Tipps für den Monteur (Teil 14)

Die Aufgabe eines Drehzahlreglers für Verflüssigerlüfter besteht darin, den Kondensationsdruck in einer Kompressionskälteanlage immer möglichst konstant zu halten. Dies wird durch eine Anpassung der Lüfterdrehzahl erreicht. Steigt der Verflüssigungsdruck im System an, so wird die Lüfterdrehzahl erhöht, sinkt der Druck, so wird die Drehzahl des Lüfters reduziert. Vereinfacht ausgedrückt bedingen Wärmetauschfläche und Luftdurchsatz die Leistung eines Verflüssigers. Ein höherer Luftdurchsatz bei gleichen Bedingungen führt zu sinkendem Verflüssigungsdruck. Daran wird bereits deutlich, dass die Lüfterdrehzahlregelung am Verflüssiger nur einen der beiden Parameter, nämlich die Luftmenge beeinflusst. Dies hat praktische Gründe. So kann eine Drehzahlregelung nach dem Phasenanschnittsprinzip einfach montiert und auch kostengünstig nachgerüstet werden. Das Regelungsergebnis ist dabei so gut, dass es kaum zu überbieten ist (d.h. die Druckschwankung auf der Hochdruckseite ist so stark reduziert, dass eine weitere Einflussnahme darauf nicht erforderlich ist). Grundsätzlich wäre natürlich auch eine Regelung des Verflüssigungsdruckes über die direkte Beeinflussung der Wärmeaustauschfläche denkbar. So könnten ähnliche Effekte zum Beispiel durch klassische Jalousieklappen erzielt werden, die durch aus der Lüftungstechnik bekannte Klappenmotoren angetrieben werden. Allerdings gelten solche Anlagen heutzutage als Exoten – zumindest in der Gewerbekälte oder Standard-Klimatechnik, die sich durch den Einsatz zwangsbelüfteter luftgekühlter Verflüssiger auszeichnet.

                                             
Funktionsprinzip

Am häufigsten wird bei der Drehzahlregelung von Verflüssigerlüftern das Phasenanschnittsprinzip angewendet. Dabei ist folgendes wichtig für den Kältefachmann: Ein Phasenanschnittsregler ist kein Frequenzumrichter, das heißt, er verändert nicht die Frequenz der Speisespannung des Lüftermotors. Vielmehr nimmt er den ersten Abschnitt der Sinuswelle nach dem Nulldurchgang der Versorgungsspannung weg. Durch Zuschaltung der Spannung im Laufe des Sinusbogens passt der Regler dann die Drehzahl des Motors an. Die hierfür benötigten Elektronikbauteile heißen Triacs. Sie sorgen dafür, dass nach dem Nulldurchgang der Sinuswelle der Versorgungsspannung zunächst keine Spannung durchgelassen wird. Dies geschieht erst dann, wenn die Triacs zünden. Besonders wichtig ist dabei, dass die Lüftermotoren einer deutlich höheren thermischen Belastung ausgesetzt sind, als bei Direktbetrieb eines Lüfters der Fall. Zu der erhöhten Belastung durch die Phasenanschnittsregelung kommt noch die reduzierte Kühlung durch den geringeren Luftvolumenstrom bei abgesenkter Drehzahl hinzu. Somit sollte unbedingt zunächst die Eignung des Lüftermotors für diese Art von Drehzahlregelung beim Hersteller erfragt werden (bzw. die entsprechenden Datenblätter konsultiert werden). Nichts wäre unglücklicher, als eine Störung aufgrund einer Bimetallabschaltung eines Lüftermotors im Hochsommer, nur weil diese Problematik nicht berücksichtigt wurde.
 

Leistungsgrößen

 
Da wir hier von Leistungselektronik sprechen, ist es klar, dass es verschiedene Leistungsgrößen für verschieden große Lüftermotoren geben muss. So hat Danfoss für die besonders gebräuchlichen Einphasenmodelle (230V 1~ 50 Hz, also unsere Standard „Steckdosenspannung“) sowohl 3, 4, 6 als auch 8 A Versionen der Baureihe „RGE“ im Programm. Manch ein Praktiker könnte nun einwenden, dass die meisten Axialventilatoren in der Gewerbekälte und bei „Wald und Wiesen“-Klimaanlagen zumeist nicht einmal 1 A Nennstrom aufnehmen. Das ist tatsächlich richtig. Nur ist gerade eine Regelung von mehreren Verflüssigerlüftern – speziell bei separaten Horizontal-Verflüssigern – mit einem Drehzahlregler üblich und auch sinnvoll. So hätte die Regelung von nur einem Lüfter bei einem Verflüssiger mit etwa acht Lüftern keinen großen Effekt und würde höchstens von Anwohnern aufgrund des permanenten Hoch- und Herunterfahrens als Ärgernis empfunden. Solange die Summe der Einzelstromaufnahmen den Maximalwert des Drehzahlreglers nicht übersteigt, können mehrere Motoren mit einem Phasenanschnittsgerät gefahren werden. Dabei sind die Motoren parallel zueinander auf beispielsweise den „RGE“ aufzulegen. Natürlich gibt es auch Drehzahlregler für den 3-Phasenbetrieb. Hier sind 5 A Geräte des Typs „RGE“ verfügbar. Durch die Tatsache, dass sich bei Drehstromgeräten die Stromaufnahme auf drei Stränge (L1, L2 und L3) aufteilt, ist dieser Maximalwert als sehr hoch einzustufen. Somit sind mit einem Dreiphasen 5 A Gerät schon ganze Lüfterbatterien mit vergleichsweise großen Motoren fahrbar.
 

