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Präzise Medientemperaturregelung

Präzisionskälte- und Klimatechnik sind für viele Anwendungen unerlässlich und die Nachfrage nimmt ständig zu. Ein Beispiel ist die Forderung nach der Einhaltung einer Temperatur von exakt 20 °C in einem Messraum, in dem Maschinenbauteile auf Bruchteile von Millimetern genau vermessen werden. Dabei ist es wichtig, auch kleinste Temperaturänderungen auszuschließen, damit die Messergebnisse nicht verfälscht werden. Aber auch Anwendungen in der Lebensmittelindustrie sind denkbar. In solchen Anwendungen sind konstante Luftaustrittstemperaturen aus dem Verdampfer der Schlüssel zum Erfolg. Dies lässt sich mit einer elektronischen Saugdrosselungs- bzw. Medientemperaturregelung sehr gut realisieren.

 

Einbau in die Saugleitung

Bei einer Medientemperaturregelung für Kälteanlagen bis 54 mm Rohrgröße wird ein elektrisch angesteuertes Ventil (z.B. Typ „KVS“) in der Saugleitung montiert. Dieses Ventil ist mit einem Schrittmotor ausgestattet und wird mit einem elektronischen Regler (z.B. „EKC 368“) angesteuert. Als Fühler wird ein schnell reagierender Temperatursensor (z.B. „AKS 11“ oder „21“) eingesetzt. Dieser Fühler nimmt den Istwert der Luftausblastemperatur des Verdampfers auf und leitet ihn an den Regler weiter. Der Regler gleicht nun seinen Temperatursollwert mit dem Istwert ab und entscheidet, ob das Schrittmotorventil weiter geöffnet oder geschlossen werden soll.

 

 

Ein komplett geöffnetes Ventil sorgt für maximale Kühlung und somit niedrigste mögliche Ausblastemperatur in der konkreten Lastsituation. Ein fast geschlossenes Ventil steht für eine hohe Ausblastemperatur. Somit wird der Regler den Befehl „Ventil öffnen“ in Situationen, bei denen der Sollwert weit unter dem Istwert liegt, an das Ventil geben. Dies wäre z.B. beim Sollwert 0 °C und Istwert 15 °C der Fall. Schon bei einem Temperaturunterschied von nur 1 K gibt der Regler einen kleinen Öffnungsgrad vor, um einem Überschwingen der Regelung vorzubeugen. Mit einem solchen System sind Temperaturschwankungen von maximal +/- 0,5 K zu erwarten.

 

Verschiedene Einschwingverläufe im Startvorgang

Dem Startvorgang der Regelung ist besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Der Regler „EKC 368“ bietet drei verschiedene Einschwingverläufe zur Auswahl. Die erste Option ist die schnellstmögliche Abkühlung.

 

 

Bei dieser Einstellung wird ein sehr deutliches Unterschwingen in der Ausblastemperatur des Verdampfers in Kauf genommen, um eine schnelle Abkühlung und damit ein schnelleres Erreichen der Sollwerttemperatur zu ermöglichen. Die zweite Option erlaubt nur leichtes Unterschwingen. Die letzte Option ist ein gänzlicher Verzicht auf Ausblaswerte unter dem Sollwert wäh- rend der Startphase.

 

 

 

Dies bietet den Vorteil einer sehr sanften Kühlung unverpackter Ware, bei der jede unnötige Entfeuchtung vermieden wird. Allerdings muss in diesem Fall mehr Zeit bis zum Erreichen des gewünschten Sollwerts veranschlagt werden.

 

Bedienung

Die Bedienung des Reglers erfolgt über zwei Drucktasten. Über diese beiden Tasten, kombiniert mit einem dreistelligen Display, lässt sich der Regler komplett programmieren, wobei alle wichtigen Daten angezeigt werden. Damit kann jeder Monteur an der Anlage in den Regelkreis eingreifen oder sich relevante Daten anzeigen lassen. Im Reglermenü erscheinen nicht nur grundsätzlich einstellbare Werte, sondern es ist außerdem auch möglich, über das Eingreifen in Stabilitäts- und Verstärkungsfaktoren genau Einfluss auf bestimmte Abläufe zu nehmen.

 

Service

Besonders interessant für den Monteur bei Inbetriebnahme oder auch Service an der Anlage ist das Servicemenü der elektronischen Anstauregler. Alle Parameterwerte, die mit „u“ beginnen, zeigen Anlagen-Istwerte an, die für alle Arten von Fehlerdiagnosen bzw. für die Bewertung von Anlagenzuständen wichtig sind. Diese Werte geben Aufschluss über den Anlagenzustand.

 

 

Zum einen sind sie schnell auslesbar und müssen nicht mühsam mit dem Temperaturmessgerät ermittelt werden. Zum anderen sieht man sofort, welche Werte der Regler als gegeben annimmt. So gehört es zur Standardvorgehensweise eines erfahrenen Monteurs, bei elektronischen Systemen vor der eigentlichen Inbetriebnahme zunächst den Regelfühler und ggf. den Abtaufühler zu überprüfen (bei den üblichen Widerstandsfühlern ist dies recht einfach mit einem Ohm-Messgerät möglich. So hat ein „PT1000“-Fühler bei 0 °C einen Widerstand von 1000 Ohm), um langwierigen Fehlersuchen bei falsch durch den Sensor aufgenommenen Istwerten vorzubeugen. Durch einen Blick in das Servicemenü entfällt diese Vorgehensweise, denn hier kann direkt beurteilt werden (im Zweifelsfall selbst mit dem Thermometer nachmessen), ob der Wert realistisch ist oder nicht.

 

Stetige elektronische Ventile

Das „KVS“ ist ein stetiges Ventil, mit dem selbst geringste Schwankungen des Verdampfungsdrucks vermieden werden können. Der „EKC 368“ kann als P-, PI- oder PID-Regler eingesetzt werden. Bei der P-Regelung handelt es sich um eine Standardregelung gemäß der Abweichung (Beispiel: Ist die Luftausblastemperatur zu groß, wird der Öffnungs- grad des Ventils immer mit der gleichen Geschwindigkeit erhöht).

 

 

Bei der PI-Regelung kann die „Nachstellzeit“ (I Anteil) individuell verändert werden, was gleichzeitig zu einer Anpassung der Reaktionsgeschwindigkeit der Regelung führt. Mit anderen Worten: Die Regelung wird nervöser oder träger. Beides kann erforderlich sein. Der „D- Anteil“ bei der PID-Regelung optimiert außerdem die Regeleigenschaften bei plötzlicher Sollwertänderung. Dieser Regelmodus ist besonders dann ratsam, wenn das System mit einer externen Sollwertschiebung – z.B. durch eine übergeordnete Regelung – betrieben wird.

 

Feuchte

Kältefachleute wissen, dass das Thema „Feuchte“ in der Kältetechnik und ganz besonders bei unverpackter Ware, Fleisch, Gemüse und Obst eine wichtige Rolle spielt. Durch die konstant hohe Ausblastemperatur des „EKC-KVS“-Systems lässt sich jede unerwünschte Entfeuchtung vermeiden. Dennoch kann es in Kälteanlagen auch Situationen geben, in denen Entfeuchtung erforderlich ist. Hierfür werden üblicherweise indirekte Maßnahmen eingesetzt wie z. B. die Veränderung der Verdampferlüfterstufen bzw. der Verdampfergeschwindigkeit (d.h. langsamere Ventilatorgeschwindigkeit = tiefere Verdampfungstemperatur = Entfeuchtung und umgekehrt). Mit einem elektronischen Saugdrosselsystem kann dieser Punkt direkt beeinflusst werden: Einfach den Sollwert der Luftausblastemperatur mit einem externen Signal von 0 bis 10 V schieben und schon wird bei hohen Verdampfungstemperaturwerten keine oder kaum Entfeuchtung bzw. bei niedriger Verdampfung hohe Entfeuchtung erzielt. Natürlich gilt auch hier, dass der Taupunkt für eine Entfeuchtung immer unterschritten werden muss. Die Einjustierung eines solchen Systems kann durch die ausgeschiedene Kondensatmenge am Verdampfer stets recht einfach vorgenommen werden. Ein solches System eignet sich neben Gemüse- und Obstlagerung auch für Komfortklima-RLT-Anlagen und Klimaschränke.

 

Abtauung

Der „EKC 368“ bietet auch die Möglichkeit der Abtauregelung durch externe Einleitung über einen Eingangskontakt. Nach Einleitung der Abtauung ist ihr Standardablauf durch entsprechende Einstellung des Reglers festzulegen. Bei Heißgasabtauung schließt das „KVS“-Ventil während des Abtauvorgangs. Nach Ende der Abtauung öffnet das „KVS“-Ventil nicht schlagartig – wie etwa ein Standard-Magnetventil. Das ist besonders hinsichtlich der Entlastung des hohen Drucks (und ggf. der Flüssigkeit) im Verdampfer von Vorteil. Außerdem ist es nicht erforderlich, ein zusätzliches Ventil in die Saugleitung einzubauen, da der „KVS“ auch für diese Absperrfunktion verwendet werden kann.

 

 

Bei elektrischer Abtauung ist der „KVS“ geöffnet. Ein Abtaufühler im Verdampferpaket beendet die Abtauung, sobald die Temperatur des Verdampferpakets die am Fühler eingestellte Temperatur erreicht hat. Als Sicherheit kann im Kühlstellenregler noch eine maximale Abtaudauer eingestellt werden, die die Abtauung im Falle eines defekten Abtaufühlers oder ähnlicher Fehlfunktion beendet. Nach der Abtauung folgt die Abtropfzeit. Nach deren Abschluss wird der Kühlvorgang wieder eingeleitet. Vereinfacht dargestellt dient die Abtropfzeit schlicht dazu, das zu Wasser gewordene Eis am Verdampfer über den Kondensatablauf abzuleiten.

 

Lösung für große Anlagen

Falls größere Anschlussgrößen als 54 mm für die Saugleitung benötigt werden, empfiehlt es sich, eine Lösung mit einem Hauptventil einzusetzen. Dieses System besteht aus einem Hauptventil „ICS“, einem aufgeschraubten Pilotventil „CVQ“ und dem dazugehörigen Regler „EKC 361“ (ohne Abtaufunktionen – die Alternative „EKC 367“ ist mit praktisch den gleichen Abtaufunktionen ausgestattet wie „EKC 368“). Auch hier wird das Hauptventil mit Pilot in die Saugleitung eingebaut. Der Effekt der Regelung und die regelungstechnische Funktionsweise entspricht dem „KVS-EKC 368“-System. Allerdings wird beim „CVQ“ statt eines Schrittmotors eine Druckkartusche (Aktuator) zur Betätigung des Ventils benutzt. In diesem Aktuator sind ein „PTC“-Heizwiderstand und ein „NTC“-Widerstand eingebaut. Der „PTC“ kann vom Regler mit 24 V Wechselstrom angesteuert werden, so dass der Aktuator aufgeheizt wird. Durch diese Aufheizung wird das Ventil geschlossen bzw. geöffnet. Der „NTC“-Widerstand gibt der Regelung eine Rückmeldung über den Öffnungsgrad des Ventils mit dem Umweg über die innere Stellantriebstemperatur. Der Istwert dieser Stellantriebstemperatur sowie der momentane Sollwert können im Reglermenü des „EKC 361“ („367“) ausgelesen werden. Dies ist ein gutes Hilfsmittel bei der Fehlersuche. Liegt der Sollwert (momentane Stellantriebsreferenz) beispielsweise bei 100 °C und der Istwert ebenfalls (Soll- Istwertdeckung), so ist das Regelverhalten auf den ersten Blick in Ordnung. Liegt der momentane Sollwert bei 100 °C und der Istwert liegt bei z.B. 50 °C, ohne weiter zu steigen, dann handelt es sich um einen Fehler im Regler oder im Stellantrieb. In einem solchen Fall sollte geprüft werden, ob der Reglerausgang für den Heiz-„PTC“ korrekt an den „CVQ“ angeschlossen ist und 24V AC ausgibt.

 

Fernservice

Bei diesem Regelsystem besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit des Fernservices. Es ist möglich, den Regler mit einem LON-Modul auszustatten und über eine Mastereinheit die entsprechenden Daten aufzuzeichnen bzw. über eine Modemverbindung ortsungebunden in das Regelsystem einzugreifen. Dies kann über eine spezielle Software (Typ „Danfoss AKM“) erfolgen. Somit ist diese Medientemperaturregelung auf Wunsch in komplexe Danfoss-Regelsystem-Netzwerke integrierbar.

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4-Wege-Umkehrventile

 

Aufbau

Ein 4-Wege-Umkehrventil hat vier Rohranschlüsse. Dabei sind drei dieser Anschlüsse auf der einen und einer auf der gegenüberliegenden Seite platziert. Die drei Kupferrohranschlüsse haben einen größeren Durchmesser als der einzelne auf der Gegenseite. Der mittlere der drei großen Anschlüsse ist permanent auf der Saugseite und der einzelne, kleine Anschluss immer auf der Druckseite. Da die beiden übrigen sowohl auf der Saug- als auch auf der Druckseite sein können – je nachdem wie gerade umgeschaltet wird – sind sie aus Gründen der Berücksichtigung von Druckabfällen in der Dimension des permanenten Saugleitungsanschlusses ausgeführt. Ein 4-Wege-Ventil besitzt zusätzlich ein Pilotmagnetventil mit Spule, mit dem durch Bestromen die Kältemittelfließrichtung geändert werden kann. Dabei sind kleine Pilotleitungen ausgehend vom kleinen Ventilanschluss zum Pilotmagnetventil und wieder abgehend zum mittigen großen Anschluss geführt.

