Komponenten für die Serienfertigung von Wärmepumpen
Flexible Leitungen und lösbare Verbindungen sollen Kältekreisläufe kompakter machen und die modulare Fertigung von Wärmepumpen unterstützen.
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Flexible Leitungen und lösbare Verbindungen sollen Kältekreisläufe kompakter machen und die modulare Fertigung von Wärmepumpen unterstützen.
Mit steigenden Stückzahlen rücken bei der Herstellung von Wärmepumpen neben den technischen Anforderungen zunehmend auch Montageaufwand, Bauraum und die industrielle Fertigung in den Mittelpunkt. Einen Ansatzpunkt bildet dabei der Kältekreislauf. Witzenmann stellt auf der Chillventa 2026 flexible Edelstahlleitungen für die Kompressoranbindung sowie eine neu entwickelte lösbare Verbindung vor. Beide Lösungen sollen dazu beitragen, Kältekreisläufe kompakter aufzubauen und in vormontierbare Baugruppen zu unterteilen.
Die Verrohrung eines Kältekreislaufs erfüllt mehrere Aufgaben gleichzeitig. Sie verbindet die einzelnen Komponenten miteinander, muss dauerhaft dicht bleiben und wird insbesondere im Bereich des Kompressors mechanisch beansprucht. Hinzu kommen Anforderungen an Bauraum, Gewicht und Montage. Für eine stärker industrialisierte Fertigung spielen deshalb nicht nur die einzelnen Komponenten eine Rolle, sondern auch die Frage, wie sich der komplette Kreislauf fertigungsgerecht aufbauen lässt.
Witzenmann setzt dafür an zwei Punkten an: bei der Kompressoranbindung und bei den Verbindungsstellen zwischen einzelnen Baugruppen.
Eine besondere Rolle innerhalb des Kältekreislaufs spielt die Anbindung des Kompressors. Während des Betriebs entstehen Schwingungen, die über die angeschlossenen Rohrleitungen in weitere Bereiche des Geräts übertragen werden können.
Bei konventionellen Lösungen werden dafür häufig Kupferrohre verwendet. Um Bewegungen und Schwingungen aufzunehmen, werden diese Rohre mit entsprechenden Bögen und Schleifen ausgeführt. Die erforderliche Rohrgeometrie beansprucht allerdings Platz und erhöht gleichzeitig die benötigte Leitungslänge.
Flexible Edelstahlleitungen folgen einem anderen konstruktiven Ansatz. Bewegliche metallische Elemente wie Metallschläuche oder Metallbälge nehmen die Bewegungen innerhalb der Leitung auf. Dadurch kann die Verbindung zwischen Kompressor und den nachfolgenden Komponenten direkter ausgeführt werden.
Dies kann den erforderlichen Bauraum und das Gewicht gegenüber einer entsprechenden Kupferverrohrung deutlich reduzieren. Johannes Schweitzer, Head of Sales Building Solutions bei Witzenmann, beziffert das mögliche Einsparpotenzial: „Das spart im Vergleich zur Kupferverrohrung bis zu 80 Prozent Bauraum und Gewicht.“
Wie groß der Effekt in einer konkreten Wärmepumpe ausfällt, hängt von der jeweiligen Einbausituation und der bisherigen Rohrführung ab.
Neben dem Bauraum betrifft die flexible Anbindung auch die Übertragung von Schwingungen. Da diese nicht ausschließlich durch die Geometrie starrer Rohrleitungen aufgenommen werden müssen, soll sich die mechanische Entkopplung des Kompressors verbessern. Dadurch kann auch die Geräuschemission des Geräts reduziert werden.
Auf der Chillventa will Witzenmann diesen Unterschied anhand eines Demonstrators zeigen. Dabei werden eine starre Kupferverrohrung und eine flexible Leitung gegenübergestellt. Ein beweglich gelagerter Kompressor auf einer Rüttelplatte soll die unterschiedliche Übertragung der Schwingungen veranschaulichen.
Die flexiblere Kompressoranbindung hat gleichzeitig Auswirkungen auf den konstruktiven Aufbau der Verdichtereinheit. Muss eine Rohrleitung keine zusätzlichen Schleifen und groß dimensionierten Bögen zur Aufnahme von Bewegungen enthalten, kann sie auf kürzerem Weg zwischen den Komponenten geführt werden.
Dadurch verringert sich nicht nur der benötigte Bauraum. Eine kürzere Leitungsführung reduziert auch den Materialbedarf reduzieren und vereinfacht die konstruktive Integration der Verdichterbaugruppe.
Für die Serienfertigung ist dies vor allem dann von Bedeutung, wenn Wärmepumpen kompakter aufgebaut oder bestimmte Baugruppen als eigenständige Module vormontiert werden sollen. Genau hier setzt der zweite Entwicklungsansatz des Unternehmens an.
Bislang werden die Verbindungen innerhalb von Kältekreisläufen nach Angaben von Witzenmann überwiegend gelötet. Das Verfahren ermöglicht dichte Verbindungen, führt jedoch zugleich dazu, dass die verbundenen Komponenten anschließend eine weitgehend untrennbare Einheit bilden.
Für eine modulare Fertigung ist das eine Einschränkung. Sollen einzelne Bereiche separat vormontiert und geprüft werden, müssen diese Einheiten in der Endmontage wieder miteinander verbunden werden können.
Witzenmann hat deshalb eine verschraubbare Verbindung für den Einsatz im Kältekreislauf entwickelt. Die Verbindung wird auf der Chillventa 2026 vorgestellt und soll die bislang üblichen Lötverbindungen an ausgewählten Schnittstellen ersetzen können.
Die Verschraubung entspricht der EN 14903 und ist für das Kältemittel R290 ausgelegt.
