Fehlerbeseitigung für die Kühlung von PAC-Anlagen

Was ist Brennerkühlmittel?

Brennerkühlmittel ist eine Prozessflüssigkeit, die aus deionisiertem Wasser und einem gelösten Stoff besteht, um den Gefrierpunkt zu drücken. Viele Betriebe verwenden einfach nur deionisiertes Wasser, wenn garantiert nichts gefrieren kann. Der Einsatz von deionisiertem Wasser ist wichtig, da es frei von leitenden Ionen ist, die andernfalls zur Verschlechterung der Kühlleitungen und zu Schwierigkeiten beim Starten im Plasmabrenner beitragen können. Abbildung 1 ist eine Darstellung der internen Kühlmittelwege in einem Plasmabrenner. Das Kühlmittel ähnelt den Mitteln, die in einer Fahrzeugkühlung zum Einsatz kommen, wobei sie sich in einem wichtigen Punkt unterscheiden: Kühlerfrostschutzmittel enthält Materialien, die Leckstellen verstopfen können. Sie sind für Plasmaanlagen nicht geeignet.

Abbildung 1

Kühlsystem

Eine gewöhnliche PAC-Anlagenkühlung besteht aus einem Motor, einer Pumpe, Kühlleitungen, einem Brenner, Durchflussschalter, Wärmetauscher und einem Speicher (siehe Abbildung 1). Motoren mit 1/3 bis 1/2 Pferdestärken sind üblich. Ein Motor hält gewöhnlich recht lange, es sei denn, das System weist Verengungen auf, aufgrund derer Motor und Pumpe härter arbeiten müssen.

Pumpen

In Plasmaanlagen werden für gewöhnlich Drehschieberpumpen eingesetzt. Diese haben eine anpassbare Bypassschraube, die den Betriebsdruck und -durchfluss der Pumpe erhöht bzw. verringert. Die Lager in diesen Pumpen nutzen sich ab. Die Kupplung zwischen Motor und Pumpe kann brechen. Die Schieber in der Pumpe können sich abnutzen, bis die Pumpe keinen Druck mehr erzeugt.

Kühlsystemleitungen

In den Kühlsystemleitungen wird das Kühlmittel zum Plasmabrenner und zurück geleitet. Diese enthalten gewöhnlich auch die Gleichstrom-Netzkabel. Wassergekühlte Netzkabel verhindern, dass der feindrahtige Kupferdraht nicht überhitzt. Bei mechanisierten Anwendung verlaufen Kühlsystemleitungen für gewöhnlich durch flexible Stromschienen oder über der Schneidmaschine. Sie können von Lecks in gerissenen oder geschnittenen Schläuchen, Löchern in geschmolzenem Material, beschädigten Anschlüssen usw. betroffen sein. Verengungen kommen ebenfalls häufig vor, insbesondere im Rückflussschlauch des Plasmabrenners. Durch Ausfälle von Teilen können sich Rückstände im Brenner oder in der Rückflussleitung ansammeln und den Durchfluss einschränken. Die Kupfer-Netzkabel können vom ständigen Verbiegen ebenfalls ausfallen; dünne Kupferfäden verstopfen dabei die Enden der Schläuche. Verengungen in den Leitungen führen zu einem reduzierten Durchfluss und verstärken die Abnutzung von Pumpe und Motor.

Brenner

Der Brenner ist für gewöhnlich die größte Beschränkung in jedem PAC-Kühlsystem. Die internen Wasserwege sind extra schmal konstruiert, um die Kühlmittelgeschwindigkeit zu beschleunigen und den Wärmeaustausch zu maximieren. Die meisten Hochspannungselektroden sind von innen in einer Weise gefräst, dass ein Hohlraum und damit eine Kupferumrandung um das Spenderelement entsteht. Über dieser Umrandung verläuft ein Wasserrohr, sodass Kühlmittel entlang dieser Kupferwand und an der Rückwand der Elektrode geleitet wird, um die Hitze abzuführen (siehe Abbildung 2). Es ist äußerst wichtig, dass der Brenner und das Kühlmittel nicht verschmutzt werden, damit ein reibungsloser Durchfluss durch diese Wege gewährleistet ist.

Durchflussschalter

Durchflussschalter sind so konstruiert, dass sie einen Ausfall des Brenners und der Teile bei einer zu niedrigen Kühlmittel-Durchflussmenge vermeiden. Dazu werden für gewöhnlich Elektrodenkontaktstift-artige Teile aus Messing mit einem Mikroschalter verwendet. Dieser muss aktiviert sein, damit die Anlage betriebsbereit ist. Durchflussschalter fallen aus mechanischen oder elektrischen Gründen aus: Entweder der Elektroden-Kontaktstift klemmt oder die Schaltkomponenten fallen aus. Filter. Die meisten Anlagen verwenden einen bestimmten Filter, der den meisten handelsüblichen Filtern zur Wasseraufbereitung ähnelt. Filter mit einer Stärke von fünf Mikrometern oder deionisierende Filter sind dabei die Standardlösung. Sie sollten alle paar Monate, oder immer, wenn ein Abfall der Durchflussmenge oder des Drucks auftritt, ausgewechselt werden.

