Prüfung der Betriebslebensdauer von Wärmepumpenbauteilen durch Druckwechselprüfungen

Die Poppe + Potthoff Maschinenbau GmbH hat sich auf die Entwicklung hochpräziser Prüfstände spezialisiert, um die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von Wärmepumpenkomponenten zu prüfen und somit Herstellern wichtige Einblicke in die Leistung Ihre Komponenten zu gewährleisten. In dieser Case Study beleuchten wir kurz, wie durch Druckwechselprüfungen die Betriebslebensdauer von Wärmepumpenbauteilen auf einem Prüfstand getestet wird.

Die Wärmepumpe – Kurz Erklärt

Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das Wärmeenergie von einer Quelle zu einem sogenannten “Senke” überträgt, wo die Wärme auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird. Ihr Funktionsprinzip basiert auf dem thermodynamischen Kreisprozess, der vier Hauptkomponenten umfasst: Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Expansionsventil.

1. **Verdampfer**: Hier wird eine Flüssigkeit (Kältemittel) so weit abgekühlt, dass sie verdampft. Dieser Prozess entzieht der Wärmequelle Energie (Wärme).

2. **Kompressor**: Das gasförmige Kältemittel wird nun in den Kompressor geleitet. Durch Kompression erhöht sich der Druck des Kältemittels, was zu einer Erhöhung der Temperatur führt. Die Erhöhung des Drucks ist entscheidend, da sie es dem System ermöglicht, Wärme auf ein höheres Temperaturniveau zu transportieren.

3. **Kondensator**: Im Kondensator gibt das heiße, komprimierte Kältemittel seine Wärme an die Umgebung ab und kondensiert dabei zurück in den flüssigen Zustand.

4. **Expansionsventil**: Durch das Expansionsventil wird der Druck des Kältemittels reduziert, was zu einer Abkühlung führt. Das Kältemittel kehrt in den Verdampfer zurück, und der Zyklus beginnt von vorne.

Die Effizienz und Langlebigkeit einer Wärmepumpe hängen stark von der Fähigkeit ihrer Komponenten ab, den verschiedenen Druckniveaus standzuhalten. Druckwechselprüfungen sind daher entscheidend, um die Zuverlässigkeit dieser Bauteile zu gewährleisten, insbesondere im Hinblick auf die Druckunterschiede, die der Kompressor erzeugt und die durch das gesamte System übertragen werden.

Problemstellung

Wärmepumpen sind entscheidend für energieeffiziente Heizsysteme. Ihre Bauteile, zum Beispiel Expansionsventile, sind jedoch wechselnden Drücken ausgesetzt, was ihre Lebensdauer beeinträchtigen kann. Eine präzise Prüfung dieser Bauteile in der Komponentenentwicklung aber auch in der Produktion ist daher unerlässlich.

Lösungsansatz

Poppe + Potthoff implementierte eine Druckwechselprüfung, die Folgendes umfasst:

• Druckwechseltests mit Unterdruck von-0.3 bis zu 10 bar: Um die Bauteile unter realistischen Bedingungen zu testen.
• Programmierung von Sinus- und Trapezkurven: Diese Kurven simulieren unterschiedliche Betriebszustände, um die Bauteile auf verschiedene Beanspruchungen zu testen.
• Verwendung von Wasser-Glykol als Testmedium: Dies ermöglicht die Überprüfung der Bauteile unter realistischen thermischen Bedingungen.
• Medientemperierung: Um die Auswirkungen unterschiedlicher Betriebstemperaturen auf die Bauteile zu untersuchen.

Ergebnisse

Durch die Druckwechselprüfungen erhält der Hersteller wichtige Daten und Einblicke in die Performance seiner Bauteile. Diese sind zum Beispiel auch wichtig für die Zertifizierung der Bauteile. Durch die Festigkeits- und Lebensdauerdauerprüfung in der Komponentenwicklung kann das Bauteil weiter optimiert werden. Die Tests tragen dazu bei, das Risiko von Ausfällen im Betrieb zu minimieren und die allgemeine Zuverlässigkeit von Wärmepumpensystemen zu erhöhen.

Fazit

Die fortschrittlichen Prüfverfahren von Poppe + Potthoff stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Qualitätssicherung von Wärmepumpenbauteilen dar. Diese Technologien sorgen nicht nur für eine längere Lebensdauer der Komponenten, sondern tragen auch zur Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit von Heizsystemen bei.