Der Frostschutzthermostat – Sicherheitsbauteil in technischen Anlagen

Beschreibung der Funktionsweisen von Frostschutzthermostaten

Dipl.-Ing. Matthias Keller

Für die Temperaturüberwachung in Lüftungs- und Klimaanlagen und somit zur Verhinderung von Frostschäden an den Wärmetauschern werden Frostschutzthermostate eingesetzt. Im besten Fall bleiben diese ihr ganzes Leben lang „arbeitslos“. Entstehen jedoch Bedingungen, die ein Eingreifen erfordern, können sie als Sicherheitsbauteil großem Schaden und dadurch hohen Kosten vorbeugen.

Nicht nur in der HKL-Branche, sondern auch in verschiedenen anderen Branchen, wie Bahntechnik oder Landwirtschaft, sind diese Thermostate verbreitet. Auch wenn sich in unserem Zeitalter die Elektronik immer weiter durchsetzt, kann aus Sicherheitsgründen nicht komplett auf elektromechanische Bauteile verzichtet werden.

Die Funktionsweisen der Thermostate
Frostschutzthermostate werden häufig verwendet, um eine möglichst große Fläche überwachen zu können. Daher ist es notwendig, dass die gesamte Fühlerleitung aktiv ist. Die Fühlerleitung arbeitet nach dem Prinzip der Dampfdruckkondensation: Die Messsysteme sind mit einem Gas gefüllt, das im Schaltpunktbereich seinen Aggregatzustand von gasförmig nach flüssig verändert und dadurch eine große Druckänderung im Messsystem bewirkt. Durch eine Membrane oder ein Balk, welches sich am Ende dieses Systems befindet, wird diese Kraft auf einen Schalter übertragen. In vielen Fällen kommt das neue Kältemittel R507A zum Einsatz. Es weist ein Ozonabbaupotenzial (ODP) von 0 auf und ist frei von Fluorchlorkohlenwasserstoffverbindungen (FCKW), welche nicht mehr erlaubt sind oder in nächster Zukunft verboten werden.

Anwendungsbereich
Eine Applikation finden wir in Lüftungs- und Klimaanlagen. Dort dienen verschiedene Sicherheitsbauteile, wie z.B. Druckschalter, Sollbruchstellen oder Temperaturschalter, zum Schutz der Anlage. Die oben erwähnte Fühlerleitung des Frostschutzthermostaten wird bei Lufterwärmern direkt hinter dem Register des Wärmetauschers und bei Luftkühlern direkt davor verbaut. Sie sollte im Abstand von 5 cm mäanderförmig und gleichmäßig über die komplette Fläche verlegt werden, um eine optimale Sicherheitsfunktion zu gewährleisten. Je nach Größe der Anlage müssen verschiedene Flächen überwacht werden. Sollte ein Thermostat nicht ausreichen, können mehrere in Reihe geschaltet werden. Um die Anzahl der Frostschutzthermostate zu optimieren, ist der JUMO frostTHERM in verschiedenen Längen erhältlich. Die nachfolgende Tabelle enthält eine Übersicht über die verschiedenen Fühlerleitungs- und Ansprechlängen sowie Angaben zur Größe der Fläche, die damit überwacht werden kann. Bei Frostgefahr können verschiedene Aktionen ausgeführt werden: So besteht die Möglichkeit, die Ventilatoren auszuschalten und die Luftklappen zu schließen, um das Eintreten kalter Luft zu verhindern.

Um einem Temperaturabfall entgegenzuwirken, kann das Lufterhitzer-Ventil geöffnet und die Zirkulationspumpe eingeschaltet werden. Zeitgleich kann optisch oder akustisch ein Frostalarm signalisiert werden. Die Wahl der geeigneten Variante richtet sich nach der Anlage und den Umgebungsbedingungen. Die Rückstellung der Thermostate kann automatisch über den Sicherheitstemperaturwächter (STW) oder manuell über Sicherheitstemperaturbegrenzer (STB) erfolgen. Sicherheitstemperaturwächter (STW) unterschreitet die Temperatur an der Fühlerleitung den eingestellten Sollwert, wird der Stromkreis 1-2^*1 geöffnet, der Stromkreis 1-4^*2 aufgrund der Umschaltfunktion geschlossen. Bei Temperaturanstieg auf 1,5 K +/-1 K über den eingestellten Sollwert wird der Mikroschalter automatisch wieder in die Ausgangsstellung gebracht. Bei Zerstörung des Messsystems, d.h., wenn die Ausdehnungsflüssigkeit entweicht, fällt der Druck in der Membrane ab. Stromkreis 1-2 öffnet sich dadurch bleibend, Stromkreis 1-4 wird geschlossen. Sicherheitstemperaturbegrenzer (STB) Dieser verriegelt bei Temperaturabfall automatisch und kann nur manuell nach Temperaturanstieg entriegelt werden. Bei Zerstörung des Messsystems gelten die […]