Einfach gesagt, müssen die mechanischen Innenteile des Verdichters stets ausreichend geschmiert und der Verdichter ausreichend gekühlt werden. Außerdem darf es keine Probleme in der elektrischen Versorgung geben (z. B. einen Zweiphasenbetrieb). Darüber hinaus ist stets sicherzustellen, dass das, was der Verdichter ansaugt, auch kompressibel ist. Vor allem die mechanischen Symptome und Ausfallursachen werden in dieser Kompaktserie behandelt. Diese Artikelreihe soll helfen, anhand von Bildern mit Verdichterschäden, mögliche Ursachen für Ausfälle von Verdichtern zu erkennen und zeigen, was man aus ihnen lernen kann, um in einem Kältesystem gezielt Korrekturen der Ursachen für den Ausfall vornehmen zu können. Im ersten Teil der Beitragsreihe wird flüssiges Kältemittel im Verdichter besprochen.
Verdichter saugt flüssiges Kältemittel an
Das Phänomen flüssiges Kältemittel am Verdichterstutzen“ tritt auf, während der Verdichter in Betrieb ist. Hier kehren größere Mengen flüssiges Kältemittel unkontrolliert über die Saugleitung zurück zum laufenden Verdichter. Aufschäumendes Öl im Kurbelgehäuse des Verdichters im Betrieb ist ein Hinweis auf flüssiges Kältemittel, welches zum Verdichter zurückkommt.
Wenn Flüssigkeit in die Zylinder angesaugt wird, wird die Schmierung zu den Zylindern und Kolben ausgewaschen. Dies verursacht Riefenbildung und hohe Temperaturen im Zylinder, was zur Kontamination des Verdichterinneren mit Metallabrieb führt. Die Flüssigkeit verdünnt außerdem das Öl im Ölsumpf des Verdichters. Die Schmierfähigkeit des Öls, welches immer weiter durch flüssiges Kältemittel verdünnt wird, wird beeinträchtigt. Wenn dieses mit Flüssigkeit angereicherte Öl durch die Kurbelwelle nach oben gefördert wird, um die Lager, Pleuel und Zylinderwandungen zu schmieren, beginnt das Kältemittel im Öl durch die auftretende Reibung zu verdampfen. Damit ist das Öl nicht mehr in der Lage, seine ureigenste Aufgabe zu erfüllen. Das Hauptlager und die Pleuel, die am weitesten von der Ölansaugstelle entfernt sind, sind am schnellsten von der Mangelschmierung betroffen. Die Folge sind Fressungen an diesen Bauteilen. Manchmal verschleißt das obere Hauptlager so stark, dass es zu einer Neigung der Kurbelwelle und damit zu einem Rotor/Stator-Kontakt kommt. Diese Berührung zwischen dem sich drehenden Rotor und dem Stator führt in der Folge zu einem Durchbrennen der Motorwicklung. Häufiger jedoch fressen sich die obersten Pleuel auf der Kurbelwelle fest, und da der Motor die Kurbelwelle weiter dreht, werden die Aluminiumpleuel und oft auch die Kolben gebrochen. Wenn Pleuel durch Flüssigkeit auf der Kurbelwelle festgefressen sind, ist häufig festzustellen, dass Alumi-niumabrieb von den großen Pleuelaugen auf der Kurbelwelle abgelagert ist.
Dies wird durch flüssiges Kältemittel verursacht, das durch die Reibungswärme von den Lagerflächen buchstäblich explosionsartig aus dem Öl herausgeschleudert wird. Wenn Pleuel und Kolben brechen, werden die Bruchstücke im Verdichterinnenraum und Motorbereich umhergeschleudert. Dies kann Beschädigung an der Motorwicklungsisolierung und ein Durchbrennen des Motors verursachen. Sehr häufig wird die Diagnose Durchbrennen des Motors“ gestellt, die eigentliche Ausfallur-sache war jedoch flüssiges Kältemittel, welches bis zum Verdichter gelangt ist.
Flüssiges Kältemittel am Saugstutzen des Verdichters“ tritt häufig während des Nachtbetriebs auf, wenn die Lastanforderungen gering sind und die Anlage Leistungsüberschuss hat. Häufig sind Expansionsventile für die Systemlast überdimensioniert und bei jedem Verdichterstart oder Beschickung mit viel Ware wird das Expansionsventil förmlich aufgerissen. Dadurch ergibt sich eine Überfüllung des Verdampfers, insbesondere wenn die Überhitzungseinstellung zu niedrig ist. Thermostatische Expansionsventile werden durch sinkenden Verdampfungsdruck tendenziell geöffnet, wobei der Druck unter der Membrane des Expansionsventils kleiner wird. Diese Druckabsenkung reagiert oft schneller als die Füllung im Expansionsventilfühler und das Expansionsventil wird zunächst geöffnet. Bis zum Ansprechen der Fühlerfüllung und Sinken des Fühlerdrucks, um das Ventil tendenziell zu schließen, strömt flüssiges Kältemittel praktisch unkontrolliert in den Verdampfer. Je größer das Ventil, desto größer die Flüssigkeitsmenge.