Wärmetauscher

Die meisten Anlagen verwenden eine Art Wärmetauscher mit Kühlrippen und Lüfter, um Wärme aus der Prozessflüssigkeit abzuführen. Einige Anlagen kühlen das Kühlmittel mithilfe eines Kühlkörpers. Der häufigste Ausfall, der bei diesen einfachen Anlagen auftritt, ist der des Lüftermotors.

Kühlmitteltanks

Sind gewöhnlich mit einer Standanzeige oder einem Schwimmerschalter ausgestattet. Der Tank sollte täglich auf einen angemessenen Kühlmittelstand überprüft werden. Ein zu niedriger Kühlmittel-Füllstand kann dazu führen, dass Luft in den Kühlmittelstrom gerät, wodurch die Kühlleistung verringert wird. Ist das System mit einer Verriegelung ausgestattet, dann kann ein niedriger Kühlmittelstand zur Abschaltung des ganzen Systems führen. Auf dem Boden des Tanks können sich Partikel ablagern. Diese sollten herausgespült werden. Der Kühlmittel-Rückfluss kann in der Regel durch die Verschlusskappe des Kühlmitteltanks geprüft werden.

Fehlerbeseitigung

Überprüfen Sie den Kühlmittelstrom: Schwanken Kühlmitteldruck oder Durchflussmenge, dann überprüfen Sie den Kühlmittelstrom oben am Tank: er sollte klar und sauber sein. Ist er eher milchig, dann gelangt vermutlich Luft ins System, was häufig an einem zu niedrigen Kühlmittelstand im Tank liegt. Fügen Sie für etwa zwei Minuten bei laufender Pumpe Kühlmittel hinzu, um den empfohlenen Kühlmittelstand aufrechtzuerhalten. Wird die milchige Erscheinung des Kühlmittels nicht korrigiert, dann kann eine lockere Verbindung am Eingang der Pumpe das Problem sein, da so ebenfalls Luft ins System gesaugt wird. Ein häufiges Problem, das bei Drehschieberpumpen auftritt, ist dass die Hutmutter und Dichtung manchmal weggelassen werden, nachdem der Ausgangsdruck angepasst wurde. Die Hutmutter und Dichtung müssen unbedingt wieder angebracht werden, damit keine Luft ins System eindringen kann.

Überprüfen Sie den Kühlmittelweg: Wenn die Druck- oder Durchflussanzeige unter den vom Hersteller empfohlenen Werten liegt, muss der gesamte Kühlmittelweg überprüft werden. Überprüfen Sie zunächst den Filter, der sich unmittelbar vor der Pumpe befindet. Überprüfen Sie anschließend die Pumpe selbst. Die Pumpen müssen gelegentlich angepasst werden, um Abnutzungseffekte auszugleichen. Die Maßnahmen zur Anpassung unterscheiden sich je nach Pumpentyp und können für gewöhnlich der Betriebsanleitung entnommen werden. Überprüfen Sie zum Schluss noch alle Schläuche, Leitungen und Anschlüsse, damit alles ordnungsgemäß befestigt und angezogen ist und die Schläuche nicht geknickt oder gerissen sind.

Überprüfen der Kühlmittel-Durchflußmenge – „der Eimertest“: Um den Kühlmitteldurchfluss an sich im System zu überprüfen, führen Sie diesen einfachen Test durch: Entfernen Sie die Kühlmittelrücklaufleitung vom Tank. Starten Sie die Pumpe. Fangen Sie den Kühlmittelrückfluss in einem sauberen Behälter auf (etwa 1/2 bis 1 Minute lang) und schalten Sie dann die Pumpe aus. Messen Sie das Volumen und wandeln Sie den Wert in Gallonen/Liter je Minute/Stunde um. Vergleichen Sie das Ergebnis mit der Empfehlung des Herstellers.

Überprüfen der Kühlmittel-Durchflussmenge – Durchflussmesser: Eine bessere Methode, mit der eine ordnungsgemäße Kühlmittel-Durchflussmenge sichergestellt werden kann, ist die Installation eines Wasserdurchflussmessers vor der Rücklaufleitung, durch die Kühlmittel zurück in den Tank fließt. Ein einfaches Durchflussrohr für 0–4 gpm (unter 50 USD) reicht vollkommen aus. Dies ist eine günstige Versicherung gegen den Ausfall von Teilen oder des Brenners.

Überprüfen Sie die Kühlmittelleitfähigkeit/den Kühlmittelwiderstand: Kühlmittel kann im Laufe der Zeit ionisiert und/oder durch Kupferpartikel oder anderes leitendes Material verschmutzt werden. Dies kann beim Plasmabrenner Schwierigkeiten beim Starten verursachen, da der Hochspannungsstrom zum Zünden des Pilotlichtbogens über das Kühlwasser abgeleitet wird. Das Kühlmittel kann mit einem Leitfähigkeitsmesser überprüft werden. Der Kühlmittelwiderstand sollte maximal 10 Mikroohm oder mindestens 10.000 Ohm/cm betragen.