Ausführungen

 
Verflüssigerlüfterdrehzahlregler gibt es in Ausführungen zur Wandmontage (Typ „RGE“ von Danfoss) und zur Direktmontage auf die Rohrleitung („XGE“). Die Wandmontage bzw. Befestigung an einem Panel ist besonders gut für Neuanlagen geeignet. Die „RGE“ können für bessere Servicefreundlichkeit z.B. neben den Druckschaltern und – falls vorhanden – festinstallierten Manometern gesetzt werden. Damit sind Einstellungsänderungen bei Wartungsarbeiten im Nachhinein leicht möglich. Außerdem wirken Anlagen, die so aufgebaut sind, sehr professionell und übersichtlich. Für die nachträgliche Ausrüstung einer Kälteanlage mit Drehzahlregelung eignen sich die Direktmontagegeräte „XGE“ optimal. „XGE“ können auf vorhandene 7/16“ UNF-Servicenippel aufgeschraubt werden, ohne dass das Kältemittel entfernt werden muss. Der integrierte Schraderöffner öffnet beim Aufschraubvorgang den Kältekreis automatisch in Richtung „XGE“. Somit gelangt die aktuelle Druckinformation, die gleichzeitig der Regelistwert ist, zum Drehzahlregler. Wer gerne eine Mischform aus beiden Ausführungen möchte, der kann auf den „XGE“ mit Außenbördelanschluss zurückgreifen. Diese Variante hat die Form des Direktmontagegerätes, läßt sich aber gut mittels Montagekonsole an einer beliebigen Stelle montieren. Die Druckinformation kann dann kundenseitig mit einem vorkonfektionierten Kapillarrohr mit Überwurfmuttern oder einem 6 mm Kupferrohr vom Hauptrohr zum „XGE“ hingeführt werden.
 

Elektrischer Anschluss

 
Der elektrische Anschluss von Phasenanschnittsgeräten ist meist denkbar einfach. Normalerweise reicht es, wenn die zu regelnden Phasen zum Drehzahlregler hin und von ihm weg zum Lüftermotor geführt werden. Bei dreiphasigen Motoren handelt es sich um L1, L2 und L3, die von der Spannungsversorgung (Schaltschrank) zum Drehzahlregler hingeführt werden. Dann wird das entsprechend bearbeitete Spannungssignal weitergeleitet zum Motor. Damit ist es grundsätzlich ausreichend, eine Mantelleitung mit vier Adern (drei Phasen und einmal Schutzleiter) zwischen Drehzahlregler und Verflüssigerlüfter zu verlegen. Ein Nullleiter ist bei Standard-Drehstrommotoren nicht notwendig. Sollte noch ein potentialfreier Schutzkontakt (z.B. für Motorübertemperatur) aus dem Motor heraus zum Schaltschrank geführt werden müssen, so erhöht sich die erforderliche Mindest-Adernzahl auf sechs. Bei Einphasengeräten ist es meist nur nötig, die Phase L1 über den Drehzahlregler laufen zu lassen. Oft wird der Nullleiter (N) trotzdem aus praktischen (verkabelungstechnischen) Gründen über den Drehzahlregler geschliffen, obwohl hier durch das Phasenanschnittsgerät kein Effekt erzielt wird. Das hängt damit zusammen, dass die eine Mantelleitung zum Schaltkasten und die andere zum Lüfter geführt ist. Würde man den Nullleiter direkt vom Motor zum Schaltschrank führen wollen – was in der Regel technisch funktioniert – dann müsste man ein zusätzliches Kabel vom Verflüssigermotor zum Schaltschrank ziehen. Das wäre ein vermeidbarer erhöhter Montageaufwand.
 