 

Funktion

Für die folgende Beschreibung stellen wir uns vor, dass der kleine (Druck) Anschluss nach oben und die drei übrigen Anschlüsse nach unten zeigen. Dabei sehen wir das kleine Pilotmagnetventil mit seiner Spule. Bei einem Standard-4-Wege-Ventil gibt es nur zwei Schaltpositionen – keine Zwischenstellungen. In Schaltsituation eins liegt keine Spannung an der Spule des Pilotmagnetventils an.

 

3D-Ansicht – Spule bestromt

Funktionsschema – Spule bestromt

 

Das hat zur Folge, dass Heißgas mit hohem Druck von der Pilotleitung des kleinen Anschlusses (permanente Druckseite) von rechts in die Schiebemechanismuskammer eingeleitet wird. Gleichzeitig kann der Druck auf der linken Seite der Schieberkammer über den permanenten Sauganschluss durch Abströmung auf die Niederdruckseite entlastet werden. Damit schiebt sich der Schieber nach links und öffnet die Hauptpfade oben nach rechts unten und links außen zur Mitte. In Schaltsituation zwei findet das Heißgas von oben nach links seinen Weg, wobei gleichzeitig Sauggas von rechts zur Mitte nach unten strömen kann.

 

3D-Ansicht – Spule stromlos

Funktionsschema – Spule stromlos

 

Dies wird erreicht, indem die Spule des Pilotmagnetventils mittels Versorgungsspannung erregt wird, und Hochdruck von links in die Schieberkammer einleitet. Der Druck auf der rechten Seite kann so auf den mittleren, unteren Hauptanschluss entlastet werden, was zur Schieberbewegung nach rechts führt.

 

Druckabfälle und Dimensionierung

Druckabfälle sind grundsätzlich für Ventildimensionierungen wichtig. Dabei wir- ken sich zu große Druckabfälle in der Regel schlecht auf die Energieeffizienz der Kälte- anlage aus, während zu kleine Druckabfälle beispielsweise das stabile Betriebsverhalten eines Servomagnetventils stören können. Bei 4-Wege-Ventilen sind beide Punkte als we- niger kritisch anzusehen. Minimale Druckab- fälle auf der Druck- oder Saugseite sind für 4-Wege-Umkehrventile kein Problem, da der Schiebermechanismus, der für die Umschaltung des Ventils zuständig ist, vom Differenz- druck zwischen Hoch- und Niederdruckseite der Kälteanlage betätigt wird. Dies bietet sich an, da an dieser Art von Ventilen Hoch- und Niederdruck direkt anstehen, was bei an- deren Ventilen in einer klassischen Trocken- expansions-Kälteanlage in der Regel nicht der Fall ist. Damit ist es für die Funktionssi- cherheit des Ventils nicht ausschlaggebend, welcher Druckabfall sich tatsächlich z.B. auf der Saugseite zwischen Kältemitteleintritt und -austritt ergibt. Auch das Thema „zu hohe Druckabfälle“ ist bei „Saginomiya“-4- Wege-Ventilen von Danfoss kaum ein Thema, wenn als primäres Auslegungskriterium die Dimension der Saugleitung zugrunde gelegt wird. Wenn das 4-Wegeventil nach dieser Rohrgröße auswählt wird, dann erhält man in den allermeisten Fällen ein Ventil mit sehr moderaten Druckabfällen. Natürlich ist es sicherer, die entsprechenden Leistungstafeln zu konsultieren, um zu überprüfen, ob das Ventil ausreichend groß gewählt wurde. Aber in den meisten Fällen ist diese Überprüfung nicht wirklich notwendig.

 

Anordnung

Ein solches Ventil wird so- wohl in die Heißgas-, als auch in die Sauglei- tung einer Kälteanlage eingebunden. Dabei sind die beiden Permanentleitungen – das heißt die Rohrleitung, die unabhängig von der Schaltung des Ventils stets die Heißgasleitung ist, und die Rohrleitung, die stets Saugleitung ist – für die Montage besonders leicht zu- zuordnen. Die vom Verdichter kommende Heißgasleitung wird zum kleinen Anschluss des 4-Wege-Ventils geführt. Die zum Ver- dichter führende Saugleitung wird auf den mittleren der großen Anschlüsse gelegt. Diese beiden Leitungen zwischen Ventil und Ver- dichter ändern ihre Funktion nicht. In diesem Zusammenhang sollte unbedingt beachtet werden, dass der externe Druckausgleich eines Expansionsventils immer an die perma- nente Saugleitung, das heißt an die Leitung, die vom mittleren großen Anschluss des 4- Wege-Ventils abgeht, angeschlossen werden muss. Sollte dies nicht beherzigt werden, wird dieser äußere Druckausgleich mit einem viel zu hohen Druck beaufschlagt, der zunächst keine Funktion des Expansionsventils zulässt (Ventil wird mit aller Macht geschlossen) und eventuell sogar bleibende Schäden im Expan- sionsventil hervorrufen kann. Bleiben noch die beiden äußeren großen Anschlüsse übrig. Diese können nun zeitweilig auf der Hoch- oder der Niederdruckseite sein.

 

Montage

Bei der Montage des Ventils ist beim Standard-Einlötvorgang (Kupfer/Kup- fer-Lötstelle, hartlötbar mit z.B. „Silfos 15“) folgendes zu beachten: Echte Kupferstutzen, wie sie in der Regel bei dieser Art von Ven- tilen aufzufinden sind, sind sehr gut mit Kup- ferleitungen verlötbar. Durch die hervorra- genden Wärmeleiteigenschaften von Kupfer und dem passgenauen Schiebermechanismus ist es außerordentlich wichtig, den Hitzeein- trag am Ventil beim Lötvorgang so weit wie möglich einzuschränken. Zu diesem Zweck sollte unbedingt ein kühlender nasser Lappen beim Einlötvorgang um das Ventil gewickelt werden. Ist diese Hürde gemeistert, so ist das 4-Wege-Ventil eine Komponente, die während der gesamten Lebensdauer einer Kälteanlage zuverlässig funktioniert.

 

Anwendung

4-Wege-Ventile werden zur Kreisumkehr von „Eins-zu-Eins“-Kälte- anlagen verwendet. Mit dieser Umkehrung wird der Verdampfer zum Verflüssiger und der Verflüssiger zum Verdampfer. Diese Schal- tung wird beispielsweise oft bei Klimasplit- geräten verwendet, die im Sommer kühlen und in der Übergangszeit heizen sollen. Im Heizfall werden diese Geräte dann zu Luft- Luft-Wärmepumpen. Ein weiterer Anwendungsfall kann der Wunsch nach effizienter Abtauung sein. Bei der Kreisumkehr von „Eins-zu-Eins“-Sys- temen kann der Verdampfer, der nun zum Verflüssiger geworden ist, von innen her abgetaut werden. Das bedeutet, dass die Wärme nicht durch Elektroheizungen im Verdampferpaket zum Eis im Verdampfer gebracht werden muss, sondern dass Heiß- gas direkt durch das Rohrsystem geschickt wird, an dem sich zuvor Eis angesetzt hat. Dies führt zu exzellenten Abtauergebnissen und ist in Punkto Abtauzeit, Energetik und gezieltem Wärmeeintrag kaum zu schlagen.

 

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Verdichter für Gleichstrom

 

Komfort wird in der heutigen Zeit immer wichtiger – auch in der Kältetechnik. Dies gilt besonders für den Bereich mobiler Kältetechnik von mobilen Kühlboxen mit Verdichtertechnik bis hin zu Fahrzeugkabinenkühlung von LKWs. Aus diesem Grund beschäftigen wir uns heute mit Verdichtern für Gleichstrom und mobilen Einsatz.

 

Verdichter mit EC-Motor

Es gibt zwei Hauptpunkte, die für Verdichter in mobilen Anwendungen besonders wichtig sind: Zum einen die mechanische Eignung für den Einsatz in nicht stationären Anwendungen wie z.B. Wohnmobilen, LKWs, Booten und Kühlboxen. Da die mechanischen Beanspruchungen eines Verdichters - beispielsweise in einem LKW - ungleich höher sind als im stationären Betrieb, müssen die Verdichter hierfür (Typen „BD“ = battery driven = batteriebetrieben) ausgelegt sein. So sind bei BD Verdichtern die interne Aufhängung und diverse Innenteile mechanisch verstärkt, so dass sie beständig sind gegenüber wechselnden Fliehkräften, Straßenunebenheiten etc. Zu anderen spielt die Versorgung mit Gleichstrom eine entscheidende Rolle. In den meisten mobilen Anwendungen arbeitet die Bordelektrik auf Gleichstrombasis. In normalen PKWs – inklusive Luxuslimousinen mit einem BD-Verdichter im Champagnerkühler – handelt es sich dabei in der Regel um 12 V d.c. (direct current = Gleichstrom), in LKWs dagegen ist der Standard 24 V Gleichstrom.

 

 

Verschiedene Drehzahlen

Aufgrund dieser Tatsache unterscheidet sich die Elektronik von BD-Verdichtern erheblich von Anlaßvorrichtungen für stationäre Verdichter, die für Wechselstrom konzipiert sind. Bei Verdichter für Gleichstrom ist die Stromrichtung der Versorgungsspannung – im Gegensatz zu Wechselstrom - immer gleich und ändert sich auch nicht. Daher muss elektronisch ein Drehfeld generiert werden. Mit anderen Worten: ein BD-Verdichter benötigt grundsätzlich eine Elektronik für den Betrieb, so dass es sich anbietet, diese mit zusätzlichen Features auszustatten. Dazu zählt die Möglichkeit, den Verdichter auch mit anderen Drehzahlen betreiben zu können.

Die Standarddrehzahl eines BD-Verdichters ist 2000 Umdrehungen pro Minute (ein Wechselstromverdichter dreht mit einem Polpaar und 50 Hz ca. 2900 U/min). Die Drehzahl kann aber bei den meisten BD-Verdichtern problemlos auf bis zu 3500 (bei manchen Typen sogar bis 4500 U/min) erhöht werden. Zu diesem Zweck schaltet man einen Widerstand zwischen die Anschlüsse „C“ und „T“ der Elektronik.

Je nach Widerstandswert kann damit die gewünschte Drehzahl definiert werden. Als Widerstand kann einfach ein Standardwiderstand ausgewählt werden, der in etwa die Größe des Tabellen-Widerstandswertes in der BD-Broschüre aufweist. Daß der Verdichter dann z.B. anstelle von 2500 mit 2511 Umdrehungen pro Minute läuft, ist für die Praxis nicht relevant. Mit steigender Verdichterdrehzahl steigt auch die Kälteleistung, da der Verdichter dadurch mehr Volumen durchsetzt – bzw. der Volumenstrom höher wird.

Durch diese Tatsache ist es unter Umständen möglich, einen kleineren BD – Typ als Service- Ersatz für einen etwas größeren Verdichter einzusetzen, indem die Drehzahl etwas angehoben wird. So kann der 2 cm3 Verdichter BD 35F mit einer Drehzahl von gut 2500 U/min als Ersatz für einen BD 50F mit 2,5 cm3 bei 2000 U/min eingesetzt werden.

R in Ω Motordrehzahl in U/min Steuerstrom in mA 0 2.000 5 277 2.500 4 692 3.000 3 1523 3.500 2

 

 

Batterieschutzabschaltung

In stationären Kältesystemen, die an der Steckdose betrieben werden, ist eine Unterspannungsschutzabschaltung nicht üblich und wäre auch nur in Ausnahmefällen sinnvoll. Ganz anders stellt sich die Situation bei d.c.-Verdichtern dar. Es wäre äußerst ärgerlich, wenn ein PKW der Luxusklasse aufgrund leerer Batterie nicht mehr starten könnte, nur weil der BD-Verdichter für das Kühlfach in der Rücksitzbank diese vollständig leergezogen hat. Um dies zu verhindern, ist die Standard BD-Elektronik mit einer Batterieschutzabschaltfunktion ausgestattet.

Diese liegt als „Werkseinstellung“ bei 9,6 V als Ausschalt- und 10,6 V als Wiedereinschaltwert bei Bordspannungen von 12 V. Da diese Werte schon recht niedrig liegen, können sie mit Widerständen – ähnlich der Verfahrensweise bei der Drehzahlvorwahl – geändert werden. Der Pfad des Schutzabschaltwiderstandes liegt zwischen „C“ („common“ = gemeinsam) und „P“ („protection“ = Schutz). Damit sind auch höhere Abschaltwerte realisierbar, d.h., die Batterie darf weniger stark entladen werden. Bei Sonderelektroniken wie beispielsweise für den Solareinsatz, ist diese Funktion meist entfernt, da ein Photovoltaik-Panel unterschiedliche Spannungen inklusive Unterspannungen liefert, ohne daß hier „Gefahr im Verzug“ ist.

