Die Christof Fischer GmbH ist als eines der führenden Unternehmen der Branche leistungsfähiger Großhandelspartner für die Kälte- und Klimatechnik in Deutschland und der Schweiz. Zudem werden im eigenen Anlagenbau auf über 3000 m2 kunden- und projektspezifische Sonderanlagen und -systeme im Leistungsbereich von wenigen kW bis zu 1,5 MW gefertigt. Zu diesen Systemen gehören auch Kälteanlagen mit natürlichen Kältemitteln wie Ammoniak oder CO2.
Bedingt durch die hohen Drucklagen beim Einsatz von CO2 konnte keiner der aus dem FKW-Bereich bekannten und gleichzeitig bauteilgeprüften Druckbegrenzer verwendet werden. Daraus ergab sich die Notwendigkeit der Suche nach einer Kombination aus Druckbegrenzer (PZH) und Sicherheitsdruckbegrenzer (PZHH) für maximale Drücke bis 150 bar.
Nach ausgiebigen Recherchen nach einem geeigneten Produkt fand man einen Hersteller, der ein Gerät anbietet, welches vom TÜV Rheinland nach EN 378 und BGR 500 Kapitel 2.35 (Betreiber) zertifiziert worden ist (Zertifikat-Nummer 01 202 931-B-09-0011). Darüber hinaus verfügt der Begrenzer über eine EG-Baumusterprüfung gemäß Druckgeräterichtlinie 97/23/EG.
Da der DB-1000/2 auch noch beständig gegen alle Kältemittel nach EN 378-1 (Anhang E) ist, fiel die Wahl auf diesen weltweit ersten existierenden elektronischen Druckbegrenzer, der von der Zila-Elektronik GmbH im thüringischen Zella-Mehlis entwickelt und produziert wird.
Voreingestellt und genau kalibriert
Der Begrenzer wird bereits vom Hersteller auf die vorab anzugebenden Schaltschwellen für Druckbegrenzer (PZH) und Sicherheitsdruckbegrenzer (PZHH) eingestellt, so dass diese Einstellarbeiten für den Kunden entfallen. Natürlich ist eine Änderung dieser Schaltschwellen durch den Anwender mittels eines PC-Programms möglich. Dabei wird der DB-1000/2 über ein zum Lieferumfang gehörendes USB-Kabel mit einem PC oder Notebook verbunden. Die Schaltschwellen lassen sich auf Werte zwischen 5 und 90 Prozent des Nenndruckbereiches einstellen, die Einstellgenauigkeit beträgt 0,1 bar. Das PC-Programm erkennt auch Bedienfehler. So ist es zum Beispiel nicht möglich,versehentlich die Schaltschwelle des Druckbegrenzers höher einzustellen als die des Sicherheitsdruckbegrenzers. Eine nachfolgende Kontrolle der eingestellten Schaltschwellen ist aufgrund der genauen Kalibrierung der Druckzellen in Verbindung mit der Begrenzerelektronik nicht notwendig. Das Kalibriersignal der eingebauten piezorestivenelektronisch kalibrierten Drucktransmitter ist für den angegebenen Nenndruck im Gerät gespeichert und für andere Anwendungen in der Anlage mit einer Messunsicherheit über den gesamten Messbereich von ≤ 1,5 % FS verfügbar.
Der Nenndruckbereich muss bei der Bestellung des DB-1000/2 angegeben werden. Dieser sollte deutlich über dem maximalen, in der Kälteanlage auftretenden Druck liegen. Der Hersteller bietet eine Reihe von Standard-Nenndrücken an, nach denen er die eingesetzten Drucksensoren auswählt. Sonderkalibrierungen sind optional möglich. Für den für CO2-Anlagen sehr gut geeigneten Nenndruck von 150 bar garantiert der Hersteller eine Überlastsicherheit von bis zu 400 bar ohne remanente Beschädigungen an den Sensoren. Der Berstdruck beträgt 500 bar. Bei den zwei verwendeten Druckzellen mit genormtem G1/4-Anschluss (je eine für PZH und PZHH) handelt es sich um elektronisch kalibrierte und temperaturkompensierte Edelstahlzellen mit einer piezorestiven Brückenschaltung, die bereits im Automotiv-Bereich ausgiebig getestet wurden. Der Betriebstemperaturbereich wird mit 40 °C bis +80 °C und unter Zwischenschaltung einer thermischen Entkopplung bis zu +125 °C Medientemperatur angegeben.
100-prozentige Sicherheits-Redundanz
Die Begrenzerelektronik besteht aus zwei gleich aufgebauten elektronischen Schaltungen. Die Abschaltfunktion zur Anlage hin übernehmen zwei integrierte Sicherheitsrelais, die mit 1 Mio. zugelassenen Schaltspielen für ausreichende Sicherheit sorgen. Diese Anzahl von Schaltspielen wird natürlich in der Praxis nie erreicht, da der Begrenzer so eingestellt wird, dass er nur im Havariefall die Abschaltfunktion ausübt. Druckbegrenzer (PZH) und Sicherheitsdruckbegrenzer (PZHH) sind ausgangsseitig in Reihe geschaltet, so dass eine 100-prozentige Sicherheits-Redundanz besteht. Bei Ausfall des PZH übernimmt der PZHH die Abschaltfunktion.
