Warum müssen Luft und Feuchtigkeit entfernt werden?
Luft ist im Kältemittelkreislauf unerwünscht. Sie wird unter den üblichen Betriebsbedingungen nicht wie das Kältemittel verflüssigt und kann sich insbesondere auf der Hochdruckseite auswirken. Ihr Partialdruck erhöht den Gesamtdruck. Dadurch können Verflüssigungsdruck und Leistungsaufnahme steigen.
Auch Feuchtigkeit kann Betriebsstörungen und Schäden verursachen. Wasser kann bei niedrigen Temperaturen gefrieren und beispielsweise ein Drosselorgan beeinträchtigen oder verstopfen.
Hinzu kommt die Empfindlichkeit bestimmter Kältemaschinenöle. Synthetische Öle können Feuchtigkeit aufnehmen. Ein erhöhter Wassergehalt kann unerwünschte chemische Reaktionen fördern und zur Säurebildung beitragen.
Luft und Feuchtigkeit müssen deshalb vor dem Befüllen soweit erforderlich aus dem geöffneten Kältemittelkreislauf entfernt werden.
Wie funktioniert die Vakuumtrocknung?
Eine Vakuumpumpe kann nur gasförmige Stoffe aus dem System fördern. Flüssiges Wasser muss deshalb zunächst verdampfen.
Beim Evakuieren wird der absolute Druck abgesenkt. Mit sinkendem Druck sinkt auch die Temperatur, bei der Wasser siedet.
Beispiele aus der Dampfdrucktafel von Wasser:
- bei 20 °C etwa 23,4 mbar absolut
- bei 10 °C etwa 12,2 mbar absolut
- bei 5 °C etwa 8,7 mbar absolut
Wird der Druck unter den zur vorhandenen Temperatur gehörenden Dampfdruck abgesenkt, kann Wasser verdampfen. Der entstehende Wasserdampf wird anschließend von der Vakuumpumpe aus dem System entfernt.
Vakuumtrocknung ist damit ein thermodynamischer Prozess und nicht nur das Erreichen eines niedrigen Druckwerts.
Warum kann der Druck beim Evakuieren zeitweise kaum weiter sinken?
Zu Beginn des Evakuierens sinkt der Druck meist relativ schnell. Mit zunehmendem Vakuum verlangsamt sich die Druckabnahme.
Befindet sich Wasser im System, kann ein sogenannter Haltepunkt auftreten.
Erreicht der Druck den zur vorhandenen Temperatur gehörenden Dampfdruck des Wassers, beginnt Wasser verstärkt zu verdampfen. Für diese Verdampfung wird Wärme benötigt.
Während Wasserdampf entsteht und gleichzeitig von der Vakuumpumpe abgeführt wird, kann der Druck deshalb vorübergehend nahezu konstant bleiben.
Ein solcher Haltepunkt kann auf noch vorhandene Feuchtigkeit hinweisen. Nach weiterer Trocknung kann der Druck wieder sinken.
Die Temperatur beeinflusst die Trocknung
Wasser benötigt zum Verdampfen Wärme. Diese Wärme muss aus den Bauteilen der Anlage und aus der Umgebung nachgeliefert werden.
Bei niedrigen Anlagen- und Umgebungstemperaturen wird die Vakuumtrocknung deshalb erschwert und kann deutlich länger dauern. Je niedriger die Temperatur ist, desto niedriger muss außerdem der absolute Druck sein, damit Wasser verdampfen kann.
Unter ungünstigen Bedingungen kann eine kontrollierte Erwärmung der Anlage erforderlich sein. Dabei sind die zulässigen Temperaturen der Bauteile und die Herstellervorgaben zu beachten.
Die Trocknungswirkung hängt somit nicht allein von der Vakuumpumpe ab, sondern unter anderem von:
- Anlagen- und Umgebungstemperatur
- vorhandener Feuchtigkeitsmenge
- Anlagenvolumen
- erreichbarem Absolutdruck
- Strömungswiderständen der Evakuieranschlüsse
- Zustand der Vakuumpumpe und ihres Öls
Größere Wassermengen müssen zuerst entfernt werden
Die Vakuumtrocknung eignet sich zur Entfernung von Restfeuchtigkeit aus einem Kältemittelkreislauf.
Größere Mengen freien Wassers lassen sich dagegen nicht sinnvoll allein durch Evakuieren beseitigen.