Widerstand kΩ 12V Abschaltung V 12V Einschaltung V 12V Maximalspannung 24V Abschaltung V 24V Einschaltung V 24V Maximalspannung 0 9,6 10,9 17,0 21,3 22,7 31,5 1,6 9,7 11,0 17,0 21,5 22,9 31,5 2,4 9,9 11,1 17,0 21,8 23,2 31,5 3,6 10,0 11,3 17,0 22,0 23,4 31,5 4,7 10,1 11,4 17,0 22,3 23,7 31,5 6,2 10,2 11,5 17,0 22,5 23,9 31,5 8,2 10,4 11,7 17,0 22,8 24,2 31,5 11 10,5 11,8 17,0 23 24,5 31,5 14 10,6 11,9 17,0 23,3 24,7 31,5 18 10,8 12,0 17,0 23,6 25,0 31,5 24 10,9 12,2 17,0 23,8 25,2 31,5 33 11,0 12,3 17,0 24,1 25,5 31,5 47 11,1 12,4 17,0 24,3 25,7 31,5 82 11,3 12,5 17,0 24,6 26,0 31,5

 

 

Thermostat

Der Kühlbefehl kann bei Gleichstromverdichtern direkt an die Elektronik angeschlossen werden. Zu diesem Zweck ist ein potentialfreier Kontakt zwischen die Kontakte „C“ und „T“ (Thermostat) zu schalten. Hier ist ein einfaches Thermostat (Kühlschrankthermotat oder KP-Thermostat) vorzusehen. Sobald der Verdichter eingeschaltet werden soll, schaltet der Thermostat durch. Ist die gewünschte Temperatur z.B. in der Kühlbox erreicht, so öffnet der Kontakt des Thermostaten und der Verdichter stoppt. Besondere Anforderungen hinsichtlich Kontaktbelastung gibt es für diese Thermostate nicht, da sie nicht in den Laststromkreis eingebunden sind. Allgemein sind die Amperewerte in einem Auto / LKW aber immer recht hoch, da mit viel kleinerer Spannung als im stationären Bereich gearbeitet wird und damit der Strom entsprechend höher sein muß, um die gleiche Leistungsaufnahme zu erzielen.

 

 

Diagnosefunktion

Um den Service und die Inbetriebnahme zu erleichtern, ist eine Diagnosefunktion in die Verdichterelektronik integriert. Diese Funktion unterscheidet zwischen 5 verschiedenen Fehlerdiagnosen: „Batterieschutzabschaltung“, „Lüfterüberstrom“, „Anlauf mit Gegendruck“, „Mindestdrehzahl“ und „Elektronik Übertemperatur“. „Batterieschutzabschaltung“ bedeutet, daß die Batterieschutzspannung unterschritten ist – bzw. die Wiedereinschaltspannung des Batterieschutzes noch nicht erreicht ist. Damit darf der Verdichter nicht gestartet werden, damit die geschwächte Batterie nicht mehr weiter entladen wird. „Lüfterüberstrom“ bedeutet, daß der Lüfter, der an den Klemmen „+“ und „F“ angeschlossen ist, zu viel Strom zieht (mehr als 1 A). Als Lüfter ist immer ein 12 V Gerät auszuwählen – egal ob der BD-Verdichter an einem 12 oder 24V Bordnetz betrieben wird. Bei „Anlauf mit Gegendruck“ sagt uns die Diagnosefunktion, daß ein Gegendruck im Kältesystem von mehr als 5 bar Differenz zwischen Saug- und Druckseite einen Start des Verdichters unterbindet. Ideal für den Anlauf eines Gleichstromverdichters ist ein vollständiger Druckausgleich im System, aber auch kleine Druckunterschiede können im Anlauf überwunden werden. Im Extremfall kann dieser Fehlercode aber auch bedeuten, daß es einen mechanischen Defekt im Verdichter gibt, der einen Start verhindert (z.B. Fressungen in der Kurbelwellenlagerung). Hierbei wird dieser Fehlercode auch ohne einen meßbaren Differenzdruck vor und nach dem Verdichter auftreten. Ein weiterer Fehlercode ist „Unterschreitung Mindestdrehzahl“. Dieser Code wird ausgegeben, wenn eine zu hohe Last (z.B. zu hohes Druckniveau auf der Druckseite) auf den Verdichter einwirkt und die Drehzahl auf unter 1850 U/min drückt. Die letzte Möglichkeit der Fehlerdiagnosen ist „Elektronik Übertemperatur“. Besonders bei mobilen Anwendungen in sehr kleinen Abteilen oder im Sommer im Motorraum kann es zu hohen Temperaturen in der Elektronikeinheit kommen. Als Schutz für diese Einheit kann bei besonders hoher thermischer Beanspruchung eine Abschaltung nötig sein. Diese 5 Diagnosen werden als Intervallsignal ausgegeben. Sollte eine LED an der BD-Elektronik angeschlossen sein, dann ist der Fehlercode direkt über das Blinksignal ablesbar. Fehlercode 3 (Anlauf mit Gegendruck) wird durch dreimaliges Blinken, anschließende Pause, erneutes dreimaliges Blinken usw. angezeigt. Ist keine LED angeschlossen, so können zwischen den Kontakten „+“ und „D“ (Diode) die Intervallimpulse mit einem Multifunktionsmeßgerät (Stellung >24 V d.c.) herausgemessen werden. Dann wäre z.B. zweimal kurzer Impuls – Pause – zweimal kurz – Pause usw. der Fehlercode 2, also „Lüfterüberstrom“..

Anzahl Leuchtimpulse Fehlertyp 5 Übertemperatur der Elektronikeinheit (Bei zu starker Belastung des Kühlsystems oder zu hoher Umgebungstemperatur wird die Elektronik zu heiß) 4 Zu niedrige Drehzahl (Bei zu stark belastetem Kühlsystem läßt sich die Mindestdrehzahl des Motors von 1.850 U/min nicht aufrecht erhalten) 3 Motor läuft nicht an (Der Rotor sitzt fest oder der Differenzdruck im Kühlsystem ist zu hoch (>5 bar)) 2 Lüfter-Überstrom (Der Lüfter belastet die Elektronikeinheit mit mehr als 1 Ampare) 1 Versorgungsspannung (Die Versorgungsspannung lag außerhalb des eingestellten Bereichs).

 

 

Verdichterkühlung und Montage

BD-Verdichter sind grundsätzlich Einzylindermaschinen mit vertikal angeordneter Kurbelwelle. Sie werden normalerweise schon mit ausreichender Ölfüllmenge ausgeliefert, so daß ein Ölzusatz im Regelfall nicht notwendig ist. Die Verdichter besitzen aufgrund der zusätzlichen Wärmeabstrahlung eine Ölschleuderkühlung. Bei den kleinen Leistungsgrößen reicht hier meist die statische Kühlung durch die Umgebungsluft aus, bei den größeren Verdichtern bzw. hohen Verdampfungstemperaturen ist eine Kühlung durch Zwangsbelüftung notwendig. Aus diesem Grund sollten diese Verdichter nicht mit einer Schalldämmhaube ausgerüstet werden. Ein Blick in das jeweilige Datenblatt gibt Aufschluss darüber, ob statische Kühlung („S“) ausreicht oder doch auf („F“ fan = Lüfter) Zwangsbelüftung zurückgegriffen werden muss. Die Lötanschlüsse dieser Verdichter sind mit Capsoluten verschlossen, um unnötigen Fremdpartikel- oder Feuchtigkeitseintrag in den Verdichter zu vermeiden. Zur Entfernung dieser Capsolute gibt es spezielle Capsolutheber, mit denen alle Verschlüsse geöffnet werden sollten. D. h., selbst wenn der Prozessstutzen nicht benötigt wird, muss dieser unbedingt vom Capsoluten befreit und zugelötet werden.

Die Montage der Verdichter erfolgt auf Gummipuffern. Diese Montagegummis sollten immer verwendet werden, da die Pufferung zusammen mit den internen Aufhängefedern des inneren Verdichterblocks die Kräfte beim Start und Stop des Verdichters, Fliehkräfte und Erschütterungen auffängt.

 

 

Vergleich der Technologien

Als Alternative zu Kompressionskältesystemen für den mobilen Gleichstrombetrieb sind hauptsächlich zwei weitere Technologien verbreitet: Kühlung mittels Peltier-Element und Absorptionskühlschränke. Peltierelemente sind preislich attraktiv, bieten aber verglichen mit BD-Verdichtersystemen nur sehr geringe Kälteleistungen. Sie werden gerne in einfache und kleinere Kühlboxen für den Privatbereich verbaut. Auch ist ihr Einsatz hinsichtlich maximaler Differenztemperatur begrenzt. So ist eine Verdampfungstemperatur im Minusbereich bei 30°C Außentemperatur mit einem Peltierelement nicht machbar – mit BD-Technik allerdings schon. Energetisch gesehen ist die Verdichtertechnik im Gleichstrombereich – nicht zuletzt aufgrund de EC-Motor-Technologie - deutlich effizienter. Als Faustregel ist hier nur etwa 1/3 des Stromverbrauchs anzunehmen, den ein entsprechendes Peltierelement verbrauchen würde. Energetisch gesehen liegt der Absorptionskühlschrank auf ähnlichem Niveau wie das Peltierelement. Auch er verbraucht dreimal mehr Strom als Verdichterkühlung. Absorptionskühlschränke gibt es als Minibars in Hotels und – als mobile Anwendung – häufig in Wohnmobilen. Die Absorptionskühlschränke in Campern werden in der Regel mittels Wärmequelle (meist Propanbrenner) betrieben.

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Stufenlose Verdichterleistungsregelung

Die stufenlose Drehzahlregelung über eine Kombination von Verdichter und Frequenzumrichter liegt im Trend. Um dabei ein effizientes System zu erhalten, hat sich gezeigt, dass der Verdichter speziell auf Drehzahlregelung abgestimmt sein muss. Das ist nicht weiter verwunderlich, stellen sich doch besondere Herausforderungen hinsichtlich Ölmanagement, elektrischen und mechanischen Beanspruchungen. Aber auch der Frequenzumrichter sollte auf den Kältemittelverdichter abgestimmt sein. So ist zum Beispiel der Startvorgang eines Verdichters unter Gegendruck eine schwierige Aufgabe für einen Standard-Frequenzumrichter, da hierbei sofort das volle Motormoment gebraucht wird. Diese Anforderung unterscheidet sich von Standard-Applikationen von Frequenzumrichtern wie beispielsweise Pumpen- oder Lüfterdrehzahlregelung.

 

 

Optimal teillastfähig

Normalerweise werden Verdichter in der Kältetechnik ausschließlich für maximale Systemlast ausgelegt. Tatsächlich laufen die Systeme aber während 65 % ihrer Betriebszeit bei Teillast, so dass der Verdichter über lange Zeiträume überdimensioniert ist. Konventionelle Regelungen, die diesen Überschuss der Verdichterleistung ausgleichen, sind Ein- Aus- Regelung, druckgesteuerte Leistungsregler oder Heißgasbypass-Regler. Im Vergleich zu diesen Methoden bietet ein Verdichter-Frequenzumrichterpaket eine überlegene Regelgüte und ist die energieeffizientere Lösung. Die Kälteleistung eines herkömmlichen hermetischen Hubkolbenverdichters ist konstant, Motor und Kurbelwelle drehen mit 2900 Umdrehungen in der Minute (50 Hz, ein Polpaar). Bei einem „VTZ Compressor Drive“ hingegen kann die Drehzahl in einem Frequenzband von 30 bis 90 Hz variiert werden. Abhängig von der notwendigen Kühllast ergibt sich somit eine Motordrehzahl zwischen 1800 und 5400 U/min. Daher ist der Verdichter in Hinsicht auf den Kühlbedarf immer richtig dimensioniert. Damit bietet der „VTZ“ die gleiche minimale Teillast wie ein 3er-Verdichterverbund. Die Regelabstufung ist aber nicht 33, 66 und 100 %, sondern stufenlos.

 

 

 

Reduzierte Anlaufströme

bauten Softstarter ausgestattet, der die Stromspitze während des Verdichterstarts im Vergleich zum Direktstart erheblich reduziert. Der Frequenzumrichter beginnt beim Verdichterstart mit einer sehr niedrigen Frequenz und passt diese der tatsächlichen Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors an. Bei einem Direktstart eines Verdichters hingegen werden direkt 50 Hz angelegt, auch wenn der Rotor noch überhaupt nicht in Bewegung gekommen ist. Das führt zu Anlaufstromspitzen, die im Frequenzumrichterbetrieb in dieser Form nicht auftreten. Für die Überwachung der Betriebsströme und der symmetrischen Stromaufnahme ist kein extra Motorschutzschalter erforderlich. Auch diese Überwachungsfunktion wird vom Frequenzumrichter „Typ CD“ (Compressor Drive) übernommen. Auch ein Lastschütz für den Verdichter ist aufgrund des „CD“ überflüssig.