Zwangsbetrieb – volle Drehzahl

 
In einigen Fällen kann es erforderlich sein, den Drehlzahlregler zeitweise zu umgehen und den Verflüssigerlüfter permanent mit voller Drehzahl zu betreiben. Eine solche Schaltung hat zu jeder Zeit den kleinstmöglichen Verflüssigungsdruck zur Folge, der mit der aktuellen Lüfterbestückung und den momentan herrschenden Betriebsbedingungen möglich ist. Zu diesem Zweck kann bei Einphasengeräten L1 von der Zuleitung mit dem Ausgang von L1 aus dem Drehzahlregler über einen potentialfreien Kontakt verbunden werden. Bei Dreiphasen „RGE“-Drehzahlreglern gibt es dafür die Kontakte „S1“ und „S2“. Werden diese beiden Kontakte kurzgeschlossen, dann läuft auch der 3~ „RGE“ auf höchster Drehzahl. Ob nun dieser potentialfreie Kontakt mittels Handschalter geschlossen bzw. geöffnet wird oder mit einem Druckschalter, kann individuell entschieden werden. Ein Handschalter erleichtert die turnusmäßigen Wartungsarbeiten. So kann bei der Reinigung des Verflüssigerregisters mit Stickstoff der Handschalter auf die Stellung „ein“ (Drehzahlregler gebrückt) gestellt werden. Der Betrieb bei voller Lüfterdrehzahl hilft dabei den Staub, der aus dem Register heraus in den Zwischenraum von Register und Lüfter geblasen wird, endgültig aus dem Verflüssiger herauszutransportieren. Die zweite Schaltungsvariante mit einem geeigneten Druckschalter wäre für den Normalbetrieb nicht sehr sinnvoll (das Phasenanschnittsgerät wird bei zu hohem Verflüssigungsdruck automatisch die volle Drehzahl abgeben), könnte aber aus Gründen der zusätzlichen Betriebssicherheit eine wichtige Rolle spielen. So wäre der Druckschalter auf einen vergleichsweise hohen Einschaltwert – etwas unterhalb des Abschaltpunktes des Hochdruckschalters –   einzustellen und würde erst dann ins Geschehen eingreifen, wenn ein Defekt am Drehzahlregler vorliegt. Das ist normalerweise zwar nicht nötig, bei besonders wichtigen und empfindlichen Kühlgütern aber denkbar.

Mindestdrehzahl

 
Neben dieser Zwangssteuerung, die verdrahtungstechnisch realisiert werden muss, ist bei vielen Phasenanschnittsgeräten auch eine Mindestdrehzahl vorwählbar. Meist kann zwischen der Option „Mindestdrehzahl“ und „Komplett-Abschaltung unter einem gewissen Minimaldrehzahlwert“ gewählt werden. Favorisiert man die Mindestdrehzahloption, dann läuft der Lüftermotor auch bei weiterem Absinken des Verflüssigungsdruckes mit der vom Drehzahlregler festgelegten Mindestdrehzahl weiter. Diese Variante (es gibt „RGE“-Regler, bei denen beide Betriebsvarianten in einem Gerät zu finden sind und mittels Schalter vorwählbar sind oder „XGE“-Regler, bei denen man sich bereits bei der Bestellung auf die Betriebsart festlegen muss) ist besonders gut für Verflüssigungssätze geeignet, auf denen keine 100 % sauggasgekühlten Verdichter verbaut sind. Dies trifft auf Danfoss Verflüssigungssätze mit schwarzen Hubkolbenverdichtern zu. Die Betriebsart „Mindestdrehzahl“ stellt somit stets eine Mindestluftbewegung über den Verdichter sicher. Dieser leichte Luftstrom ist zur Verdichterkühlung in aller Regel ausreichend.  Die zweite Option ist das Abschalten des Motors unterhalb einer gewissen Drehzahl. Das bietet den Vorteil, dass sich der Drucksollwert (Verflüssigungsdruck) nicht nach unten von seinem Sollwert entfernt. Nachteilig ist der etwas unruhigere Betrieb, besonders in Übergangszeiten bzw. Zeiten niedrigerer Umgebungstemperaturen. In diesen Fällen kommt es häufiger zu An- und Abschaltungen, was von Anwohnern als unangenehmer empfunden werden kann als der Dauerbetrieb des Lüfters mit moderater Drehzahl.
 

Hoher IP-Schutzgrad

 
Da Verflüssigerlüfterdrehzahlregler gerne im Außenbereich montiert werden, ist auf einen hohen IP-Schutzgrad zu achten. Ein hoher IP-Schutzgrad bedeutet, dass die Leistungselektronik im Inneren des Phasenanschnittsgerätes gut gegen Feuchtigkeit bzw. feinen Staub geschützt ist. Ein Schutzgrad von mindestens IP 54 für den Einsatz im Außenbereich ist anzustreben. „RGE“-Drehzahlregler haben den Schutzgrad IP 54. Dabei bedeutet die „5“ aus „54“, dass sie „staubgeschützt“ sind. Die „4“ als zweite Ziffer sagt aus, dass das Gerät spritzwassergeschützt ist. Im Einsatz unter besonders unwirtlichen Bedingungen können „XGE“-Geräte mit Schutzgrad IP 65 eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um einen sehr hohen Schutzgrad, denn die „6“ steht für volle „Staubdichtheit“. Zusätzlich ist das Gerät (Ziffer „5“) sogar gegen Strahlwasser geschützt.
 

Ausblick

 
In dieser Ausgabe haben wir uns auf Lüfterdrehzahlregelung zum Zwecke der Konstanthaltung des Verflüssigungsdruckes konzentriert. Wir besprechen in der folgenden Ausgabe, wie man den Saugdruck mittels Ab- und Zuschaltung von Verdichtern regeln kann. Lesen Sie mehr dazu in den nächsten „Tipps für den Monteur“ – Teil 15 „Verbundregler“.