Für das Verdampfen großer Wassermengen wäre entsprechend viel Wärme erforderlich. Gleichzeitig besitzt Wasserdampf bei sehr niedrigem Druck ein großes Volumen, das von üblichen Vakuumpumpen nur begrenzt abgeführt werden kann.
Ist durch einen Schaden Wasser in größerer Menge in die Anlage gelangt, muss dieses zunächst soweit technisch möglich entfernt werden. Anschließend sind abhängig von Anlage und Schadensfall geeignete weitere Trocknungsmaßnahmen erforderlich, bevor abschließend evakuiert wird.
Fachgerechtes Evakuieren in der Praxis
1. Kältemittel vollständig zurückgewinnen
Eine Vakuumpumpe ist kein Rückgewinnungsgerät.
Befindet sich noch Kältemittel im System, muss dieses mit einem geeigneten Rückgewinnungsgerät entfernt werden. Erst anschließend wird der kältemittelfreie Kreislauf evakuiert.
2. Druck- und Dichtheitsprüfung vorher durchführen
Die für die Anlage erforderlichen Prüfungen erfolgen vor der Evakuierung nach den jeweils anzuwendenden Vorgaben.
Das Evakuieren ersetzt keine fachgerechte Druck- oder Dichtheitsprüfung.
Nach einer Prüfung mit Stickstoff muss dieser vor dem Anschluss der Vakuumpumpe vollständig aus dem zu evakuierenden Bereich entfernt sein.
3. Strömungswiderstände gering halten
Zwischen Anlage und Vakuumpumpe sollten möglichst kurze und ausreichend dimensionierte Evakuierleitungen verwendet werden.
Kleine Querschnitte, lange Leitungen und unnötige Engstellen erhöhen den Strömungswiderstand und verlängern die Evakuierzeit.
Soweit Anlagenaufbau und Herstellerangaben dies ermöglichen, ist das Evakuieren über Hoch- und Niederdruckseite günstig.
4. Absolutdruck messen
Für die Beurteilung eines tiefen Vakuums ist ein geeignetes Absolut-Vakuummeter erforderlich.
Ein normales Betriebsmanometer reicht dafür nicht aus. Im tiefen Vakuum zeigt es lediglich einen Wert in der Nähe von −1 bar an. Ob innerhalb der Anlage beispielsweise noch 40 mbar, 20 mbar oder nur wenige mbar absolut vorhanden sind, lässt sich damit nicht ausreichend beurteilen.
Das Vakuummeter sollte möglichst am System und möglichst weit von der Vakuumpumpe entfernt messen.
So wird nicht nur das Vakuum unmittelbar an der Pumpe, sondern der tatsächlich erreichte Druck in der Anlage beurteilt.
5. Nicht nur den niedrigsten Druckwert betrachten
Ein niedriger Enddruck ist erforderlich, reicht für die Bewertung allein aber nicht aus.
Beim Evakuieren ist auch der zeitliche Druckverlauf zu beobachten. Ein Haltepunkt kann beispielsweise auf verdampfende Feuchtigkeit hinweisen.
Die Aussage
„Zielwert erreicht – Anlage ist trocken“
ist deshalb fachlich nicht ausreichend.
Was zeigt der Druckanstieg nach dem Absperren?
Nach dem Evakuieren kann die Anlage von der Vakuumpumpe abgesperrt und die weitere Druckentwicklung beobachtet werden.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass in der ersten Zeit auch Ausgasungen aus den inneren Oberflächen der Anlage einen Druckanstieg verursachen können. Die Entwicklung muss deshalb über einen geeigneten Zeitraum betrachtet werden.
Druck steigt und stabilisiert sich
Steigt der Druck an und stabilisiert sich anschließend ungefähr in einem Bereich, der dem Dampfdruck des Wassers bei der vorhandenen Temperatur entspricht, weist dies auf noch vorhandene Feuchtigkeit hin.
Die Trocknung muss fortgesetzt werden.
Druck steigt kontinuierlich weiter
Steigt der Druck dagegen dauerhaft weiter, muss eine Undichtigkeit in Betracht gezogen werden.
Die Beurteilung hängt unter anderem vom Anlagenvolumen, von der Beobachtungsdauer und von den vorhandenen Randbedingungen ab.
Ein einzelner Druckwert unmittelbar nach dem Absperren der Vakuumpumpe reicht deshalb nicht für eine belastbare Bewertung.
Warum der Vakuumtest keine Dichtheitsprüfung ersetzt
Eine im Vakuum beobachtete Druckentwicklung kann Hinweise auf Undichtigkeiten liefern.
