffverbindungen und werden aus Erdöl oder Kohle gewonnen. Die meisten Stoffgemische dieser Gruppe gehören chemisch gesehen zu den Alkanen (Paraffinen, das sind einfach gesättigte Kohlenwasserstoffe). Ihre Anwendung finden diese Kältemittelöle heute in hermetischen Verdichtern. In halbhermetischen und offenen Verdichtern wurden sie durch synthetische und halbsynthetische Kältemittelöle verdrängt*. Paraffinische Mineralöle werden wegen ihres guten Viskositäts-Temperaturverhaltens als Kältemaschinenöle in Turbo-Verdichtern eingesetzt. Für tiefere Temperaturen sind sie nicht geeignet, da sie unter solchen Bedingungen zu Paraffinausscheidungen neigen, die zur Verstopfung des Expansionsventils führen können.

Naphthenische Mineralöle enthalten den bicyclischen aromatischen Kohlenwasserstoff Naphthalin und sind entparaffiniert. Diese Kältemittelöle können auch im Tieftempe- raturbereich verwendet werden. Ein Vorteil dieser Kältemittelöle ist die gute Löslichkeit in FKW-Kältemitteln.

Alkylbenzole (AB)

werden in großem Umfang katalytisch aus Erdöl hergestellt. Sie sind chemisch nicht sehr reaktiv und werden hauptsächlich als Lösungsmittel eingesetzt. Bestimmte Verbindungen aus dieser Stoffklasse können als Kältemaschinenöle eingesetzt werden. Sie haben eine sehr gute Löslichkeit in H-FKW-Kältemitteln und zeichnen sich gegenüber Mineralölen auch durch eine geringe Neigung zum Aufschäumen (beim Anfahren von Verdichtern) aus.

Polyalpha-Olefine (PAO)

auch Poly-α-Olefine genannt, sind hochspezielle synthetische Kältemaschinenöle, die für den Einsatz von H-FKW, NH3- und CO2-Anwendungen entwickelt wurden. Wegen ihres guten Viskositäts-Temperatur-Verhältnisses werden sie in erster Linie in Schraubenverdichtern eingesetzt. Sie haben eine hohe thermische Stabilität und eine gute Kältefließeigenschaft auch bei tieferen Temperaturen. Die Löslichkeit in FCKW-Kältemitteln ist jedoch nicht zufriedenstellend.

Polyolester-Öle (POE)

werden oft in Verbindung mit H-FKW-Kältemitteln und H-FKW-Kältemittel-Gemischen eingesetzt, da sie eine gute Löslichkeit mit diesen Kältemitteln aufweisen.
Auftretende Mischungslücken sind im Allgemeinen unkritisch.
Polyolester-Öle sind hygroskopisch und nehmen leicht Wasser auf, wobei sie sich auch zer- setzen können. Ursache für dieses Verhalten ist die chemische Herkunft dieser Öle, sie werden aus Alkohol und einer organischen Säure unter Abspaltung von Wasser hergestellt.

Im Kältekreislauf muss Feuchtigkeit vermieden werden, da sie – neben anderen negativen Einwirkungen – auch zur Säurebildung führen kann. Ist das der Fall, ist die Ursache meist die Zersetzung des Polyolester-Öls.

Polyglykole (PAG)

auch Polyalkylenglykole genannt, zeichnen sich durch eine geringe Viskositätserniedrigung bei tiefen Temperaturen und eine hohe thermische Stabilität aus. Nachteilig ist ihr sehr hohes Wasseraufnahmevermögen. Ein weiterer Nachteil ist die Unverträglichkeit dieser Öle mit vielen Werkstoffen, die deshalb vor der Verwendung einer speziellen Prüfung unterzogen werden müssen.

PAG-Öle finden hauptsächlich Verwendung im Zusammenhang mit R 134a in Verdichtern von Kfz-Klimaanlagen sowie in NH3-Kälteanlagen.

* „Synthetische und halbsynthetische Öle“ sind Erdölrafinate, denen synthetisch hergestellte Kohlenwasserstoffe zugesetzt werden. Dadurch entstehen Molekülstrukturen, die so in der Natur nicht vorkommen.

Quelle:
Reisner, Klaus; Reisner, Timo

Fachwissen Kältetechnik
Eine Einführung für die Aus- und Weiterbildung mit Aufgaben und Lösungen

6., neu bearbeitete und erweiterte Auflage 2016
ISBN 978-3-8007-4098-7, E-Book: ISBN 978-3-8007-4099-4

VDE VERLAG GmbH, Berlin - Offenbach