HS.85, OS.85, CS.65 .. 96

Diese Verdichter sind standardmäßig mit einer "Dualen Leistungsregelung" mit Schiebersteuerung ausgestattet. Damit ist – ohne Verdichterumbau – sowohl eine stufenlose als auch eine 3- oder 4-stufige Regelung möglich. Die unterschiedliche Betriebsweise erfolgt lediglich durch entsprechende Ansteuerung der 4 Magnetventile. Die durch den Schieber mögliche automatische Anlaufentlastung verringert wesentlich das Anlaufmoment und die Hochlaufzeiten – dies schont die Mechanik und den Motor und reduziert die Netzbelastung.

CR-Schieber

Der CR-Schieber ist parallel zu den Rotorachsen im Übergangsbereich zwischen Haupt- und Nebenläufer angeordnet und exakt an die Gehäusekontur angepasst. Die spezielle Geometrie des Schiebers erlaubt (je nach Anwendung) eine bedarfsabhängige Veränderung des internen Volumenverhältnisses V_i und hohe Wirkungsgrade auch in Teillast. Der z.T. integrierte Economiserkanal ermöglicht einen wirtschaftlichen Economiserbetrieb über den gesamten Regelbereich.

Die folgende Abbildung stellt die Regelung mit einer vereinfachten Abwicklung der Rotoraußenflächen und des Schiebers dar.

Hydraulische Schaltung

Die Ansteuerung der Leistungsregelung erfolgt über Magnetventile (CR 1 .. 4), die am Verdichter angeflanscht sind.

Der Hydraulikkolben steuert den CR-Regelschieber und damit das Ansaugvolumen:

• Bei Volllast befindet sich der Schieber in der linken Anschlagsposition (Saugseite). Drehen sich die Rotoren, wird der gesamte Profilraum mit Sauggas gefüllt (100% Förderleistung).
• Je nach Ansteuerung der Ventile CR1, CR2 oder CR3 bewegt sich der Hydraulikkolben bis zur entsprechenden Bohrung. Durch das Druckgas und die Feder wird der Schieber zur Hochdruckseite (nach rechts) bewegt. Je weiter er sich bewegt, desto kleiner ist das verfügbare Profilvolumen bzw. die aktive Rotorlänge – weniger Kältemittel wird angesaugt, Massenstrom und Kälteleistung sinken.
• Ist das Ventil CR4 geöffnet, steigt der Druck in der Druckkammer. Der Schieber wird zur Saugseite hin geschoben, die Kälteleistung steigt.
• Für stufige Regelung wird CR4 jeweils taktend geöffnet (z.B. 10s), für stufenlose Regelung werden CR2, CR3 oder CR4 pulsierend geöffnet (z.B. 0,5s).

Anlaufentlastung

Bei Stillstand und beim Anlauf ist Magnetventil CR3 geöffnet, der Druck im Hydraulikzylinder wird vollständig abgebaut. Die Feder drückt den Schieber ganz zur Hochdruckseite (ggf. Pausenzeit laut Betriebsanleitung beachten!). Beim Einschalten läuft der Verdichter in entlastetem Zustand an. Bei Bedarf wird das Ventil CR4 angesteuert und dadurch der Schieber zur Saugseite hin verschoben. Durch Ansteuerung der Ventile CR1 .. CR3 steigt die Kälteleistung bis auf den vorgegebenen Stand.

3- bzw.4-stufige Leistungsregelung

Die stufige Leistungsregelung ist besonders für Anlagen mit einer großen Trägheit geeignet, z.B. bei indirekter Kühlung wie bei Flüssigkeitskühlsätzen. Bei Parallelbetrieb mehrerer Verdichter (Verbundanlagen) ist der Leistungsunterschied pro Stufe bezogen auf die Gesamtleistung sehr gering und damit eine nahezu stufenlose Regelung möglich. Wesentlich ist dabei die vergleichsweise einfache Steuerungslogik.

Die 4-stufige Regelung erlaubt nominale Leistungen von 25%, 50%, 75% und 100%. Die Stufe 25% fungiert vor allem als Anlaufentlastung.

Wann und in welchen zeitlichen Abständen zwischen den Leistungsstufen umgeschaltet wird, muss sorgfältig an die Trägheit der jeweiligen Anlage angepasst werden. Die Taktzeit des Ventils CR4 sollte vor Inbetriebnahme auf etwa 20 s eingestellt werden, also 10 s Impuls und 10 s Pause. Generell ist eine individuelle Einstellung gemäß Anlage notwendig. Vor allem bei Anlagen mit hoher Druckdifferenz können auch kürzere Intervalle nötig sein, daher sollten hier einstellbare Zeitrelais eingesetzt werden.

Häufig empfiehlt sich hier eine Begrenzung der minimalen Kälteleistung auf ca. 50% (vgl. Einsatzgrenzen in der BITZER SOFTWARE). Die Steuerung erfolgt dann sinngemäß mit den Ventilen CR4 (taktend) sowie CR1 (75%) und CR2 (50%). Bei R717 ist 50% immer Minimum, 25% ist nur beim Anlauf möglich.