Das Überschreiten des eingestellten Druckwertes wird bei beiden Begrenzern durch Blinken einer LED signalisiert. Der Bediener kann den Begrenzer durch einen Reset-Taster rücksetzen, sofern der Anlagendruck wieder unter den Schwellenwert gesunken ist. Ein Vorteil ist, dass bei beiden Begrenzern die Möglichkeit besteht, die Abschaltung um bis zu 1 s zu verzögern (Einstellbereich von 0,1 bis 1,0 s im Raster von 0,1 s). Auch diese Einstellung erfolgt über dasmitgelieferte PC-Programm. So kann verhindert werden, dass periodisch oder aperiodisch auftretende Druckspitzen den Begrenzer auslösen. Intern erfolgt die Abfrage des aktuellen Druckes im Raster von 5 ms.
Da vom Werk aus die beiden Drucksensoren des Begrenzers auf den angegebenen Anlagendruck kalibriert sind, steht dem Anwender als Zusatzfunktion ein kalibriertes Ausgangssignal (Stromschleife 420 mA) zur Verfügung, welches über einen der beiden Steckverbinder herausgeführt wird und zu Anzeige- oder Steuerfunktionen genutzt werden kann. So kann u. U. ein zusätzlicher Drucksensor in der Kälteanlage eingespart werden. Ein weiterer Vorteil des Begrenzers liegt in seiner mechanischen Stabilität gegenüber Schwingungen. Hier gibt der Hersteller an, dass der Druckbegrenzer einer maximalen Schwingungsbelastung von 4,5 (10) mm/s bei 50 Hz nach Kategorie B Klasse III nach IOS 2372 ausgesetzt werden kann. Das Gehäuse und die Steckverbinder des Begrenzers sind für die Schutzklasse IP 65 konzipiert.
Nach Überschreiten der eingestellten Schaltschwellen zeigen die LEDs des Druckbegrenzers (PZH) und des Sicherheitsdruckbegrenzers (PZHH) den inaktiven Zustand des Ausgangsrelais durch Blinken an. Nach Betätigen des außen angebrachten und des internen Reset-Tasters (der nur durch Öffnen des Deckels erreichbar ist), wird dieses Rücksetzen vom DB-1000/2 durch Dauerleuchten der LEDs quittiert, jedoch funktionsgemäß der Ausgang noch nicht aktiv geschaltet, wenn der Druck noch über beiden Schaltschwellen liegt. Erst wenn der Anlagendruck so weit reduziert wurde, dass dieser 0,1 bar unter der Schaltschwelle des PZH liegt, kann der Ausgang wieder aktiv geschaltet werden.
PC-Programm im Lieferumfang
Wie schon erwähnt, gehört zum Lieferumfang ein PC-Programm auf CD, mit dem man den Begrenzer über ein mitgeliefertes USB-Kabel von autorisiertem Personal parametrieren lassen kann. Nach der Installation des mitgelieferten Programms auf dem PC oder Notebook und der Herstellung der Verbindung über das USB-Kabel zeigt das Programm die Seriennummer sowie die Versionsnummer der Soft- und Hardware des angeschlossenen Begrenzers an. Weiterhin ist es möglich, die Druckmaxima beider Begrenzer inklusive Zeitstempel seit dem letzten Zuschalten der Betriebsspannung abzufragen. Die weiteren Funktionen sind erst nach Eingabe des Bedienernamens und des zugehörigen Passwortes zugänglich.
Diese sind im Einzelnen:
- ein Funktionstest von PZH und PZHH (Simulierung des Überschreitens der Schaltschwellen, ohne den Druck in der Anlage erhöhen zu müssen)
- die Einstellung der Schaltschwellen von PZH und PZHH
- die Einstellung der Verzögerungszeit von PZH und PZHH
Eine wichtige Zusatzfunktion des PC-Programms ist die Protokollierung aller Einstellungen durch den Bediener in einer Textdatei.
Fazit
Nach ausgiebigen Tests in verschiedenen Anlagen zieht man bei Christof Fischer ein positives Resümee über dieses Produkt, welches es ermöglicht, auch im transkritischen Druckbereich mit CO2 gesetzeskonforme Anlagen zu erstellen. Daher gibt es für den Einsatz des DB-1000/2 in Kälteanlagen mit einem Druckbereich oberhalb von 42 bar derzeit keine Alternative. -
Dipl.-Ing. Michael Trauer
Technischer Leiterbei Christof Fischer,Stuttgart
