Auf korrekte Schaltwertekommt es an

Das funktioniert folgendermaßen: Die In-formation über den aktuellen Druck in der Anlage wird in der Regel durch eine Stichleitung an den Druckschalter weitergegeben. Bei einer Direktmontage des Druckschalters auf der Rohrleitung (Patronendruckschalter) wird keine Stichleitung benötigt. In beiden Fällen betätigt der Druck ein potenzialfreies Kontaktsystem, womit beispielsweise ein Verdichter im Notfall abgeschaltet wird.

Funktion eines Druckschalters

Niederdruckschalter (ND-Schalter), die meist in unmittelbarer Nähe des Verdichters auf der Saugseite angeschlossen werden, dienen in einer Wärmepumpe vor allem zur Schutzabschaltung des Verdichters bei Kältemittelmangel. Grund dafür ist die Tatsache, dass Kältemittelverlust in der Anlage zu verschiedenen Problemen führen kann. So wird zum Beispiel die Sauggaskühlung verringert, was besonders bei einem zu 100 Prozent sauggasgekühlten Verdichter ein großes Problem ist. Außerdem tritt bei einer Leckage grundsätzlich auch Kältemaschinenöl aus, da dieses zusammen mit dem Kältemittel ständig durch den gesamten Kältekreislauf wandert. Dies wiederum kann eine unzureichende Schmierung zur Folge haben.

Daher ist es sehr vorteilhaft, bei starkem Absinken des Niederdrucks den Verdichter vorsorglich abzuschalten, um Schäden oder gar einen Komplettausfall des Verdichters zu vermeiden. Zu beachten ist, dass nicht jede Schutzabschaltung eines ND-Schalters unbedingt auf einen Kältemittelmangel zurückzuführen sein muss. Der Servicemonteur sollte in einem solchen Störfall auch immer den Durchsatz des Mediums am Verdampfer prüfen. Ist dieser aufgrund einer anderen Fehlfunktion zu gering, dann muss kein Kältemittelmangel vorliegen. Ein einfaches Beispiel dafür wäre ein de­fekter Verdampferlüfter bei einer Luft/Luft- bzw. Luft/Wasser-Wärmepumpe oder eine defekte Pumpe auf der Verdampferseite bei Wasser (Sole)/Wasser-Wärmepumpen.

Abpumpschaltungen

Der Niederdruckschalter kann auch für Regelzwecke eingesetzt werden. So dient er bei Pump down- und Pump out-Schaltungen dazu, die Anlage immer dann, wenn der Verdichter aus Regelgründen abschaltet (zum Beispiel: wenn die Abschalttemperatur erreicht ist), außer Betrieb zu setzen.

Dies geschieht dann, wenn der Druck durch das Schließen des Flüssigkeitsmagnetventils und den zunächst weiterlaufenden Verdichter ab dem Flüssigkeitsmagnetventil über den Verdampfer bis hin zur Saugseite abgebaut wird. Ab einem bestimmten Schwellenwert schaltet der ND-Schalter dann die Anlage ab. Wird nach einiger Zeit der Einschaltpunkt des Regelthermostaten wieder erreicht und das Magnetventil geöffnet, dann steigt der Druck in der Saugleitung wieder an und der ND-Schalter schaltet bei Überschreitung seines Wiedereinschaltpunktes den Verdichter wieder zu.

Hochdruckschaltervarianten

Auf der Hochdruckseite gibt es zum einen die Funktion des klassischen Hochdruckschalters. Die Verwendung von Hochdruckschaltern für gewerbliche Wärmepumpen ist grundsätzlich vorgeschrieben. Sie dienen zur Schutzabschaltung des Verdichters als in der Regel maßgeblichen Druckerzeuger in einer Wärmepumpe, die nach dem Kompressionsprinzip arbeitet. Wird nun der zulässige Betriebsüberdruck erreicht und es bahnt sich eine Überschreitung an, so wird der Verdichter durch den Hochdruckschalter abgeschaltet und der Druck auf der Hochdruckseite fällt wieder.

Bei Hochdruckschaltern für diesen Zweck unterscheidet man zwischen Druckwächtern, Druckbegrenzern und Sicherheitsdruckbegrenzern. Bei einem Druckwächter (DWK) kann grundsätzlich eine automatische Wiedereinschaltung nach einer gewissen Absenkung des Drucks auf der Hochdruckseite stattfinden. Bei einem Druckbegrenzer (DBK) muss nach einer Schutzabschaltung ein manueller Reset vorgenommen werden. Dieser Reset darf mit der Hand und ohne Werkzeug auslösbar sein. Beim Sicherheitsdruckbegrenzer (SDBK) schließlich ist ein Werkzeug nötig, um den manuellen Reset herbeizuführen.