Stufenlose Regelung

Die stufenlose Leistungsregelung empfiehlt sich bei Anlagen mit Einzelverdichtern, die eine hohe Regelgüte erfordern. Mit den Magnetventilen CR3 und CR4 wird zwischen 100% und nominal 25% geregelt, mit den Ventilen CR2 und CR4 zwischen 100% und nominal 50%. Durch pulsierendes Öffnen und Schließen des entsprechenden Magnetventils (CR3 und CR4 bzw. CR2 und CR4) wird der Steuerkolben in kurzen Zeitintervallen von der passenden Seite aus angesteuert. Der Schieber wird mit jedem Impuls etwas weiter verschoben. Das Regelungsprinzip ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

• Liegt der Ist-Wert der Regelgröße X innerhalb des eingestellten Bereichs H, ist der Kältebedarf der Anlage unverändert. Der Schieber muss nicht verstellt werden, es werden keine Magnetventile angesteuert.
• Überschreitet der Ist-Wert den oberen Schaltpunkt, liegt ein erhöhter Kältebedarf vor (Betriebspunkt A in Abb. oben). Das Magnetventil CR4 wird solange in kurzen Zeitintervallen geöffnet, bis der Ist-Wert wieder im eingestellten Bereich liegt (Betriebspunkt B). Der Verdichter arbeitet mit erhöhter Kälteleistung.
• Bei reduziertem Kältebedarf wird der untere Schaltpunkt unterschritten (Betriebspunkt C). Jetzt öffnet das Magnetventil CR3 in kurzen Zeitintervallen so lange, bis der untere Schaltpunkt wieder überschritten wird (Betriebspunkt D). Damit ist der eingestellte Bereich wieder erreicht, der Verdichter arbeitet mit reduzierter Kälteleistung.

Es empfiehlt sich, einen PID-Regler (Proportional-Integral-Differential-Regler) einzusetzen – ansonsten ist auf Folgendes zu achten:

• Die Wegezeiten des Schiebers sind kurz. Die Impulszeiten (T₁, T₃) sollten im Bereich von 0,5 s liegen, jedoch keinesfalls 1 s überschreiten.
• Die Pausenzeiten zwischen zwei Impulsen (T₂, T₄) müssen sorgfältig und individuell an die Trägheit der jeweiligen Anlage angepasst werden.
• Um Pendelbetrieb zu vermeiden, sollten Folgeimpulse abhängig von der Abweichung der Regelgröße unter Berücksichtigung der Anlagenträgheit erfolgen.

Eine Begrenzung auf minimal ca. 50% Kälteleistung ist in folgenden Fällen nötig:

• Bei allen R717-Anlagen (außer beim Anlauf).
• Bei HSN85 und OSN85 wegen der hohen Druckverhältnisse: Der Verdichter muss in der 25%-Stufe anlaufen (CR3 ist während des Stillstands unter Spannung).
• Bei Betrieb von HSK85, OSK85 und CS.65 .. 96 mit hohen Druckverhältnissen bzw. hoher Verflüssigungstemperatur, u.a. mit Blick auf die thermische Einsatzgrenze (siehe BITZER SOFTWARE).
• Bei Anlagen mit mehreren Verdichtern in getrennten Kreisläufen oder im Parallelverbund.
  Die Leistungsregelung 50 .. 100% in Verbindung mit Zu- und Abschalten einzelner Verdichter ermöglicht hier eine besonders wirtschaftliche Betriebsart – ohne wesentliche Einschränkung im Anwendungsbereich.
  Parallelverbund von HSK oder OSK: Falls nur noch der Grundlastverdichter in Betrieb ist, kann er auch sehr effektiv bis nominell 25% Restleistung betrieben werden (mit Ventilen CR3 und CR4) – wegen der im Teillastbereich üblicherweise geringeren Verflüssigungstemperatur in solchen Anlagen.

Steuerung mit Magnetventilen

Die Anordnung der Magnetventile am Druckflansch ist der Maßzeichnung des jeweiligen Verdichters zu entnehmen, z.B. in der BITZER SOFTWARE. Bei neueren Verdichtern sind die Anschlüsse der Magnetventile z.T. auch am Gehäuse mit 25%, 50%, 75% und 100% beschriftet. Welches Magnetventil bei der gewünschten Leistungsstufe stromlos und welches unter Spannung sein muss, ist in der jeweiligen Betriebsanleitung gezeigt:

• SB-110: Betriebsanleitung Halbhermetische Schraubenverdichter HS.53 .. 95
• SB-520: Betriebsanleitung Offene Schraubenverdichter OS.85, OS.95, OS.105
• SB-170: Betriebsanleitung Halbhermetische Kompaktschraubenverdichter CS.65 .. 105