Für den langjährigen zuverlässigen Betrieb von Verdichtern ist es wichtig, dass immer ausreichend, aber auch nicht zu viel Öl im Verdichter vorhanden ist. Denn Ölmangel führt schnell zu mechanischem Verschleiß und Überhitzung. Zu viel Öl kann dagegen zu Flüssigkeitsschlägen führen, die den Verdichter ebenfalls schwer beschädigen.
Gleichzeitig steigen die Herausforderungen, ein solches Ölmanagement umzusetzen. Der Einsatz von Frequenzumrichtern bei Verdichtern führt dazu, dass die Ölwurfraten wesentlich stärker schwanken und durch den zunehmenden Einsatz von CO2-Anlagen sind die Druckbereiche, sowohl beim Absolut- also auch beim Differenzdruck, deutlich weiter gespreizt. Auch die Schaumbildung ist bei den neuen Kältemitteln und Druckbereichen verändert. Dadurch wird es wichtig, den Ölspiegelregulator genauer auf die jeweilige Applikation anpassen und einstellen zu können.
Neben diesen eher neueren Herausforderungen gibt es aber auch altbekannte Themen im Ölmanagement, die weiter verbessert werden müssen. So wird zum Beispiel immer wieder eine Lauferkennung gewünscht, damit bei abgeschaltetem Verdichter und reduziertem Hochdruck der Ölspiegelregulator nicht scheinbar sicherheitsrelevant abschaltet. Schließlich ist in vielen Anlagen, insbesondere beim weltweiten Einsatz, Schmutz im Öl eine Ursache für viele Probleme.
Kälte / Klima 4.0 im Ölmanagement
Alle Welt redet vom Internet der Dinge oder Industrie 4.0. Vieles ist dabei noch vage und unklar. Mit dem neuen INT 280 Diagnose bringt Kriwan ein Ölreguliersystem, das Industrie 4.0 greifbarer und konkreter macht. Neben der Grundfunktion Ölstand messen und Öl nachfüllen“ ist dieser Regler vor allem dadurch gekennzeichnet, dass er wertvolle Daten ermittelt, diese selbst nutzt aber auch weitergibt.
Der wichtigste Messwert ist natürlich der Ölstand im Verdichter. Hier gibt es bekanntlich verschiedene Sensoren, insbesondere optische Aufnehmer und Schwimmerschalter. Die optische Messzelle von Kriwan hat jedoch im Industrie-4.0-Zeitalter einen wesentlichen Vorteil, denn sie hat eine aktive Sendediode und eine passive Empfangsdiode. Ein Infrarotlichtstrahl wird von der Sendediode durch ein Glasprisma gesendet und je nach Ölstand mehr oder weniger stark zu der Empfangsdiode übertragen (Bild 2).
In der neuen Produktgeneration wird nun ausgenutzt, dass die Sendediode ein aktives Bauelement ist. Sie kann stärker oder schwächer angesteuert werden und ist in der Lage, durch diese Modulation zusätzliche Daten zu messen. Im Normalfall wird die Diode nur mit ca. 10 Prozent der möglichen Sendeleistung betrieben. Das genügt, um den Ölstand zuverlässig zu messen.
Regelmäßig wird die Sendeleistung jetzt aber auf bis zu 100 Prozent erhöht. Sollte sich Schmutz im Kältekreis befinden und am Glasprisma ablagern, dann kann dieser Sachverhalt durch die Änderung der Sendeleistung erkannt werden. Zum einen wird intern im Regler die minimale Sendeleistung (10 Prozent) dann erhöht – der Regler passt sich an die Verschmutzung an – zum anderen wird die Information aber auch über die Diagnoseschnittstelle ausgegeben.
Am Smartphone oder im Kälteregler lässt sich erstmals eine Information über Einflüsse, die vom Öl auf den Sensor ausgeübt werden, auslesen. Zusätzlich zur Überwachung des Glasprismas wird im Öl-spiegelregulator INT 280 auch die korrekte Funktion der Sendediode, der Empfangsdiode und ein möglicher Einfluss von Fremdlicht überwacht. Der komplette Sensor ist also mit einer Selbstüberwachung ausgestattet. Denn jedes technische System und jeder Sensor kann beschädigt werden, kann verschmutzen und altert. Erst durch diese aktive Selbstüberwachung wird es möglich, solche Zustände frühzeitig zu erkennen.