Bauarten

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

Drücke

Bei der Auswahl und beim Austausch von Druckschaltern sollte immer besonders auf die Druckwerte geachtet werden. So ist der maximal zulässige Betriebsüberdruck wichtig, um zu entscheiden, ob der Druckschalter für diesen Einsatz überhaupt geeignet ist. Als Hochdruckschalter können also nur Geräte verwendet werden, die mindestens den vom Hersteller für die spezifische Wärmepumpe definierten maximal zulässigen Betriebsüberdruck aufweisen. Zur Grob-orientierung, in welcher Drucklage man sich bei den verschiedenen Kältemitteln in etwa bewegt, kann man die Drücke bei 60 °C Verflüssigungstemperatur betrachten. Sollte man höher verflüssigen wollen, zum Beispiel bei Gussheizkörperbetrieb in Altbauten, dann muss der zulässige Betriebsüberdruck entsprechend höher gewählt werden.

Das Kältemittel R 134 a liegt bei 60 °C etwa bei 16 bar, R 407 C (Taupunkt) bei 24 bar und R 410 A bei 37,5 bar Überdruck. Im Zweifel sollte der maximal zulässige Betriebsüberdruck eher etwas höher als zu niedrig festgelegt werden. Ein weiterer wichtiger Punkt sind die Schaltpunkte des Druckschalters. Ein einstellbarer Druckschalter hat dafür einen Einstellbereich, der meist den notwendigen Spielraum bietet. So hat der einstellbare Druckschalter KP 6 einen Arbeitsbereich von 8 bis 42 bar (Überdruck) bei einem maximal zulässigen Betriebsüberdruck von 46 bar. Somit ist die maximale Hochdruckeinstellung 42 bar und damit gut für R 410 A oder unterkritische Anwendungen von R 744 (CO₂) einsetzbar. Für den Service zum Beispiel für die Be­stückung von Servicefahrzeugen empfiehlt sich ein solcher einstellbarer Druckschalter mit hohem maximal zulässigen Be-triebsüberdruck, da mit diesem Gerät praktisch alle Wärmepumpen mit verschiedenen Kältemitteln gewartet werden können.

Bei Patronendruckschaltern muss in noch höherem Maße auf die Schaltpunkte geachtet werden, da diese Schwellwerte fest eingestellt sind und im Nachhinein nicht mehr geändert werden können. Findet man zum Beispiel einen Patronendruckschalter Typ ACB mit folgendem Labelaufdruck vor: 26 NC 20 bar PS 45 bar, dann bedeutet das einen Abschaltdruck von 26 bar, einen Wiedereinschaltdruck von 20 bar und einen maximal zulässigen Betriebsüberdruck von 45 bar. NC ist hierbei das Kürzel für den Hochdruckschalterwirksinn, NO wäre derfür Niederdruckschalter. Einen Niederdruckschalter kann man außerdem durch die niedrigen Schaltpunkte erkennen zum Beispiel 1,5 NO 0,5 bar. Es gibt auch NO Patronendruckschalter mit relativ hohen Drücken (zum Beispiel 16 NO 13 bar). Diese sind für Wärmepumpen ungeeignet, da sich ihr Einsatz auf die Verflüssiger-Lüfter­re­gelung bei Kälteanlagen beschränkt.

Elektrischer Anschluss

Patronendruckschalter haben im Gegensatz zu einstellbaren Standarddruckschaltern meist nur ein einfaches Kontaktsystem mit den Stellungen offen oder geschlossen. Es gibt kein Wechselkontaktsystem, bei dem von einem auf den anderen Kontakt umgeschaltet werden kann.

Bei einem Standard-Druckschalter mit Wechselkontaktsystem gibt es jedoch normalerweise drei Anschlusskontakte, wo die Adern des Elektrokabels angeschlossen werden können. Bei diesen drei Anschlüssen handelt es sich um Phase Eingang, Störung und Phase Ausgang (zum Motor). Dabei macht es keinen Unterschied, ob bei einer Zweierbelegung von Phase Eingang und Phase Ausgang die beiden Anschlüsse ver- oder gewechselt werden.

Der Anschluss Störung wird eher selten benutzt. Eine denkbare Störungsmeldung wäre hier die Ansteuerung einer roten Signallampe oder die Weiterleitung zu einer Fernwarte. Bei einem KP1 von Danfoss (Niederdruckschalter) wird Phase Eingang auf Kontakt 1 und Phase Ausgang auf Kontakt 4 gelegt. Falls die Störungsfunktion gewünscht wird, so kann sie zusätzlich auf Kontakt 2 geklemmt werden. Hierbei ist unbedingt zu beachten, dass der Anschluss bei einem KP7-Hochdruckschalter nicht analog vorgenommen wird. Während Phase Eingang weiter auf Kontakt 1 bleibt, kommt Phase Ausgang auf Kontakt 2 und Kontakt 4 dient zur Störmeldung.

