Auswahl von Kältemaschinenölen
Bei der Auslegung von Neuanlagen wird die Auswahl des Kältemaschinenöles üblicherweise vom Verdichterhersteller vorgenommen. Wird dagegen eine Kälteanlage auf ein anderes Kältemittel umgestellt (z. B. eine R22-Anlage auf R 407F), so ist in diesem Zusammenhang häufig auch ein Ölwechsel notwendig – in diesem Beispiel bedeutet das einen Umstieg von Alkylbenzolöl auf ein Esteröl. Wie geht man hier bei der Ölauswahl vor? Kann ich beispielsweise das Alkylbenzolöl der Viskositätsklasse 32 durch ein Polyolesteröl der gleichen Viskositätsklasse austauschen oder sind noch weitere Aspekte zu beachten?
Leider ist es nicht ganz so einfach. Für die Eignung des Öles sind nicht nur die Viskositätsklasse und die grundsätzliche Löslichkeit von Kältemittel und Öl ausschlaggebend.
Bei der Viskositätsklasse handelt es sich um die kinematische Viskosität eines reinen Öles bei einer Temperatur von 40 °C.
Im Verdichter, wo das Öl seine eigentliche Aufgabe zu erfüllen hat, herrschen im Allgemeinen ganz andere Bedingungen: Meist ist hier, in Abhängigkeit vom Druck im Kurbelgehäuse, eine nicht unbedeutende Menge an Kältemittel im Öl gelöst und die Temperaturen im Verdichter liegen auch nicht immer bei 40°C.
Dies alles hat natürlich Auswirkungen auf die Betriebsviskosität. Eine höhere Temperatur führt zur Viskositätserniedrigung, das Öl wird dünnflüssiger und seine Schmierfähigkeit nimmt ab.
Gelöstes Kältemittel verdünnt ebenfalls das Öl und verringert damit die Viskosität. Die Menge an gelöstem Kältemittel im Öl ist wiederum von der Temperatur (je höher die Temperatur des Öles desto weniger Kältemittel wird gelöst) und vom Druck (je höher der Druck, desto mehr Kältemittel wird im Öl gelöst) abhängig. All diese Bedingungen müssen bei der Einschätzung der Betriebsviskosität berücksichtigt werden. Dies gelingt im Allgemeinen nur mit sogenannten pvt-Diagrammen oder Daniel-Plots (siehe https://www.fuchs-schmierstoffe.de/fileadmin/fuchs_upload/ downloads /Industrieschmierstoffe_Prospekte/2014/RENISO_Kaeltemaschinenoele_2014_2015.pdf). Aus diesen Diagrammen lässt sich die Betriebsviskosität für eine bestimmte Kältemittel/Öl-Kombination bei gegebenem Druck und Temperatur bestimmen.
In der Praxis liegt die Betriebsviskosität im Verdichter meist weit unter der Normviskosität. Die Mindestviskosität im Verdichter, die bis auf wenige Ausnahmen nicht unterschritten werden sollte, liegt bei ca. 8 bis 10 mm²/s. Darunter ist die Viskosität zu gering, d. h. das Öl ist zu dünnflüssig, um eine ausreichende Schmierung zu gewährleisten. Eine Obergrenze für die Viskosität spielt im Verdichter im Allgemeinen keine Rolle. Beschränkungen ergeben sich hier bezüglich der Ölrückführung im Kältemittelkreislauf, die bei einer zu hohen Viskosität nicht gewährleistet werden kann.
Eine weitere Einschränkung bezüglich der Ölauswahl stellen die Mischungslücken dar. Auch wenn POE-Öle grundsätzlich mit H-FKW-Kältemitteln wie R407F löslich sind, zeigt sich bei der Betrachtung der Mischung über einen größeren Temperaturbereich bei vielen Kombinationen eine Mischungslücke, das heißt ein Zweiphasengebiet in dem sich eine ölreiche und eine kältemittelreiche Phase voneinander separieren. Innerhalb der Mischungslücke kann unter Umständen die Ölrückführung beeinträchtigt sein.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass auch bei der Umstellung einer bestehenden Anlage, aufgrund der Komplexität der Einflussgrößen, der Verdichterhersteller zu Rate gezogen werden sollte. Ist dies nicht möglich, wäre es empfehlenswert, sich über den Ölhersteller die notwendigen Daten und Diagramme zu besorgen.