 

 

Spezieller Frequenzumrichter und Verdichter

Die Regelung eines Ein- oder Zweizylinderverdichters ist nicht für jeden Frequenzumrichter realisierbar, treten doch bei einer 360 °-Drehung der Kurbelwelle unterschiedliche Momente auf. Dieses Phänomen zeigt sich nur bei Verdichterregelung, nicht z.B. bei Pumpen- oder Lüfterdrehzahlregelung und kann deshalb zu Betriebsstörungen eines ungeeigneten Frequenzumrichters führen. Daneben könnte eine falsche Parametrierung der Hochfahrrampe zur Betriebsfrequenz schon nach kürzester Zeit einen Verdichterausfall zur Folge haben. Speziell zu lang eingestellte Rampen können für den Schmierungsaufbau des Verdichters verheerende Folgen mit sich bringen. Die korrekte Rampe liegt etwa bei 0,6 Sekunden. Um den Inbetriebnahmemonteur nicht mit diesen Details zu belasten, ist der Frequenzumrichter „CD“ sowohl auf den Betrieb mit Ein- und Zweizylinderverdichter, als auch auf die korrekte Hochfahrrampe vorjustiert. So kann die „VTZ“-Größe direkt über das Einstellmenü des „CD“ ausgewählt werden. Damit weiß der Umrichter automatisch, wie viele Zylinder der Verdichter hat, und er kennt außerdem die korrekte Rampe. So bietet das „VTZ-CD“-Paket einen speziell für die Drehzahlregelung konzipierten Verdichter „VTZ“, der mit dem kältetechnisch optimierten Frequenzumrichter „CD“ optimal harmoniert.

 

 

Verkabelung

Bei Einsatz eines Frequenzumrichters ist besonders hinsichtlich Kabelverlegung und Abschirmung einiges zu beachten.

 

Das Motorkabel (vom Umrichter zum Verdichter) muss immer getrennt von Steuer- und Busleitungen und sogar vom Netzkabel verlegt werden. Außerdem sollte besonders das Motorkabel so kurz wie möglich gehalten werden. Wird dies nicht beachtet, kommt es schnell zu EMV-Problemen, die sich z.B. in der Beeinfl ussung von Regelelektronik und Busleitungen äußern. Als Motorkabel muss eine geschirmte Mantelleitung verwendet werden, deren Schirm beidseitig – also sowohl am Frequenzum- richter, als auch am Verdichter – aufzulegen ist. Konkret sollte die Mantelleitung rundum abisoliert und eine Metallschelle zur Abschirmung eingesetzt werden. Das Motorkabel ist in einem Mindestabstand von 200 mm zu Steuer- bzw. Busleitungen und zum Netzkabel zu verlegen. Auch das Netzkabel darf nicht direkt zusammen mit den Nicht-Lastkabeln verlegt werden. Besondere Vorsicht gilt auch dem Motorkabel, falls dies spannungslos gemacht werden soll. Aufgrund der Tatsache, dass die Leistungselektronik eines Frequenzumrichters Kondensatoren großer Leistung enthält, können trotz Netzabschaltung auch noch gewisse Zeit nach der Abschaltung gefährliche Spannungen am Motorkabel auftreten.

 

 

Regelung mittels Druckaufnehmer

Zusammen mit einem Druckmess- aufnehmer arbeitet das Paket ähnlich wie ein Verbundregler.

 

Der Frequenzumrichter erhält einen Druck-Sollwert, den er konstant zu halten versucht. Steigt der Druckwert an, so wird die Verdichterdrehzahl erhöht. Fällt der Druck-Istwert, so wird die Dreh- zahl zurückgenommen. Mit dieser Regelung kann ein sehr konstanter Saugdruck erreicht werden. Es können Druckaufnehmer mit Standardsignalen von 4 bis 20 mA (Strom- signal) oder auch 0 bis 10 V (Spannungssignal) eingesetzt werden sowie Sondervarianten mit Spannungssignal von 1 bis 5 V. Zur Um- stellung eines werkseitig voreingestellten Druckmessaufnehmers mit Spannungssig- nal auf Stromsignal ist ein DIP-Schalter am Frequenzumrichter vorhanden.

 

 

 

Sollwert von einer externen Regelung

Sollte ein Sollwert für die Drehzahl des Verdichters bereits über eine externe Regelung geliefert werden, so kann der „CD“ auch damit betrieben werden. Bei dieser Variante fällt der Druckmessumformer weg. An seine Stelle tritt das Eingangssignal der externen Regelung. Es kann auch hier mit einem Standard-Spannungsignal 0 bis 10 V oder einem 4 bis 20 mA-Stromsignal gearbeitet werden. Diese Regelung kann eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder ein Verbundregler mit Ausgang für einen drehzahlgeregelten Verdichter sein. Ansteuerungstechnisch kann der Betrieb mit einem Verbundregler sehr elegante Regelungsergebnisse bringen. Beispielsweise würde ein 3er-Verbund mit zwei Direktstart - Verdichtern und einem „VTZ-CD“ zunächst mit dem „VTZ“ bei kleiner Leistung starten. Bei voller Drehzahl des „VTZ“ schaltet der Verbundregler dann einen weiteren Verdichter zu und fährt den „VTZ“ wieder auf Minimaldrehzahl 30 Hz zurück. Bei weiterhin steigendem Saugdruck fährt der „VTZ“ wieder mit der Drehzahl hoch bis schließlich der letzte Verdichter zugeschaltet wird und der „VTZ“ wieder zurückfährt. Diese Variante bringt ein ähnlich stabiles Saugdruckergebnis wie ein großer drehzahlgeregelter Verdichter im Alleinbetrieb. Bei einer Verbundschaltung von einem drehzahlgeregelten Verdichter mit Direktstart - Verdichtern ist auf das Ölmanagement zu achten. Dabei sollten insgesamt nicht mehr als drei Verdichter parallel geschaltet sein. Auch sind Ölspiegelregulatoren bei einer solchen Verbundkonfinguration unerlässlich.

 

 

 

Inbetriebnahme

Die Inbetriebnahme eines „VTZ-CD“-Paketes nimmt nicht viel Zeit in Anspruch. Die Paketlösung ist bereits soweit werksseitig voreingestellt, dass die Anlage mit nur wenigen Einstellungen in Betrieb genommen werden kann. Heikle Einstellungen, wie beispielsweise die Startrampe oder wichtige Motorcharakteristiken, sind nicht ohne weiteres änderbar und schon zu 100 % unter der entsprechenden „VTZ“- Größe im Frequenzumrichter hinterlegt.

S

 

Zur Anpassung von Einstellparametern dient eine Bedieneinheit mit graphischem Display, das sich normalerweise an der Frontseite des Umrichters befi ndet und bei Bedarf abgenommen werden kann. Mit dem Bediendisplay sind auch Einstellungen eines „CD“ kollektiv speicher- und auf einen anderen „CD“ übertragbar.

 

 

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Aufbau – druckgeführte Wasser- ventile

Wasserventile – druck- und temperaturgesteuert

Kühlwasserregler haben zwei Anschlüsse für den Wasserkreislauf und einen für den Kältekreis. Die beiden Wasseranschlüsse – zumindest die der kleineren Geräte bis 1 ½“ Rohranschluss – sind als G-Zoll-Innengewinde ausgeführt, wie dies in der Wassertechnik seit langem Standard ist. Bei Anschlussgrößen von 2, 3 oder 4 Zoll sind Flanschanschlüsse Standard, die rohrseitig stumpf angeschweißt werden. Der Anschluss für die Hochdruckseite der Kälteanlage ist als 7/16 UNF-Bördelnippel ausgeführt. Dieser kann via 6 mm Kupferrohr oder über ein vorkonfektioniertes Kapillarrohr mit entsprechenden Überwurfmuttern mit der Kälteanlage verbunden werden. Beim Typ „WVFX“ bis Größe 25 befindet sich zur Justierung des Verflüssigungsdruck-Soll- wertes ein grauer Einstellknopf gegenüber der Kältemittelseite. Wird dieser Knopf in Richtung „+“ (gegen den Uhrzeigersinn) gedreht, so erhöht sich der Sollwert und somit der angestrebte Verflüssigungsdruck (bzw. die Verflüssigungstemperatur, denn im Nassdampfbereich des Verflüssigers verhalten sich Druck und Temperatur konstant zueinander). Soll also beispielsweise die Verflüssigungstemperatur mit dem Kältemittel R404A von 35 auf 40 °C angehoben werden, so ist der Einstellknopf in „+“ Richtung, also gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Im Gegensatz dazu bewirkt ein Drehen in „-“ Richtung eine Absenkung des Verflüssigungsdruckes bzw. der -temperatur.

 

Aufbau – temperaturgeführte Wasserventile

Wirkung und Einstellung sind bei temperaturgeführten Wasserventilen exakt gleich wie bei ihren druckgeführ- ten Verwandten. Der Unterschied besteht in erster Linie darin, dass nun tatsächlich eine Temperatur als Istwert aufgenommen wird. Zu diesem Zweck gibt es an temperaturgeführten Kühlwasserreglern (z.B. Typ „AVTA“) einen Fernfühler, der die aktuelle Temperatur misst. Das heißt, auch bei einem „ATVA“-Ventil muss in „+“ Richtung (gegen den Uhrzeigersinn) gedreht werden, um den Sollwert beispielsweise von 35 auf 40 °C zu erhöhen.

Einstellung „WVFX“ – „AVTA“

 

Fühlerplatzierung

Bei einem temperaturgeführten Gerät den Verflüssigungsdruck zu messen, ist nicht ganz einfach. Während bei der Druckversion „WVFX“ die Abgangsstelle der Steuerleitung für den Kältemittelanschluss an beliebiger Stelle auf der Druckseite der Kälteanlage (Heißgas- oder Flüssigkeitsseite) gewählt werden kann, ist dies bei der Temperaturversion „ATVA“ nicht möglich. So entspricht der gemessene Wert beim Anlegen des Fernfühlers an der Heißgasleitung nicht der Verflüssigungstemperatur, sondern ist wesentlich höher. Das liegt daran, dass das Kältemittel hier bereits vollständig gasförmig und überhitzt ist. Diese Stelle eignet sich damit nicht für die Anbringung des „AVTA“-Fühlers. Ähnlich verhält es sich mit der Flüssigkeitsleitung, da das flüssige Kältemittel dort bereits unterkühlt ist. Damit ist die tatsächliche Temperatur niedriger als der Wert, der am Hochdruckmanometer als Druck-Temperaturentsprechung abgelesen werden kann. Besser geeignet ist der Verflüssigerausgang, allerdings sollte der Fühler noch vor dem Sammler angebracht werden. Abgesehen von der beschriebenen Problematik muss auch ein guter Wärmeübergang von der Kälterohrleitung zum Fühler gegeben sein. Auf diesen Punkt sollte besonders dann geachtet werden, wenn der Fühler an einem Edelstahlrohr montiert wird. Edelstahl ist ein schlechter Wärmeleiter. Daher ist es möglich, dass die aktuelle Temperatur etwas zeitverzögert an den Fühler und den „AVTA“- Kühlwasserregler weitergeleitet wird. Dies führt zu einer trägeren Regelcharakteristik und damit häufig zu Schwankungen im Verflüssigungsdruck. Die Anbringung des Fühlers an die Kühlwasserleitung selbst empfiehlt sich normalerweise nicht, denn im Allgemeinen sollte der Fühler immer das zu kühlende Medium fühlen. Sollte ein „AVTA“ tatsächlich zur Konstanthaltung der Kühlwassertemperatur verwendet werden, dann ist folgendes unbedingt zu beachten: Um nach dem Schließen des Ventils eine Wiederöffnung zu ermöglichen, sollte ein Bypass über den Kühlwasserreg- ler installiert werden. Ansonsten besteht die Gefahr, dass der temperaturgeführte Kühlwasserregler nicht mehr öffnet, da die Temperatur an der Fühlerstelle niedrig ist (kein Öffnungsbedarf) und auch kein warmes Wasser mehr nach fließen kann.

„AVTA“ - temperaturgeführter Kühlwasserregler

 

Temperaturbereich

Ebenfalls entscheidend für die richtige Wahl eines temperaturgeführten Kühlwasserreglers ist der Regelbereich. Es gibt „AVTA“- und „WVTS“-Geräte mit einem Regelbereich von 0 bis 30 °C, 25 bis 65 °C und 50 bis 90 °C. Bei „AVTA“ gibt es noch einen Sonderbereich mit 10 bis 80 °C. Damit empfehlen sich für Standardkälteanlagen mit Verflüssigungstemperaturen zwischen 30 und 55 °C die „AVTA“- / „WVTS“-Versionen für Bereiche von 25 bis 65 °C. Auch 10 bis 80 °C ist theoretisch denkbar, da hier der Normalverflüssigungsbereich ebenfalls abgedeckt wird. In der Praxis ist in diesem Fall allerdings der 25/65-Variante der Vorzug zu geben, da dieser Regler aufgrund seines kleineren Temperaturbereiches eine bessere Regelauflösung besitzt. Im Servicefall, also beim Austausch eines Temperaturreglers, dessen Fühler in einer Tauchhülse sitzt, ist auch auf den Durchmesser der Fühler zu achten. Es gibt Ausfüh- rungen mit 9,5 und 18 mm Durchmesser. Die Erklärungen zeigen, dass der druckgeführte Kühlwasserregler grundsätzlich besser geeignet ist für den Einsatz in Kompressionskälteanlagen als die temperaturgeführte Version. Letztere empfiehlt sich eher für besondere Anwendungen wie zum Beispiel Sonderkältemittel mit hoher Drucklage.