Als alleinige Dichtheitsprüfung ist der Vakuumtest jedoch nur eingeschränkt geeignet.
Dafür gibt es mehrere Gründe:
- Die Druckdifferenz gegenüber der Umgebung beträgt maximal ungefähr 1 bar.
- Das Anlagenvolumen beeinflusst den erkennbaren Druckanstieg.
- Feuchtigkeit und Ausgasungen können ebenfalls einen Druckanstieg verursachen.
- Die Strömungsrichtung durch eine mögliche Undichtigkeit ist gegenüber dem späteren Betrieb unter Überdruck umgekehrt.
- Bestimmte Dichtstellen können sich unter Unterdruck anders verhalten als unter Überdruck.
Die Beobachtung des Vakuums liefert deshalb zusätzliche Informationen nach dem Evakuieren.
Sie ersetzt die vorher erforderliche fachgerechte Dichtheitsprüfung nicht.
Warum ein tiefes Vakuum keine vollständige Trockenheit beweist
Ein Vakuummeter misst Druck. Es misst nicht unmittelbar den Wassergehalt innerhalb der Anlage.
Aus einem einzelnen niedrigen Messwert kann deshalb nicht automatisch geschlossen werden, dass die gesamte Anlage vollständig trocken ist.
Für die Beurteilung sind mehrere Faktoren gemeinsam zu betrachten:
- erreichter Absolutdruck
- Verlauf des Evakuierens
- Anlagen- und Umgebungstemperatur
- ausreichende Trocknungszeit
- Druckentwicklung nach dem Absperren
Erst der Gesamtverlauf ermöglicht eine fachlich belastbarere Beurteilung.
Auch die Vakuumpumpe beeinflusst das Ergebnis
Die erreichbare Vakuumqualität hängt auch vom Zustand der Vakuumpumpe ab.
Besondere Bedeutung besitzt das Vakuumpumpenöl. Nimmt es Feuchtigkeit oder Verunreinigungen auf, verschlechtert sich das erreichbare Endvakuum.
Zur fachgerechten Arbeitsweise gehören deshalb:
- geeigneter Ölstand
- sauberes Vakuumpumpenöl
- Ölwechsel entsprechend Zustand und Herstellerangaben
- Kontrolle der Pumpenleistung
- dichte und geeignete Anschlusstechnik
Eine Vakuumpumpe, die selbst kein ausreichendes Endvakuum mehr erreicht, erlaubt keine zuverlässige Bewertung der Anlage.
Entscheidend ist der Prozess – nicht nur die Zahl
Beim Evakuieren geht es nicht darum, möglichst schnell einen niedrigen Wert auf dem Messgerät zu erzeugen.
Die Aufgabe besteht darin,
- Luft und gasförmige Fremdstoffe aus dem kältemittelfreien Kreislauf zu entfernen und
- vorhandene Restfeuchtigkeit durch Verdampfen und Absaugen des Wasserdampfs zu reduzieren.
Dazu müssen Druck, Temperatur, Zeit und Druckverlauf gemeinsam betrachtet werden.
Ein tiefes Vakuum ist ein Messwert. Eine fachgerechte Vakuumtrocknung ist ein Prozess.
Kurz zusammengefasst
- Eine Vakuumpumpe ist kein Rückgewinnungsgerät. Kältemittel müssen vorher fachgerecht entfernt werden.
- Beim Evakuieren werden Luft und gasförmige Fremdstoffe aus dem kältemittelfreien Kreislauf entfernt.
- Wasser muss zunächst verdampfen, bevor der Wasserdampf abgesaugt werden kann.
- Mit sinkendem Absolutdruck sinkt der Siedepunkt des Wassers.
- Ein Haltepunkt beim Evakuieren kann auf vorhandene Feuchtigkeit hinweisen.
- Niedrige Temperaturen erschweren die Vakuumtrocknung.
- Große Mengen freien Wassers lassen sich nicht allein durch Evakuieren entfernen.
- Für die Beurteilung des tiefen Vakuums ist ein geeignetes Absolut-Vakuummeter erforderlich.
- Ein niedriger Vakuumwert allein beweist keine vollständige Trockenheit.
- Die Druckentwicklung nach dem Absperren liefert zusätzliche Hinweise auf Restfeuchtigkeit oder mögliche Undichtigkeiten.
- Ein Vakuumtest ersetzt keine fachgerechte Dichtheitsprüfung.