Der wesentliche Unterschied gegenüber einer gelöteten Verbindung liegt in ihrer Lösbarkeit. Dadurch lässt sich ein Kältekreislauf konstruktiv in mehrere Baugruppen unterteilen, die zunächst unabhängig voneinander gefertigt werden können.
Eine solche Aufteilung verändert die Fertigungslogik. Statt einen vollständigen Kältekreislauf innerhalb einer durchgehenden Prozesskette aufzubauen, können einzelne Module vorproduziert werden.
Diese Baugruppen lassen sich nach dem beschriebenen Konzept bereits vor der Endmontage prüfen. Erst anschließend werden sie im Gerät miteinander verbunden. Damit eröffnen sich Möglichkeiten, unterschiedliche Fertigungsschritte parallel durchzuführen und den Aufbau der Montagelinien flexibler zu gestalten.
Witzenmann sieht darin auch Voraussetzungen für eine stärkere Automatisierung. Welche Fertigungsschritte automatisiert werden können, hängt allerdings vom jeweiligen Aufbau des Geräts und den Produktionsprozessen des Herstellers ab.
Die lösbare Verbindung ist deshalb weniger als isoliertes Einzelbauteil zu betrachten, sondern als Schnittstelle innerhalb eines modular aufgebauten Kältekreislaufs.
Neben der eigentlichen Verbindungstechnik verfolgt Witzenmann bei den Leitungssystemen einen Ansatz zur Funktionsintegration. Flexible Elemente, Rohrabschnitte und lösbare Verbindungen können demnach in einer Baugruppe miteinander kombiniert werden.
Auch Abgänge für Sensorik lassen sich in solche Leitungseinheiten integrieren. Damit können mehrere Funktionen bereits vor der Montage des kompletten Kältekreislaufs zusammengefasst werden.
Ein solcher Aufbau reduziert die Zahl separat zu montierender Komponenten und Schnittstellen. Witzenmann verweist in diesem Zusammenhang auch auf die Zahl möglicher Leckagestellen: Werden Funktionen in vormontierten Leitungseinheiten zusammengeführt, sind entsprechend weniger einzelne Verbindungsstellen erforderlich.
Die Möglichkeiten einer modularen Bauweise hängen wesentlich davon ab, wann die entsprechenden Leitungssysteme in die Konstruktion einbezogen werden. Soll beispielsweise eine kompaktere Verdichterbaugruppe entstehen, müssen Bewegungsaufnahme, Anschlusspunkte und mögliche Modulgrenzen bereits während der Geräteentwicklung berücksichtigt werden.
Witzenmann begleitet Wärmepumpenhersteller deshalb bereits bei der Auslegung entsprechender Leitungssysteme. Zum Entwicklungsprozess gehören die Analyse der jeweiligen Lastfälle sowie der Bau von Prototypen.
Hinzu kommen Prüfungen auf unternehmenseigenen Prüfständen, insbesondere Lebensdauer- und Dichtheitsnachweise. Damit soll überprüft werden, ob die ausgelegte Leitung den mechanischen Belastungen des jeweiligen Einsatzfalls standhält und die Anforderungen an die Dichtheit des Kältekreislaufs erfüllt.
Gerade bei flexiblen Leitungen ist die konkrete Auslegung entscheidend, da sie Bewegungen gezielt aufnehmen sollen. Die Leitung wird deshalb nicht unabhängig vom Gerät betrachtet, sondern muss auf die jeweilige Einbausituation und die auftretenden Belastungen abgestimmt werden.
Flexible Kompressoranbindungen und lösbare Verbindungen adressieren unterschiedliche Bereiche des Kältekreislaufs, verfolgen im vorgestellten Konzept jedoch dasselbe Ziel: Der Aufbau des Systems soll stärker an die Anforderungen einer Serienfertigung angepasst werden.
Bei der Kompressoranbindung stehen eine kompaktere Rohrführung und die Aufnahme von Schwingungen im Vordergrund. Die Verschraubung soll dagegen neue Möglichkeiten schaffen, den Kältekreislauf in separat herstellbare und prüfbare Module zu gliedern.
In Verbindung mit der Integration zusätzlicher Funktionen in vormontierte Leitungseinheiten entsteht daraus ein Ansatz, bei dem die Verrohrung bereits während der Geräte- und Fertigungsplanung berücksichtigt wird.
Damit erweitert sich auch die Funktion der Leitungstechnik. Neben dem Transport des Kältemittels übernimmt sie konstruktive Aufgaben bei Schwingungsentkopplung, Bauraumnutzung und der Definition von Schnittstellen zwischen einzelnen Modulen.
Witzenmann zeigt die flexiblen Leitungssysteme und die neue Verschraubung auf der Chillventa in Nürnberg. Im Mittelpunkt steht dabei neben den einzelnen Komponenten auch deren Einbindung in den gesamten Kältekreislauf. Das Unternehmen will unter anderem anhand des Demonstrators zeigen, wie sich eine flexible Leitung bei der Kompressoranbindung gegenüber einer starren Rohrführung verhält.
Für Hersteller von Wärmepumpen liegt die technische Fragestellung damit nicht allein in der Auswahl einzelner Rohr- oder Verbindungselemente. Entscheidend ist vielmehr, wie sich Kältekreislauf, Verdichteranbindung und Verbindungstechnik so aufeinander abstimmen lassen, dass vormontierbare Baugruppen entstehen und die Anforderungen an Dichtheit und mechanische Belastbarkeit eingehalten werden. Die auf der Chillventa vorgestellten Lösungen von Witzenmann setzen an diesen Schnittstellen an. (Johannes Schweitzer, Head of Sales Building Solutions bei Witzenmann)
Chillventa - Halle 6, Stand 112