Anordnung des Ventils im System

 

Anordnung des Kühlwasserreglers

Eine häufig gestellte Frage bezieht sich auf die Anordnung des Kühlwasserreglers. Er kann wasserseitig sowohl vor als auch nach dem Verflüssiger eingebaut werden. Dabei sollte in Wassersystemen grundsätzlich ein Grobschmutzfilter vor dem Kühlwasserregler montiert werden. Dieser dient dazu größere Fremdpartikel, die sich im Wassersystem befinden, herauszufiltern. Grob- schmutzfilter sind regelmäßig zu warten, wobei die Wartungsintervalle abhängig sind vom Verschmutzungsgrad des Kühlwassers. Als grober Richtwert kann von einer halbjährigen Wartung ausgegangen werden. Bei der Nutzung von aufbereitetem Flusswasser, wie oft in Großunternehmen nahe eines Flusses der Fall, kann sogar eine noch höhere Wartungsfrequenz nötig sein. Für die Verwendung von aggressiveren Medien, die das Gehäuse der Standardkühlwasserregler angreifen würden, gibt es auch Spezialausführungen von „WV- FX 10 - 25“ in Edelstahl. Die Beimischung von Frostschutzmittel oder die Verwendung einer Sole kann bei Stillstandsphasen im Winterbetrieb nötig sein, um ein Einfrieren des

  Auslegungsdiagramm

 

Druckabfälle

Bei der Dimensionierung von temperatur- und druckgeführten Kühlwasserreglern spielen Wasservolumenstrom und Leistungsgröße des Kühlwasserreglers eine Rolle. Daraus ergibt sich ein bestimmter Druckabfall, der bei der Auslegung von Ventilen grundsätzlich zu beachten ist. Bei direktgesteuerten Kühlwasserreglern wie beispielsweise dem druckgeführten „WVFX“ oder dem temperaturgeführten „AVTA“ ist das Hauptaugenmerk auf die Vermeidung von zu hohen Druckabfällen zu richten, da beide Ventilserien auch bei kleinsten Druckabfällen stabil arbeiten können. Bei servogesteuerten Kühlwasserreglern, wie „WVS“ (Druck) und „WVTS“ (Temperatur) sind neben den maximalen auch unbedingt die minimalen Druckabfälle zu beachten. So benötigt ein „WV(T)S“ einen minimalen Wasserdruckabfall von 0,3 bar, um stabil arbeiten zu können. Ergibt sich bei der Auslegung eine Unterschreitung dieses Wertes, so muss eine kleinere Leistungsgröße gewählt werden. Ansonsten verfällt das Ventil in einen instabilen Regelbetrieb. Bei Pumpenbetrieb sollte man keine zu hohen Druckabfälle zulassen. Richtwert ist ein Druckabfall deutlich unterhalb der 1 barMarke.

Schnittbild „WVFX“ (druckgeführt)

Der Einsatz eines Strangregulierven- tils empfiehlt sich um zu verhindern, dass die Pumpe gegen ein geschlossenes 2-Wege-Ventil (den Kühlwasserregler) arbeitet. In einem solchen Fall (geschlossenes Ventil) lässt das Strangregulierventil das Wasser über einen Bypass zur Pumpe zurückströmen. So wird ein kontinuierlicher Wasservolumenstrom sichergestellt und gleichzeitig vermieden, dass die Pumpe beschädigt wird. Falls tatsächlich Stadtwasser vor dem Ventil ansteht (z.B. mit 4 bar Wasserdruck) und danach frei ausläuft, kann das Ventil durchaus kleiner ausgelegt werden. Der Druckabfall über dem Ventil wird dann in der Praxis immer 4 bar betragen.

Druckgeführtes Wasserventil „WVFX“ in Hochdruckversion

 

Kältemitteleignung

Allgemein eignen sich druckgeführte Kühlwasserregler für alle üblichen HFKW- und HFCKW - Kältemittel, solange der Regelbereich bei zulässigem Betriebsüberdruck mit den Auslegungskriterien der Gesamtanlage harmoniert. So hat beispielsweise ein „WVFX 15“ einen zulässigen Betriebsüberdruck von 26,4 bar für den Kältemittelanschluss und ist damit z.B. für eine Anlage mit dem Kältemittel R407C und einem maximalen Betriebsdruck von 25 bar geeignet. Bei einem Einstellsollwert von 40 °C (Taupunkttemperatur) auf der Hochdruckseite der Kälteanlage entspricht dies einem Manometerdruck von ca. 14 bar. „WVFX 15“ gibt es mit zwei verschiedenen Regelbereichen: 3,5 bis 16 bar Überdruck und 4 bis 23 bar Überdruck (Manometerdruck). Bei dem beschriebenen Fall eignet sich die Variante mit 3,5 bis 16 bar Überdruck. Bei der gleichen Anlage, betrieben mit 50 °C Kondensation, wäre es die Variante mit 4 bis 23 bar Überdruck, da 50 °C Verflüssigungstaupunkttemperatur etwa 19 bar Betriebsdruck entspricht. Allerdings ist letzteres eher ein theoretisches Beispiel, da bei Systemen mit wassergekühlten Verflüssigern in der Regel niedrigere Kondensationstemperaturen gefahren werden als bei luftgekühlten Systemen. Bei wassergekühlten Systemen sind Kondensationstemperaturen zwischen 30 und 40 °C, auch im Sommer, als Standard anzusehen. Bei luftgekühlten Systemen liegt dieser Wert nicht selten um 10 K höher. Für besonders hohe Drücke gibt es außerdem Spezialversionen von „WVFX 10 - 25“ mit maximal zulässigen Betriebsdrücken von bis zu 45,2 bar und einem Arbeitsbereich von 15 bis 29 bar Überdruck. Diese Geräte bieten sich für die Kältemittel R410A oder R744 (CO2) im unterkritischen Betrieb an.

TypVerflüssigungsseiteFlüssigkeitsseitek-Wert in m³/h

KältemittelEinstellbe- reich des Schließdrucks barZul. Be- triebsüber- druck PB barMax. Prüfdruck p´ barMediumZul. Be- triebsüber- druck PB barMax. Prüfdruck p´ bar

WVFM 10CFC, HCFC, HFC3.5 / 10.015.016.5Frischwasser, neutrale Sole, Meerwasser10102.4

WVFM 163.5 / 10.015.016.510102.4

WVFM 103.5 / 16.026.42916241.4

WVFM 104.0 / 23.026.42916241.4

WVFM 153.5 / 16.026.42916241.9

WVFM 154.0 / 23.026.42916241.9

WVFM 203.5 / 16.026.42916243.4

WVFM 204.0 / 23.026.42916243.4

WVFM 253.5 / 16.026.42916245.5

WVFM 254.0 / 23.026.42916245.5

WVFM 324.0 / 17.024.126.5101011.0

WVFM 404.0 / 17.026.426.5101011.0

WVS 32CFC, HCFC, HFC, R717 (NH3)2.2 / 19.026.429.0Frischwasser, neutrale Sole101612.5

WVS 402.2 / 19.026.429.0101021.0

WVS 502.2 / 19.026.429.0101632.0

WVS 652.2 / 10.026.429.0101645.0

WVS 802.2 / 19.026.429.0101680.0

WVS 1002.2 / 19.026.429.01016125.0

Verflüssigerlüfterdrehzahlregler „XGE“ – „RGE“

 

 

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Thermostatische Expansionsventile

Eine Alternative zu thermostatischen Expansionsventilen sind Kapillarrohre, die allerdings hauptsächlich in Kühlschranksystemen und einfachen, kleinen Kältesystemen verwendet werden. Der wichtigste Vorteil von Kapillaren ist der Kostenfaktor. Nachteil ist die unflexible Regelung (bzw. keine Regelung) der Einspritzung in den Verdampfer.

Eine weitere Alternative zu den thermostatischen Geräten ist das automatische Expansionsventil, was im heutigen Kälteanlagenbau jedoch kaum mehr eine Rolle spielt. Das liegt vor allem daran, dass diese Ventile darauf abzielen, den Verdampfungsdruck unter allen Umständen konstant zu halten, auch im Falle von Flüssigkeitsrücktransport zum Verdichter.

Dreiteiliges Expansionsventil

 

 

Funktionsweise

Thermostatische Expansionsventile sind so konzipiert, dass grundsätzlich eine ausreichende Überhitzung am Verdampferaustritt gewährleistet wird, damit der Verdichter keinen Schaden nimmt. Die Überhitzung ist die Differenz zwischen dem gemessenen Temperaturwert am Verdampferausgang und der Nassdampftemperatur des am Manometer abgelesenen Drucks (meist ist zur Erleichterung der Orientierung schon eine entsprechende Temperaturschablone über die Druckskala des Servicemanometers gelegt, die von Kältemittel zu Kältemittel unterschiedlich ist). Gleichzeitig wird so erreicht, dass die gesamte Austauschfläche des Verdampfers genutzt wird.

In diesem Zusammenhang sollte der Kältefachmann immer die wichtige Rolle der Aggregat-Zustandsänderung in Kompressionskälteanlagen im Auge behalten: im Verdampfer, der die Wärme aufnimmt und im Verflüssiger, der die Wärme (außerhalb des zu kühlenden Raumes) wieder abgibt. So kann in den Wärmetauschern mit einem deutlich kleineren Volumenstrom gearbeitet werden, als dies bei unseren gebräuchlichen Kältemitteln durch den Wärmetransport durch sensible Temperaturerhöhung (messbare Temperaturerhöhung) möglich wäre. Zusätzlich kommt uns bei dieser latenten (versteckten) Wärmeaufnahme noch entgegen, dass es bei Einstoffkältemitteln und azeotropen Kältemittelge- mischen keine Temperaturänderung in der Nassdampfzone (im Phasenwechsel) gibt. Diese Tatsache ist bezüglich der Berechnungen des Wärmeübergangs sehr komfortabel.

 

Wie funktioniert nun aber solch ein thermostatisches Expansionsventil?

ein selbsttätiger mechanischer Regler ohne Fremdenergie. Das heißt, es braucht keinen elektrischen Anschluss oder höheren, extern herbeigeführten Druck zur Funktion. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass es auch eine Vielzahl elektronischer Expansionsventile gibt, die nach dem Prinzip der Überhitzungsregelung arbeiten. Dieser Produktfamilie soll ein gesonderter Beitrag zu einem zukünftigen Zeitpunkt dieser Serie in der KKA gewidmet werden.

Expansionsventil mit äußerem Druckausgleich und Verdampfer

 

 

Die Komponenten

Das thermostatische Expansionsventil besteht aus einem thermostatischen Element mit Fühler, einer Fühlerfüllung, einer Membrane, einer Verbindung mittels Stößel zwischen Membrane und Ventilsitz und einem Gehäuse, welches meist die Möglichkeit bie- tet, verschieden große Leistungsdüsen ein- zusetzen. Am Expansionsventil steht – vom Sammler kommend – flüssiges Kältemittel aus der Flüssigkeitsleitung an. Diese Flüssigkeit wird nun durch das Expansionsventil geregelt und über die Einspitzleitung und ggf. einen Kältemittelverteiler in den Verdampfer eingespritzt. Der Fühler wird am Verdampferausgang angebracht und es muss dafür gesorgt werden, dass der Verdampfungsdruck unter der Membrane im Expansionsventil ansteht. Verwendet man – meist bei sehr kleinen Kälteleistungen und Systemen ohne Verteiler in der Einspritzleitung – thermostatische Expansionsventile mit internem Druckausgleich, wird automatisch im Ventil der Verdampfungsdruck, genauer gesagt der Druck in der Einspritzleitung, in das Ventil unter die Membrane geleitet. Die meisten Expansionsventile jedoch sind bauartbedingt Ventile mit äußerem Druckausgleich. Dabei muss der Verdampfungsdruck abgenommen am Verdampferausgang über eine kleine Stichleitung zum Ventil hingeführt werden. Hierfür sollte ein 6er- Rohr (Kupferrohr mit 6 mm Außendurchmesser) verwendet werden und kein Kapillarrohr. Ventile mit externem Druckausgleich sind als Standard anzusehen, da sie den Druckabfall über einen Kältemittelverteiler (z.B. Venturiverteiler) berücksichtigen.

 

 

Die Membrane

Expansionsventil am Verdampfer mit Venturiverteiler

 

Für die folgende theoretische Überlegung gehen wir von einer Parallelfüllung des Expansionsventiloberteils aus. Parallelfüllung bedeutet, es befindet sich das gleiche Kältemittel als Fühlerfüllung im Expansionsventil wie in der Anlage. Tatsächlich werden Parallelfüllungen heute höchstens noch für Kleinserien von Sonderventilen verwendet. In Großserienventilen werden fast ausschließlich Kältemittelmischungen eingesetzt. Weiter unterstellen wir, dass eine ausreichende Fühlerfüllung im Expansionsventil vorhanden ist, so dass wir uns immer im Nassdampfbereich des Kältemittels in der Fühlerfüllung befinden und nie in den überhitzten Bereich kommen Nun wirken verschiedene Kräfte auf die Membrane im Expansionsventil: Von oben der Druck der Fühlerfüllung und von unten der Verdampfungsdruck zusammen mit der Überhitzungseinstellfeder. Bei einer Membranenbewegung nach unten wird das Ventil geöffnet und in der entgegengesetzten Richtung wird das Expansionsventil tendenziell geschlossen. Nehmen wir nun an, die von oben und unten angreifenden Kräfte befinden sich in einem Gleichgewicht. Steigt die Überhitzung am Verdampferausgang an, dann steigt der Druck und somit die Kraft im Fühler, also von oben auf die Membrane. Das Ergebnis ist eine Membranbewegung nach unten. So wird mehr Kältemittel in den Verdampfer eingespritzt, die Überhitzung verringert sich und das Ventil schließt. Gleichzeitig wird die Überhitzung immer konstant geregelt.