Übermittlung weiterer Informationen
Das sind aber noch nicht alle Vorteile des Ölspiegelregulators INT 280 Diagnose: Über die genannte Datenschnittstelle (Rundstecker in Bild 1 rechts oberhalb des Ölanschlussnippels) zum Kälte- / Klimaregler können noch weitere Informationen übergeben werden: Da der Kv-Wert des Ölspiegelregulators (Durchfluss in m³/h) als Konstante bekannt ist, kann bei bekanntem Differenzdruck und bekannter Dichte des Öls die Ölwurfrate des Verdichters berechnet werden.
Noch einfacher geht es, wenn nicht der exakte Wert in m³/h benötigt wird, sondern nur das Verhältnis der Verdichter in einem Rack zueinander (z. B. Verdichter 1 wirft doppelt so viel Öl wie Verdichter 2“). Dann ist die Dichte des Öls ein gemeinsamer Parameter und bei guter symmetrischer Verrohrung kann auch der Differenzdruck bei allen Ölspiegelregulatoren als annähernd gleich angenommen werden. Bei dieser Abschätzung der Ölwurfrate sind nur die jeweils unterschiedlichen Öffnungszeiten der Ventile in den einzelnen Reglern zu vergleichen und diese Zeiten werden von den INT 280 Diagnose über die Datenschnittstelle an die Regler geliefert.
Schnittstelle funktioniert bidirektional
Die Schnittstelle kann aber nicht nur genutzt werden, um Daten aus dem Regler auszulesen: es ist über sie auch möglich, den INT 280 Diagnose individuell einzustellen: Füllzeiten oder Ruhezeiten können ebenso wie eine spezielle Nachfüllzeit angepasst werden. Somit kann der Regler optimal auf die unterschiedlichen Druckbereiche, die Ölviskosität und die Arbeitspunkte verschiedener Anlagen angepasst werden. All das – Anpassen und Auslesen von Daten – ist bequem über ein Smartphone im Feld möglich, aber auch über eine Programmierung vor Ort mit einem PC.
Eine weitere wichtige Möglichkeit ist es auch, den Ölspiegelregulator mit einem Verdichterschutzrelais INT 69 Diagnose zu koppeln. Dabei werden beide Module mit einem Y-Kabel über beide Diagnoseschnittstellen verbunden. Weitere Anpassungen oder Einstellungen sind nicht nötig. Der Ölspiegelregulator INT 280 erkennt automatisch, dass er mit einem Verdichterschutzrelais verbunden ist. Dadurch erhält er kontinuierlich die Information, ob der Verdichter gerade läuft oder ob er vom Kälte-Klimaregler abgeschaltet wurde.
In manchen Feldanwendungen kommt es vor, dass bei einem abgeschalteten Verdichter kein Öl mehr nachgefüllt werden kann, weil der Hochdruck abfällt. Obwohl sich noch Öl im Sammler befindet, kann es durch das geöffnete Ventil nicht mehr fließen. Somit erkennt der Ölspiegelregulator einen scheinbaren Fehler (trotz Ölmangels im Verdichter kann nicht erfolgreich Öl nachgefüllt werden“) und schaltet den Verdichter verriegelt ab.
Durch die neue Lauferkennung kann das nicht mehr passieren: der Verdichter wird in dieser Situation nicht mehr abgeschaltet. Erst wenn der Verdichter wieder läuft und trotz vorhandenem Druck kein Öl nachgefüllt werden kann, nimmt der INT 280 seine Schutzfunktion wahr und schaltet ab.
Fazit
Ölmanagement ist essentiell wichtig für Verdichter. Durch den Ölspiegelregulator INT 280 Diagnose wird dieses Management einfacher und sicherer. Weil der Regler nicht nur in einem kleinen eigenen Regelkreis arbeitet, sondern mit dem Kälte-Klimaregler und dem Verdichterschutzrelais kommunizieren kann, liegt angewandte Industrie 4.0 vor: der Regler wird auch als Sensor genutzt und liefert wertvolle Daten, die den ganzen Kälte-Klimakreis optimieren können.
Dr. Christian Ellwein,
Geschäftsführer der Kriwan Industrie-Elektronik GmbH, Forchtenberg