Sobald diese Flüssigkeit die Saugleitung erreicht, ist ihre nächste Station wieder der Verdichter. Wichtig ist die Einstellung der Überhitzung auf einen Punkt, der unter allen Lastbedingungen stabil ist. Dabei kann der Wechsel zu einer Düse kleinerer Leistung notwendig sein, um diese stabile Regelung zu erreichen. Auch die Aufrüstung auf ein elektronisches Expansionsventil oder Montage eines Flüssigkeitsabscheiders in der Saugleitung kann hier Abhilfe schaffen.
Die Ursachen für Flüssigkeit am Saugstutzen des Verdichters sind vielfältig:
Geringe Verdampferlast
Überdimensionierung
Kühlraumluftverteilung (schlechte Luftzirkulation im Kühlraum verursacht durch Luft-Hindernisse, wie Beleuchtung, Regale usw.)
Defekte Verdampferlüfter
Zu viel Öl im Verdampfer
Unzureichende Verdampfer- abtauung (vereister Verdampfer / keine Luftströmung / schlechte Wärmeübertragung)
Überdimensionierte Expansionsventile
Falsche Expansionsventildüse
Äußerer Druckausgleich verstopft (Kapillarrohr? Ölverharzung? usw.)
Expansionsventilfühlerschelle lose oder Fühler falsch positioniert an der Saugleitung
Überhitzungseinstellung zu niedrig
Vorbeugende Maßnahmen, um flüssiges Kältemittel im Verdichter zu vermeiden:
Expansionsventillast muss auf Düse der richtigen Größe hin überprüft werden
Überhitzungseinstellung sollte auf mindestens 6 bis 8 K Überhitzung (thermostatisch) eingestellt sein; kann bei Einsatz eines elektronischen Expansionsventils niedriger sein
Ausreichend dimensionierten Flüssigkeitsabscheider mit korrekter Ölrückführung einbauen
Abtauregelung überprüfen
Vollständiger Systemcheck der Kälteanlage
Hinweis: Flüssiges Kältemittel am Verdichter“ tritt häufig unter niedrigen Lastbedingungen auf. Aktivitäten wie das Öffnen von Türen, Produktbewegung und Gabelstaplerbetrieb entfallen oft in der Nacht. Die daraus resultierende niedrige Wärmelast un-terstützt das Auftreten der Flüssigkeits-problematik. Gegen Störungen, die nur im Nachbetrieb auftreten, hilft häufig eine 24-stündige Protokollierung der Betriebsbedingungen (alle Drücke und Temperaturen).
Ausfallursachen bei Verdichtern
Es gibt fünf Hauptgründe für einen Verdichterausfall:
Flüssiges Kältemittel am Saugstutzen des Verdichters (im Betrieb)
Verdichterstarts – geflutet
Flüssigkeitsschlag
Thermische Überbeanspruchung
Mangelnde Schmierung
Wenn ein defekter Verdichter einfach durch einen neuen ersetzt wird, ohne die Ursachen für den Ausfall zu beseitigen, kommt es meist nur zu einem weiteren Verdichterausfall.
Zusatzinformationen: Alles rund um die Kälte – Online-Lernprogramme von Danfoss
Ob Großhändler, Anlagenbauer oder -betreiber, Seriengerätehersteller oder Schulen: Danfoss bietet für verschiedenste Zielgruppen auf dem Online-Wissensportal passende Lernprogramme an. Für Experten, die bereits jahrelange Erfahrung in der Kälteindustire haben, fokussieren die Inhalte etwa auf Kältemittel, Richtlinien und Software zur Produktauswahl, Lösungen für verschiedene Anwendungen (Kühlraum, Wärmepumpe usw.) sowie Tipps bei der Montage oder Produktinformationen.
Schüler und Studenten der Kälteindustrie sowie deren Ausbilder haben die Möglichkeit, im Einführungskurs Grundlagen der Kälte-technik“ unterrichtsergänzendes Lernmaterial zu bekommen. Das Programm besteht aus E-Lessons und PowerPoint-Kursen für selbst-ständiges Lernen. Nach Abschluss dieses Programms verfügen die Schüler über Kenntnisse über die physikalischen Prinzipien und Grundlagen der Kältetechnik; Thermodynamik; Fachbegriffe der Kältetechnik; log p, h-Diagramm; Kältemittel und ihre Eigenschaften; Einführung in Gewerbekälteanlagen; Einführung in die Hauptkomponenten und deren Funktionen und vieles mehr. Einige der Kurse können mit einem kurzen Test abgeschlossen werden, der dazu dient, das Gelernte zu überprüfen. Dieser Test ist nicht verpflichtend, aber er ist eine gute Möglichkeit,sein Wissen einzuschätzen.
Stephan Bachmann,
Team Leader Technical Support CER (Central European Region), Danfoss GmbH, Cooling Division, Offenbach