 

 

Überhitzungseinstellung

Will man die Überhitzung anheben, so dreht man die Einstellschraube im Uhrzeigersinn (das ist bei praktisch allen Expansionsventilen so). Bei kleineren Kompaktven- tilen, wie z.B. dem „T2“ oder „TU“, erreicht man eine recht große Änderung der Überhitzung mit nur einer 360°-Drehung.

 

P1 = Fühlerdruck P2 = Verdampfungsdruck P3 = Federdruck

 

Diese kann bis zu 4 K pro Umdrehung betragen, variiert aber je nach Verdampfungstemperatureinsatzbereich und abhängig davon, ob ein MOP-Ventil eingesetzt wird. Bei größeren, dreiteiligen Ventilen ist die Überhitzungsänderung bei einer Umdrehung deutlich geringer. Als Faustwert gilt: 0,5 K pro 360°. Im Zweifels- fall empfiehlt es sich, in den entsprechenden Einstellanleitungen nachzulesen. Gehen wir nun wieder von unserem Beharrungspunkt mit Kräftegleichgewicht aus, so verändert die stärkere Spannung der Feder die Kraft, die von unten auf die Membrane einwirkt. Das Ventil fährt in Richtung geschlossene Position. Damit wird weniger Kältemittel in den Verdampfer eingespritzt, was zu einer Vergrößerung der Überhitzung führt. Wird nun die zusätzliche Federkraft durch die zusätzliche Fühlerkraft – wegen der höheren Überhitzung – egalisiert, dann befindet sich das Ventil wieder in einem Zustand, in dem es konstant die gewünschte höhere Überhitzung ausregelt.

MOP-Füllung

 

 

MOP-Expansionsventile

 

Standard-Füllung (Universal-Füllung)

 

Wird statt eines Standard-Expansionsventils ein MOP-Ventil eingesetzt (MOP = maximum operating pressure bzw. maximaler Arbeitsdruck), dann zielt das Ventil darauf ab, zu hohe Verdampfungstemperaturen zu vermeiden. Solche MOP-Ventile werden besonders gerne bei Tiefkühlanlagen verwendet, da Tiefkühlverdichter im Vergleich zu Normalkühl- oder Klimaverdichtern einen kleineren Elektromotor haben und mit dieser Maßnahme vor Überlast geschützt werden. Die einzige technische Änderung bei einem MOP-Ventil gegenüber einem „Standardventil“ ist die begrenzte Fühlerfüllung. Ist bei einer bestimmten Temperatur die komplette Fühlerfüllung verdampft, so vergrö- ßert sich der Fühlerdruck praktisch nicht mehr (bzw. nur noch vernachlässigbar). Das bedeutet, dass die Kraft, die von oben auf die Membrane des Expansionsventils einwirkt, ab einer gewissen Verdampfungstemperatur nicht mehr zunimmt – die Gegenkraft, die von unten auf die Membrane einwirkt, jedoch schon.

 

Überhitzungseinstellungsänderungen immer nur in kleinen Schritten und nicht überhastet vornehmen

 

Daraus ergibt sich eine Begrenzung des Verdampfungsdruckes nach oben. Z.B. verdampft bei Raumtemperatur +10 °C ein MOP-Ventil mit MOP-Punkt - 10 °C weiter bei -10 °C, wohingegen ein „Standardventil“ schon bei 0 °C verdampfen würde. Für den Praktiker ist wichtig zu wissen, dass es speziell bei MOP-Ventilen zu höheren Überhitzungen kommen kann, ohne dass eine Fehlfunktion vorliegt.

 

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Hochdruckschwimmer Regelventile in der industriellen Kältetechnik

 

 

Basis dieser Beschreibung sind Hochdruckschwimmer der Fa. TH-Witt.

Der Hochdruckschwimmer-Regler entspannt alles auf der Hochdruckseite anfallende Kältemittel auf die Nie­derdruckseite, ohne jedoch Gas durchzulassen. Durch diese einfache mechanische Methode wird eine äußerst energiesparende Betriebsweise ohne elektrische Rege­lung ermöglicht.

Die hochdruckseitige Regelung erfüllt innerhalb der Anlage die Aufgabe der Drosselung durch Kondensat Ableitung. Sie ist deshalb besonders geeignet bei Anlagen mit Zentralab­scheidern. Aufgrund der rein mechanischen Betriebsweise ist die Kondensat Ableitung jederzeit ohne zusätzlichen Regelauf­wand gewährleistet.

 

 

 

Im Gegensatz zur Niederdruckschwimmer-Regelung befindet sich die schwankende Kältemittelmenge im Zentralabschei­der.

 

Prinzip einer einstufigen Anlage                 

Im #Verflüssiger anfallendes flüssiges Kältemittel gelangt in den Schwimmer und wird dort bei konstanter Enthal­pie zur Niederdruckseite entspannt. Durch die Entspannung im Austritt des Hochdruck­schwimmer-Reglers befindet sich hinter dem Hoch­druckschwimmer-Regler ein Flüssigkeits-/Gasgemisch, das zum Abscheider strömt.

Vom #Abscheider aus kann das Gas wieder dem #Verdich­ter, bzw. die Flüssigkeit den #Verdampfer zugeführt werden.

Die Kondensat Temperatur kann sich den äußeren Gege­benheiten entsprechend optimal anpassen, wodurch eine sehr energiesparende Betriebsweise gewährleistet wird. Eine Unterkühlung der Flüssigkeit ist normalerwei­se ausgeschlossen.

 

Prinzip einer zweistufigen Anlage

Auch hier ist ein Hochdruckschwimmer-Regler zwischen Verflüssiger und Abscheider montiert, der das Konden­sat auf den Mitteldruck entspannt. Ein zweiter Regler wird verwendet, um das Kältemittel zur Niederdruckseite zu entspannen. Zweistufige Kälteanlagen mit Hoch­druckschwimmer-Regelung haben einen verbesserten Wirkungsgrad und vermeiden hohe Endtemperaturen der Verdichtung

Da der zwischen MD- und ND-Seite montierte Hochdruckschwimmer-Regler das Kältemittel aus dem MD-Behälter bis zu seinem Abgriffs­punkt zur ND-Seite ableitet, wird der ND-Behälter so ausgeführt, dass die komplette schwan­kende Kältemittelmenge aufgenommen werden kann (ND-Seite und Überschuss der MD-Seite).

 

SCHWIMMER-REGELUNG- Prinzip

Das in das Hochdruckschwimmer-Regler Gehäuse eintretende Kondensat bewirkt dort, dass der Schwimmkörper angehoben wird. Über eine Hebelübersetzung wird ein Schieber betätigt, der einen entsprechenden Anteil der Drosselöffnung freigibt und das Kondensat zum Abscheider ablässt. Weil der Schwimmkörper Reibungskräfte überwinden muss, findet ein schrittweises Verstellen der Öffnung statt.

Wenn der Flüssigkeitsstand im Schwimmer fällt wird der Schieber über die Öffnung bewegt und verschließt so den Auslass. Wenn die Schwimmerkugel unten angelangt sorgen die geläppten Oberflächen von Schieber und Auslass für einen dichten Abschluss. Der Auftrieb des Schwimmkörpers ist abhängig von Durchmesser und Gewicht der Kugel und von der Dichte der abzuleitenden Flüssigkeit.

 

FUNKTION DER UNTERDRUCKDÜSE

Damit anfallendes Kondensat selbstständig dem Regler zufließen kann, wäre es eigentlich erforderlich den Regler unterhalb des Verflüssigers anzuordnen. Um eine Anord­nung auch oberhalb des Verflüssigers zu ermöglichen, sind (Ausnahme Fa.TH-Witt: Typ: HR1 BW) alle Hochdruckschwimmer-Regler mit einer internen Unterdruckdüse ausgestattet. Diese verbindet den Gasraum des Gehäuses mit dem Aus­trittsstutzen. Aufgrund der Druckdifferenz zwischen Hoch­druck- und Niederdruckseite wird Gas aus dem Gehäuse zur Niederdruckseite angesaugt und im Gehäuse entsteht ein leichter Unterdruck. Dadurch können bis zu 3 m Höhen­unterschied und bis zu 30 m vertikale Distanz zum Konden­sator realisiert werden.

Außerdem wird gewährleistet, dass auch ein geringer Teil Flashgas, das sich in den Zulaufleitungen bzw. während eines Anlagenstillstands bildet, über die Unterdruckdüse abgeführt werden kann.

Bei Anlagenstillstand erfolgt ein langsamer Druckausgleich, so dass sich die gesamte Kältemittelfüllung zur kältesten Stelle verlagern kann. (Im Winter kann dies der Verflüssiger sein.) Die werksseitige Bemessung der Unterdruckdüse ist so ausgelegt, dass der durch Gas- Bypass theoretische ermittel­te Leistungsverlust im Bereich unterhalb 1 % der Nennleis­tung verbleibt.

 

FUNKTIONSKONTROLLE

Alle Regler haben einen von außen zu betätigenden Hebel, der ein Anheben der Schwimmerkugel ermöglicht. Dadurch kann der Regler bewusst geöffnet werden, um dessen Funktion zu überprüfen.

 

ENTLÜFTUNG

Luft oder andere nicht kondensierbare Gase können sich sehr schädlich auf die gesamte Anlage und insbesondere den Hochdruckschwimmer-Regler auswirken. Nahezu alle Probleme können darauf zurückgeführt werden. Eine gute Entlüftung ist daher wichtig.Verwenden Sie einen Wasserbehälter und befestigen Sie einen Schlauch an dem Entlüftungsventil EE3/EE6. Nachdem das Gefäß mit Wasser gefüllt wurde, kann das Einstellventil EE3/EE6 vorsichtig geöffnet werden. Wenn keine Luftblasen mehr austreten, kann das Entlüften beendet werden.

 

STÖRUNGSANALYSE: Nr. Erscheinung Ursachen und Behebung 1 Regler öffnet nicht im Automatikbetrieb
  1. Zu klein dimensionierter Regler?
  2. Eintritts-/Austrittventil verschlossen?
  3. Zu große Druckdifferenz?
  4. Unterdruckdüse zu klein oder blockiert?
  5. Feuchtigkeit im System, Unterdruckdüse zugefroren?
  6. Luft im System
  7. Schiebersteuerung z.B. durch Ablagerung oder Korrosi­on blockiert
  8. Schwimmerkugel defekt
2 Regler schließt nicht
  1. falsche Schwimmerkugel (ggf. austauschen)
  2. Transportsicherung des Hebels (Knebel bzw. Loch im Hebel muss nach unten weisen)
  3. Schiebersteuerung verschlissen (ggf. austauschen)
  4. Öffnung der Unterdruckdüse zu groß (oder bei Anschluss einer Magnetventilleitung nicht verschlossen worden)
3 Verflüssigungsdruck zu hoch ohne Rückstau
  1. fehlende Wärmeabfuhr am Verflüssiger
  2. zu klein dimensionierter Verflüssiger
  3. zu große Kälteleistung im Anfahrzustand
4 Zu hoher Verflüssi-gungsdruck durch Rückstau
  1. Luft in der Anlage
  2. Dampfbildung in der Zulaufleitung
  3. Mangelhafte Ölkühlerfunktion
  4. Zu große Widerstände in der Zulaufleitung
  5. Zu großer Höhenunterschied vor dem Regler (ggf. Unter-druckdüse vergrößern)S
5 Stark schwankender Druck auf der ND-Seite
  1. zu geringe Kältemittelfüllung
  2. hohe Reibkräfte an der Schiebersteuerung (Innenteile auf Ablagerungen bzw. Korrosion prüfen)
  3. Regler wurde überdimensioniert
6 Minimalstandalarm auf der Niederdruckseite
  1. siehe Pkt. 4
  2. Verflüssiger im Winter mit #Kältemittel gefüllt (einzelne oder alle Verflüssiger absperren)
  3. Zu geringe Kältemittelfüllung

 

 

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Differenzdruckregler

Neben der Sammlerdruckregelung gibt es eine weitere Anwendung für die Regelung des Differenzdrucks. Dies betrifft Systeme mit Heißgasabtauung, da hier das Heißgas im Abtaufall durch den Verdampfer in Richtung Flüssigkeitsleitung fließen muss. Dabei sollte dieser künstliche Differenzdruck in Betriebsphasen ohne Abtauung abschaltbar sein. Für diesen Fall Empfiehlt sich der Einsatz eines "ICS“- (oder "PM“-) Hauptventils mit Differenzdruckpilotaufsatz "CVPP“, wie schon zuvor erwähnt. Um die Differenzdruckregelung, die im Sammlerregelbetrieb nicht benötigt wird, abzuschalten, wird ein weiterer Pilot benötigt: ein EVM-Magnetventil zur Direktmontage auf "ICS“ (oder "PM“).