Dies scheint verwirrend, kann aber vom Servicemonteur unter Zuhilfenahme des KP-Druckschalters leicht hergeleitet werden. Nimmt man die Kunststoffabdeckung ab, ist rechts das Kontaktsystem zu sehen. Es ist mit 1, 2 und 4 beschriftet. Bei einem ND-Schalter KP1 befindet sich der Kontakt 4 oben und der Kontakt 2 unten. Der relevante Ausschaltfall ergibt sich bei einer Druckabsenkung (zum Beispiel durch Kältemittelmangel). Da das Druckschalter-Balgelement bei steigendem Druck immer nach oben (Balg bläht sich auf) und bei Druckabsenkung immer nach unten fährt, muss das Abschalten bei der Abwärtsbewegung stattfinden. Damit ist bei KP1 der Anschluss 1 und 4 für den Hauptpfad Netz- Verdichter zu wählen.

Bei einem KP6- oder KP7-Hochdruckschalter hingegen findet das Abschalten bei hochfahrendem Balg statt. Da sich der Kontakt 4 immer noch oben und Kontakt 2 immer noch unten befindet, muss hier an 1 und 2 angeschlossen werden. Im Falle eines Doppeldruckschalters, der bei Danfoss mit einer Ausnahme (KP7BS, zwei Hochdruckschalter DBK + SDBK) immer ein kombinierter ND- und HD-Schalter ist, gibt es Varianten mit ND- oder ND- und HD-Störungskontakt. Durch die Verwendung eines Doppeldruckschalters entfällt sowohl eine elek­trische Installation als auch eine Befestigungsmontage. Außerdem sind zwei Druckschalter meist teurer als ein Doppelpressostat.

Druckanschluss

Beim kältetechnischen Anschluss eines Druckschalters zur Wandmontage sollte besonders beachtet werden, dass sicherheitsrelevante Hochdruckschalter (z. B. KP7W, KP7B, KP7S, KP7BS) grundsätzlich durch eine Stichleitung mit mindestens 4-mm-Innendurchmesser angeschlossen werden. Was bedeutet, es ist ein 6-mm-Kupferrohr zu verwenden. Natürlich ist es auch möglich, spezielle Kunststoffanschlussleitungen für Wärmepumpen oder Kälteanlagen mit einem Innendurchmesser von mindestens 4 mm zu nutzen. Niederdruckschalter dürfen weiterhin mit Kapillarrohren angeschlossen werden, wobei viele Anlagenbauer aus Rücksicht auf die Optik und zur Vorbeugung gegen ungewollte Kapillarverschlüsse grundsätzlich 6-mm-Kupferrohre oder alternativ Kunststoffrohre für alle Druckschalter verwenden.

IP-Schutzgrad

Der IP-Schutzgrad kann je nach Örtlichkeit und Umgebungsfaktoren ein weiteres wichtiges Entscheidungskriterium sein. Die erste Stelle der beiden Zahlen, aus denen sich der IP-Schutzgrad zusammensetzt (zum Beispiel IP54), steht für den Berührungsschutzgrad, die zweite Stelle steht für den Wasserschutz. Ein IP-Grad von IP 4* besagt, dass bei einem solchen Gerät das Eindringen eines Drahtes mit 1-mm-Durchmesser nicht möglich sein darf. IP 4* bedeutet außerdem eine Eignung für Sprühwasser aus allen Richtungen. Pauschal lässt sich sagen, je höher der Schutzgrad, umso besser ist das Gerät gegen Staub- und Schmutzpartikel sowie gegen Feuchtigkeit geschützt.

Standard-KP-Druckschalter von Danfoss haben ohne montierte Kopfabdeckung einen Schutzgrad IP33 gegen Staub- und Feuchtigkeitseinwirkung. Ist die mitgelieferte Kopfabdeckung montiert, erhöht sich der Schutzgrad auf IP44. Verwendet man ein Zubehör-Schutzgehäuse, so wird IP55 erreicht. Ist ein noch höherer IP-Schutzgrad gewünscht, so gibt es die Baureihe RT, die für besonders raue Umgebungen konzipiert wurde. Diese besitzen IP-Schutzgrade von 54 bis 66, je nach Ausführung. -

Fazit

In einer Wärmepumpe sind in der Regel ein Hoch- und ein Niederdruckschalter zu finden. Werden der maximal zulässige Betriebsüberdruck, die Reset-Art auf der Hochdruckseite und die Schaltpunkte beachtet, ist dies bereits die halbe Miete. Der Erstausrüster hat die Wahl zwischen fest eingestellten Patronendruckschaltern oder einstellbaren Standarddruckschaltern. Für den Servicebereich ist der einstellbare Druckschalter die beste Wahl. -

Regional Support Manager, Danfoss GmbH, Kältetechnik, Offenbach