Werden die beiden Pilotventile "CVPP“ (Stichleitung zur Hauptleitung in Flussrichtung nach dem Ventil nicht vergessen) und "EVM“ parallel auf ein "ICS“ für max. drei Pilotventile montiert, dann ist die Differenzdruckfunktion des "CVPP“ bei geschlossenem „EVM“ aktiv. Bei geöffnetem "EVM“ wird kein (erhöhter) Differenzdruck gefahren. Zur Einregelung eines Hauptventils "ICS“ mit "CVPP“ und "EVM“ ist das Magnetventil "EVM“ zu schließen. Vorsicht dabei, denn es gibt diese Pilotventile sowohl stromlos geschlossen, als auch stromlos offen. Somit wäre beispielsweise ein stromlos geschlossenes "EVM“ („NC“) bei nicht erregter Spule geschlossen. Dann kann bei laufender Anlage direkt der Differenzdruck eingestellt werden, nachdem die beiden Hochdruck- Manometer vor und hinter dem Regelventil angeschlossen wurden.

Als Mess-Stelle in Flussrichtung vor dem Ventil kann der Verdichterdruckstutzen, oder besser noch, der seitliche Manometeranschluss am "ICS“- Ventil (immer Ventileingangsdruck) genutzt werden. Nach dem Ventil kann eine Messstelle am Verflüssiger oder Sammler oder ein entsprechender T-Nippel an der Stichleitung zum "CVPP“ verwendet werden.

 

  Bild 1: Abtaufunktion Pos 1.01 Verbindung vom umlaufenden Kanal   Pos 1.02 Umlaufender Kanal !!! Der Druck von p1 (Verdampfer) wird über diesen Kanal zum Anschluss P und zum Manometeranschluss geführt. Pos 1.03 CVP (0-7 bar) Anschluss öffnet wenn Abtaudruck auf 5,5 bar im Verdampfer steigt und gibt den Druck frei auf den Hubkolben.   Bild 2: AUF / Zu Funktion Pos 1.05 Das Heißgas vom externen Anschluss drückt auf den Hauptkolben und zwangsöffnet das Hauptventil. externer HG Anschluss IN Im Anschluss SIl sitzt das Magnetventil EVM und gibt den Weg von SI (HG Anschluss)frei oder schließt ihn. Also Auf/Zu Funktion mit HG Unterstützung. Pos 1.06 Durch das Einschrauben des ext. Anschlusses wird der Kanal zu p1 verschlossen.   Pos 1.07 p1 ist der Druck, der im Verdampfer herrscht.  

Hauptanwendung bei Ventilstationen in der Rücklaufleitung

Erklärung der Anschlüsse und Kanalführungen im PM und ICS Hauptventil Die Wege bei PM und den neuen ICS sind identisch

Bei ICS Ventilen kann das Kopfmodul mit den Pilotventilen je um 90° gedreht werden. Die Funktion wird beibehalten.

 

 

 

 

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Gleitringdichtungen

Seit Mitte der 1950er Jahre haben sich Gleitrichtdichtungen gegenüber der traditionellen Stopfbuchse als Wellendichtung zunehmend durchgesetzt. Im Vergleich zu den Stopfbuchsen bieten die Gleitringdichtungen folgende Vorteile:

  • Sie halten bei kleineren Verschiebungen und Vibrationen an der Welle dicht.
  • Sie brauchen nicht eingestellt zu werden.
  • Die Dichtungsflächen haben eine geringere Reibung und dadurch minimale Leistungsverluste.
  • Die Welle gleitet nicht an den Dichtungskomponenten entlang und wird daher auch nicht durch Verschleiß beschädigt (geringere Reparaturkosten).

 

Die Gleitringdichtung ist der Teil der Pumpe, der das Medium von der Atmosphäre trennt. Abbildung 1.3.1 zeigt verschiedene Pumpentypen, die mit Gleitringdichtungen ausgerüstet sind. Die Mehrzahl der Gleitringdichtungen ist nach der Europäischen Norm EN 12756 gefertigt. Zur Auswahl einer bestimmten Gleitringdichtung müssen die folgenden Informationen über die Eigenschaften des Fördermediums und die Beständigkeit der Dichtung gegenüber dem Fördermedium bestimmt werden:

  • Art des Fördermediums
  • Druck, dem die Gleitringdichtung ausgesetzt ist
  • Drehzahl, der die Gleitringdichtung ausgesetzt ist

 

Einbaumaße Auf den folgenden Seiten sind die Funktionsweise einer Gleitringdichtung, die verschiedenen Dichtungstypen, die Werkstoffe für Gleitringdichtungen und die Faktoren erläutert, die sich auf die Leistungsfähigkeit einer Gleitringdichtung auswirken.

 

Komponenten und Funktionsweise der Gleitringdichtung

Die Gleitringdichtung besteht aus zwei Hauptbaugruppen: einer rotierenden und einer stationären Gruppe. Diese Baugruppen bestehen aus den in Abbildung 1.3.2 aufgeführten Teilen. In Abbildung 1.3.3 ist dargestellt, wie die verschiedenen Teile der Gleitringdichtung angeordnet sind.

  • Der stationäre Teil ist im Pumpengehäuse eingebaut. Der rotierende Teil der Dichtung sitzt auf der Pumpenwelle und dreht sich während des Pumpenbetriebs.
  • Die beiden Primärdichtungsflächen werden durch den Federdruck und den Druck des Fördermediums gegeneinander gepresst. Während des Betriebs bildet sich in dem engen Spalt zwischen den beiden Dichtungsflächen ein Schmierfilm aus dem Fördermedium. Dieser Film verdampft, bevor er in die Atmosphäre gelangt und macht dadurch die Gleitrichtdichtung flüssigkeitsdicht (siehe Abbildung 1.3.4).
  • Die Sekundärdichtungen dichten die Gleitringdichtung gegen die Welle ab.
  • Die Dichtungsflächen werden von der Feder mechanisch zusammengepresst.
  • Der Mitnehmer überträgt das Drehmoment von der Welle auf die Dichtung. Bei Balgdichtungen wird das Drehmoment direkt über den Balg übertragen.

 

 

 

 

Dichtungsspalt

Beim Betrieb bildet das Fördermedium einen Schmierfilm zwischen den Dichtungsflächen. Dieser Schmierfilm besteht aus einem hydrostatischen und einem hydrodynamischen Element.

  • Das hydrostatische Element wird durch das gepumpte Fördermedium erzeugt, das in den Spalt zwischen den Dichtungsflächen gepresst wird.
  • Der hydrodynamische Schmierfilm entsteht durch den Druck, der durch die Rotation der Welle erzeugt wird.

 

Die Dicke des Schmierfilms hängt von der Pumpendrehzahl, der Flüssigkeitstemperatur, der Viskosität des Fördermediums und den Axialkräften der Gleitringdichtung ab. Der ständige Austausch des Fördermediums im Dichtungsspalt wird durch zwei Effekte gewährleistet:

  • das Verdampfen des Fördermediums in die Atmosphäre
  • die Umlaufbewegung des Fördermediums.

 

In Abbildung 1.3.5 wird das optimale Verhältnis zwischen guter Schmierung und geringer Leckrate dargestellt. Das optimale Verhältnis wird erreicht, wenn der Schmierfilm den gesamten Dichtungsspalt benetzt, bis auf eine sehr enge Verdampfungszone dicht an der atmosphärischen Seite der Gleitringdichtung.

Häufig treten Undichtigkeiten durch Ablagerungen auf den Dichtungsflächen auf. Bei der Verwendung von Kühlmitteln bilden sich schnell Ablagerungen durch Verdampfung auf der atmosphärischen Seite der Dichtung. Wenn das Fördermedium in der Verdampfungszone verdampft, verbleiben mikroskopisch kleine Feststoffpartikel aus dem Fördermedium als Ablagerungen im Dichtungsspalt und verursachen dort Verschleiß. Diese Ablagerungen werden in Verbindung mit den meisten Flüssigkeitstypen beobachtet. Problematisch sind Fördermedien mit einer Tendenz zum Auskristallisieren. Um übermäßigen Verschleiß zu vermeiden, sollten am besten Dichtungsflächen aus hartem Werkstoff (z. B. Wolframkarbid (WC) oder Siliziumkarbid (SiC)) gewählt werden.

Der schmale Dichtungsspalt zwischen diesen Werkstoffen (ca. 0,3 μm) minimiert die Gefahr, dass Feststoffpartikel in den Dichtungsspalt eindringen, und minimiert damit auch die Ablagerungen.

 

Entlastete und nichtentlastete Dichtungen

Um einen ausgewogenen Druck zwischen den Primärdichtungsflächen zu erreichen, werden zwei Dichtungstypen angeboten: entlastete und nichtentlastete Dichtungen.

Entlastete Dichtung

Abbildung 1.3.6 zeigt eine entlastete Dichtung und die darauf einwirkenden Kräfte.

Nichtentlastete Dichtung

Abbildung 1.3.7 zeigt eine nichtentlastete Dichtung und die darauf einwirkenden Kräfte.

 

In Axialrichtung wirken mehrere Kräfte auf die Dichtungsflächen ein. Federkraft und hydraulische Kraft des Fördermediums drücken die Dichtung zusammen, während die Kraft des Schmierfilms im Dichtungsspalt dem entgegenwirkt. Bei hohem Druck des Fördermediums treten möglicherweise so große hydraulische Kräfte auf, dass der Schmierfilm im Dichtungsspalt den Kontakt zwischen den Dichtungsflächen nicht verhindern kann. Da die hydraulische Kraft proportional zu der Fläche ist, auf die der Druck des Fördermediums wirkt, kann die Belastung in Axialrichtung nur durch Verkleinerung der Druckfläche reduziert werden.

 

Der Belastungsfaktor (K) einer Gleitringdichtung ist definiert als das Verhältnis zwischen Fläche (A) und Fläche (B): K = A/B K = Belastungsfaktor A = Fläche, die hydraulischem Druck ausgesetzt ist B = Kontaktfläche der Dichtungsflächen Bei entlasteten Dichtungen liegt normalerweise der Belastungsfaktor etwa um K = 0,8, bei nichtentlasteten etwa um K = 1,2.

 

Gleitringdichtungstypen

In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Typen von Gleitringdichtungen beschrieben: O-Ringdichtung, Balgdichtung und Patronendichtung.

O-Ringdichtungen

In einer O-Ringdichtung wird die Abdichtung zwischen rotierender Welle und rotierender Dichtungsfläche durch einen O-Ring erreicht (Abbildung 1.3.9). Der O-Ring muss in der Lage sein, in Axialrichtung frei zu gleiten, um die Axialverschiebung durch Temperaturänderungen und Verschleiß aufnehmen zu können. Eine falsche Position des stationären Sitzes kann zu Abrieb führen und unnötigen Verschleiß an O-Ring und Welle verursachen. ORinge sind entsprechend ihrer Betriebsbedingungen aus verschiedenen Elastomeren gefertigt (z. B. NBR, EPDM und FKM).

 

Vorteile und Nachteile einer O-Ringdichtung

  • Vorteile:

  • Geeignet für heiße
  • Fördermedien und hohe
  • Drücke

 

  • Nachteile:

  • Ablagerungen an der Welle (z. B. Rost) behindern möglicherweise
  • die Bewegung
  • der O-Ringdichtung in Axialrichtung

Abb. 1.3.9: O-Ringdichtung

 

Balgdichtungen

Ein allgemeines Merkmal von Balgdichtungen ist der aus Gummi oder Metall bestehende Balg, der als dynamisches Dichtungselement zwischen dem rotierenden Ring und der Welle fungiert.

 

Gummibalgdichtungen

Der Balg einer Gummibalgdichtung (siehe Abbildung 1.3.10) kann aus verschiedenen Elastomeren gefertigt werden (z. B. NBR, EPDM und FKM) – je nach Betriebsbedingungen. Bei der Konstruktion von Gummibälgen werden zwei geometrische Prinzipien angewendet:

  • Faltenbalg
  • Rollbalg

Abb. 1.3.10: Gummibalgdichtung

 

Metallfaltenbalgdichtungen

Bei einer herkömmlichen Gleitrichtdichtung erzeugt die Feder die erforderliche Kraft zum Schließen der Dichtungsflächen. Bei einer Metallfaltenbalgdichtung (Abbildung 1.3.11) ist die Feder durch einen Metallbalg mit gleicher Kraft ersetzt. Der Metallbalg fungiert als dynamische Dichtung zwischen dem umlaufenden Gleitring und der Welle sowie als Feder. Der Balg besitzt mehrere Falten, mit denen die erforderliche Anpresskraft erzeugt wird.

Vorteile und Nachteile von Metallfaltenbalg-Patronendichtungen

  • Vorteile:

  • Unempfindlich gegenüber Ablagerungen (z. B. Rost und Kalk) auf der Welle
  • Geeignet für heiße Fördermedien und hohe Drücke
  • Geringer Belastungsfaktor führt zu geringem Verschleiß und längerer Lebensdauer

 

  • Nachteile:

  • Möglicher Ermüdungsbruch der Gleitringdichtung bei nicht korrekt ausgerichteter Pumpe
  • Mögliche Ermüdung durch übermäßige Temperaturen oder Drücke

 

 

Patronendichtungen

Bei der Patronen-Gleitringdichtung bilden alle Teile eine kompakte Einheit, die einbaufertig auf einer Wellenschutzhülse befestigt ist. Eine Patronendichtung bietet gegenüber einer herkömmlichen Gleitringdichtung viele Vorteile (Abbildung 1.3.12).

  • Vorteile der Patronendichtung:

  • Einfacher und schneller Service
  • Bauweise schützt die Dichtungsflächen
  • Vorgespannte Feder
  • Sichere Handh

"Mit freundlicher Freigabe der GRUNDFOS GMBH"

Quelle: GRUNDFOS INDUSTRIE PUMPENHANDBUCH

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Scrollverdichter für Normalkühlung

 

Der Verdichter ist das Herzstück eines jeden Kompressionskältekreislaufs. Er bringt dampfförmiges Kältemittel von einem niedrigen Druckniveau (Niederdruck – Saugseite) auf ein hohes Niveau (Hochdruck – Druckseite). Verdichter gibt es mit verschiedenen Funktionsprinzipien. Dabei handelt es sich z.B. um Scrollverdichter, Schraubenverdichter, Rollkolbenverdichter, Turboverdichter und Hubkolbenverdichter. Heute konzentrieren wir uns auf die Scrollverdichter für den Kälteeinsatz. Scrollverdichter sind in Klimaanwendungen sehr verbreitet – ihre klassische Anwendung ist der Kaltwassersatz. Auch speziell im Wärmepumpenbereich erobert der Scrollverdichter immer mehr Marktanteile. Scrollverdichter sind aber auch für Normalkühlanwendungen bestens geeignet.

 

Aufbau und Funktion

 

Bei Scrollverdichtern von Danfoss ist die Kurbelwelle stehend angeordnet. Über der Kurbelwelle befindet sich das Scrollset. Dieses Scrollset besteht aus einer feststehenden und einer orbitierenden Spirale. Diese beiden Spiralen greifen ineinander und verdichten das Kältemittel durch eine orbitierende Bewegung vom äußeren Teil des Scrollsets hin zur Mitte. Durch dieses Prinzip liegen zu jedem Zeitpunkt des Verdichtungsprozesses verschiedene Stadien der Verdichtung vor (verschieden große „Taschen“, in denen gerade eine Verdichtung stattfindet). Damit werden im Vergleich zu Hubkolbenverdichtern häufiger kleinere Portionen Kältemittel ausgeschoben. Das führt zu geringeren Pulsationen. Für den Monteur heißt das, dass seltener ein Muffler zur Pulsationsdämpfung eingesetzt werden muss. Auch durch Pulsationen verursachte Geräuschprobleme oder Funktionsstörungen bei Druckschaltern sind bei Anlagen mit Scrollverdichtern nicht zu erwarten. Im Betrieb des Verdichters wird eine der beiden Spiralen mit Hilfe eines Mitteldrucks aus einer „Tasche“ des Scrollsets, bei der die komplette Verdichtung noch nicht abgeschlossen ist, gegen die andere gedrückt. Dadurch werden die beiden Spiralen sozusagen „eingefahren“. Diese „Einfahrphase“ ist aber spätestens nach 72 Stunden im Betrieb abgeschlossen. Es ist ein flexibles Ineinanderwirken der beiden Scrollschnecken bei gleichzeitiger Selbstoptimierung des Zusammenspiels im praktischen Betrieb. Der Monteur sollte in diesem Zusammenhang beachten, dass bei MLZ-Verdichtern deshalb bei der Erstinbetriebnahme zunächst eine gewisse Minderleistung auftreten kann. Dieser Punkt wird im normalen Betrieb meist nicht wirklich spürbar sein, ist aber sehr wichtig für Leistungsmessungen auf Prüfständen.

 

Montage und Service

Alle Danfoss- Scrollverdichter sind 100% sauggasgekühlt. Das bedeutet, es darf ggf. eine Schalldämmhaube montiert werden, da der Verdichter die gesamte überschüssige Wärme über das Kältemittel, das ihn durchströmt, abgibt. Die kältetechnischen Anschlüsse sind bei diesen Verdichtern übereinander angeordnet – Saugseite unten (großer Anschluss) und Druckseite oben (kleiner Anschluss). Beide sind als direkt in den Verdichter integrierte Lötstutzen ausgeführt. Im Inneren des „Scrollverdichterkopfs“ befindet sich ein Rückschlagventil, welches nach Abschaltung des Verdichters ein Rückwärtsdrehen des Scrollsets vermeidet. Die Montage der Scrollverdichter erfolgt auf Gummipuffern. Generell sollte man beim Erstkontakt mit Scrollverdichtern bedenken, dass bei dieser Art Verdichter der Kopf, also die oberen 20 % des Verdichters, Verdichtungsendtemperatur (Heißgastemperatur) besitzt. Bei vollhermetischen Hubkolbenverdichtern ist das nicht so. Dort sind alle Gehäusestellen am Verdichter (mit Ausnahme des Druckstutzens) auf der Saugseite und weisen somit keine hohen Temperaturen auf. Speziell die Verdichtungsendtemperatur ist bei Scrollverdichtern immer ein Thema. Z.B. "MLZ“-Scrollverdichter werden, wenn sie bei den hierbei üblichen Verdampfungstemperaturen von -10 °C betrieben werden, keine Auffälligkeiten hinsichtlich der Verdichtungsendtemperatur zeigen. Das bedeutet, dass der Wert in den seltensten Fällen über 100 °C steigen wird – für Verdichter, Lager, Scrollset und Kältemaschinenöl kein Problem. Passiert es jedoch, dass ein solcher Verdichter beispielsweise durch eine permanente starke Drosselung eines Verdampfungsdruckreglers – oder aus anderen Gründen – längere Zeit mit dem Saugdruck weit unterhalb seiner Anwendungsgrenzen gefahren wird, dann kann es schnell zu exzessiven Druckstutzentemperaturen kommen. Aus diesem Grund empfiehlt es sich, eine Druckgasendtemperaturüberwachung bei Anlagen mit Scrollverdichtern einzubauen bzw. nachzurüsten, falls diese nicht vorhanden ist. Diese Aufgabe kann ein schlichter mechanischer Thermostat mit Fernfühler übernehmen (z.B. „KP 81“). Es ist nicht erforderlich, dass die Temperatureinstellung extrem nah am Betriebspunkt erfolgt, 135 °C maximal, 120 °C ist hier ein guter Praxisfaustwert.

 

Multikältemitteltauglichkeit

„MLZ“-Kältescrollverdichter sind für die Standardkältemittel R404A, R507 und R134a freigegeben. Die Anwendungsgrenzen erlauben bei R404A und R507 Verdampfungstemperaturen von -30 °C (mit eingeschränkter Verflüssigungstemperatur) bis zu +10 °C mit bis zu 60 °C Verflüssigung. Eine Kondensationsdruckabsenkung, wie in der modernen Kältetechnik häufig der Fall, ist bei Verdampfung von -30 bis -10 °C sogar bis +10 °C möglich. Dieser Wert kann von vielen Hubkolbenverdichtern nicht erreicht werden. "MLZ“-Verdichter mit R134a können bei Verdampfungstemperaturen zwischen -15 und +15 °C betrieben werden. Da Verflüssigungstemperaturen bis zu 74 °C möglich sind, ist der "MLZ“ für saisonalen Wärmepumpenbetrieb ebenso geeignet, wie für Wärmerückgewinnung.

 

R404A bietet eine höhere volumetrische Kälteleistung als R134a. Damit hat der Verdichter mit R404A bei gleicher Verdampfungstemperatur eine höhere Kälteleistung als dasselbe Modell mit R134a. Diese Unterschiede in den Kälteleistungen aufgrund des verwendeten Kältemittels sind auch kommerziell verwertbar. Ein wichtiger Vorteil besteht in der größeren Flexibilität des Kunden. Wenn z.B. eine Neuanlage gebaut wird und der Kunde noch nicht sicher weiß, ob in den nächsten Jahren noch eine Erweiterung ansteht, so empfiehlt es sich, einen multikältemitteltauglichen "MLZ“-Scrollverdichter im Betrieb mit R134a zu montieren. Soll nun z. B. nach fünf Jahren ein Tankstellenshop erweitert werden, dann ist es möglich, allein durch die Umstellung des Kältemittels auf R404A noch einiges an Kälteleistung herauszuholen, ohne jedoch den Scrollverdichter auszutauschen. Der Kunde profitiert, denn das Kältemittel R134a ist energetisch sehr gut und steht R404A (R507) nur in punkto Universalität nach. Für Anwendungen der Gewerbekälte, wie Tankstellenshops etc., gibt es die "MLZ“-Verdichter auch bereits integriert in vollausgestattete Verflüssigungssätze "Optyma Plus“ mit Lüfterdrehzahlregelung, Wetterschutzgehäuse, Verdichterschütz, Notausschalter, Trockner und Schauglas. Die Zeitersparnis in der Vorortmontage ist einer der Hauptgründe, warum solche einbaufertigen Verflüssigungssätze eingesetzt werden.

 

Schmierung

Die Verdichter beinhalten im Lieferumfang bereits die benötigte Ölmenge. Nach einer gewissen Laufzeit nach dem Einbau empfiehlt sich eine Kontrolle des Öllevels über das Ölschauglas im unteren Teil des Verdichters. Der ideale Ölstand liegt bei halber Höhe des Ölschauglases, aber auch 1/4 bis 3/4 können toleriert werden. Im unteren Gehäusebereich befindet sich ein Ölablassanschluss, mit dem Öl abgelassen werden kann, ohne den Verdichter zu kippen. Hierfür reicht es, auf der Saugseite des Verdichters einen leichten Überdruck herzustellen und das Öl über diesen Anschluss und das Servicemanometer aus dem Verdichter abzulassen. "MLZ“-Verdichter sind mit einem PVE (Polyvinylether)-"Öl“ vorgefüllt. PVE bietet gegenüber den üblichen POE (Polyolester)- Schmierstoffen den Vorteil, dass es nicht mit Wasser chemisch reagiert und Säure bildet. Die Hygroskopie ist mit POE-Öl vergleichbar, Feuchtigkeit im System kann aber durch diese Eigenschaft auch leichter wieder entfernt bzw. evakuiert werden. Interessant ist auch die Verträglichkeit mit R22. Somit kann auf Exportanfragen wie z.B. aus Lateinamerika flexibel reagiert werden, denn dort dominiert noch immer R22 als Kältemittel. Um die optimale Schmierung der Verdichterinnenteile und eine gute Ölrückführung sicherzustellen, sollte der Scrollverdichter nicht häufiger als zwölfmal in der Stunde gestartet werden und nach jedem Stillstand mindestens eine Minute ausgeschaltet bleiben.

 

Elektrischer Anschluss

Für Außenaufstellung bzw. wenn niedrige Umgebungstemperaturen am Verdichter nicht ausgeschlossen werden können, sollte eine Kurbelwannen- Bandheizung eingesetzt werden. Diese sollte grundsätzlich antizyklisch zum Verdichter geschaltet werden (Verdichter läuft – Kurbelwannenheizung aus, Verdichter steht – Kurbelwannenheizung an). Die „MLZ“-Scrollverdichter sind üblicherweise als Dreiphasengeräte in 400 VAusführung auf dem Markt zu finden. Der elektrische Anschluss ist relativ einfach, da die Verdichter intern schon im Sternpunkt zusammengeschlossen und keine Brücken im Anschlusskasten zu legen sind. Es gibt drei Anschlusspins, auf die die drei Phasen kommend vom Leistungsschütz (bzw. im Idealfall vom Motorschutz im Schaltschrank) direkt aufgelegt werden. Es ist unbedingt zu beachten, dass der Scrollverdichter in der richtigen Drehrichtung läuft. Treten starke mechanische Geräusche auf und stellt sich auf dem angeschlossenen Servicemanometer nicht die übliche Druckdifferenz zwischen Hoch- und Niederdruck ein, dann läuft der Scrollverdichter mit hoher Wahrscheinlichkeit mit falscher Drehrichtung. Abhilfe kann durch den Tausch zweier Phasen am Verdichterklemmbrett geschaffen werden. Mit Hilfe eines Spannungsprüfers kann am Verdichterklemmkasten geprüft werden, ob die Spannungsversorgung in Ordnung ist. Die Außenleiter (Phase gegen Phase gemessen) sollten immer etwa 400 V betragen. Als zusätzlichen Schutz vor Übertemperatur und gegen zu hohe Strombelastung ist ein Bimetallschutz im Sternpunkt der Wicklungen eingearbeitet. Das heißt, im Allgemeinen löst der interne Motorschutz dann aus, wenn bei einer Widerstandsmessung am Verdichter (Versorgungsspannung vorher abklemmen) ein "unendlich großer Widerstand“ zwischen allen drei Pins gemessen wird. Sobald sich der Verdichter abgekühlt hat, schaltet der Bimetallschutz wieder ein. Ist der Elektromotor betriebsbereit, so nähern sich die drei gemessenen Widerstandswerte der Pins aneinander an. Der Wert liegt, je nach Leistungsgröße des Verdichters, im einstelligen Ohmbereich. Die Drehzahl dieser Verdichter beträgt bei 50 Hz etwa 2900 U/min, da der Elektromotor mit einem Polpaar gewickelt ist. Bei 60 Hz z.B. würde der Verdichter entsprechend schneller laufen (ca. 3480 U/min) als bei 50 Hz, da sich der Rotor des Verdichters an die entsprechende Netzfrequenz anlehnt (Hz = 1/s bedeutet, dass bei 50 Hz Wechselstrom 50mal in der Sekunde die Stromrichtung geändert wird).

 

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