Wie ein Kühlschrank funktioniert: Aufbau und Funktionsprinzip der wichtigsten Kühlschranktypen

Ein klares Verständnis des Aufbaus und der im Kühlaggregat ablaufenden Prozesse trägt zur Verlängerung der Lebensdauer des Geräts bei. Das Funktionsprinzip eines Kühlschranks ist leicht zu verstehen. Bei jedem Modell besteht es darin, eine kalte Umgebung zu erzeugen, indem Wärme im Inneren des Objekts absorbiert und anschließend nach außen abgeführt wird.

Alles darüber, wie Kühlschränke mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien arbeiten, erfahren Sie in unserem Artikel. Wir erläutern die Besonderheiten des Aufbaus und die damit verbundenen Betriebsregeln. Unsere Tipps helfen Ihnen, die Kühlgeräte vor vorzeitigen Schäden zu schützen und bewahren Sie vor der Notwendigkeit von Reparaturen.

Funktionsprinzip der wichtigsten Kühlschranktypen

Kühlgeräte werden in vielen Bereichen eingesetzt. Im Haushalt sind sie unverzichtbar, und eine reibungslose Arbeit in Produktionsstätten, Handelsflächen und Gastronomiebetrieben ist ohne sie nicht denkbar.

Je nach Verwendungszweck und Anwendungsbereich unterscheidet man mehrere Haupttypen von Geräten: Absorptions-, Wirbel-, thermoelektrische und Kompressorgeräte.

Der Kompressortyp ist am weitesten verbreitet, daher werden wir ihn im nächsten Abschnitt ausführlich behandeln. Zunächst wollen wir die wesentlichen Unterschiede zwischen allen vier Konstruktionen aufzeigen.

Funktionsweise der Absorptionstechnik

Im System der Absorptionsanlagen zirkulieren zwei Stoffe – das Kältemittel und das Absorptionsmittel. Als Kältemittel dient in der Regel Ammoniak, seltener Azetylen, Methanol, Freon oder Lithiumbromidlösung.

Das Absorptionsmittel ist eine Flüssigkeit mit ausreichender Absorptionsfähigkeit. Es kann sich um Schwefelsäure, Wasser oder andere Stoffe handeln.

Die gesamte Funktionsweise des Geräts basiert auf dem Absorptionsprinzip, bei dem ein Stoff von einem anderen aufgenommen wird. Die Konstruktion besteht aus mehreren Hauptkomponenten – Verdampfer, Absorber, Kondensator, Regelventile, Generator und Pumpe

Die Elemente des Systems sind durch Rohre verbunden, die einen geschlossenen Kreislauf bilden. Die Kühlung der Kammern erfolgt mithilfe von Wärmeenergie.

Der Prozess wird wie folgt durchgeführt:

• Das in einer Flüssigkeit gelöste Kältemittel gelangt in den Verdampfer;
• Aus der konzentrierten Lösung werden bei 33 Grad siedende Ammoniakdämpfe freigesetzt, die das Objekt kühlen;
• Das Stoffgemisch gelangt in den Absorber, wo es erneut vom Absorptionsmittel aufgenommen wird;
• Eine Pumpe befördert die Lösung in den Generator, der von einer bestimmten Wärmequelle beheizt wird;
• Das Stoffgemisch kocht und die freigesetzten Ammoniakdämpfe gelangen in den Kondensator;
• Das Kältemittel kühlt ab und wird zu einer Flüssigkeit umgewandelt;
• Das Arbeitsmedium durchströmt das Regelventil, wird verdichtet und zum Verdampfer geleitet.

Infolgedessen entzieht das im geschlossenen Kreislauf zirkulierende Ammoniak der gekühlten Kammer Wärme, während es in den Verdampfer eintritt. Und gibt sie an die Umgebung ab, während es sich im Kondensator befindet. Die Zyklen wiederholen sich ununterbrochen.

Da das Gerät nicht ausgeschaltet werden kann, ist es nicht besonders sparsam und zeichnet sich durch einen erhöhten Energieverbrauch aus. Falls solche Geräte ausfallen, können sie wahrscheinlich nicht repariert werden.

Absorptionsgeräte sind weitgehend unabhängig von Spannungs-, Strom- und anderen Netzschwankungen. Dank ihrer kompakten Abmessungen lassen sie sich problemlos an jedem geeigneten Ort installieren.

In der Konstruktion der Geräte gibt es keine sperrigen beweglichen oder reibenden Teile, daher haben sie einen niedrigen Geräuschpegel. Die Geräte eignen sich für Gebäude, deren Stromnetz ständig Spitzenlasten ausgesetzt ist, sowie für Orte ohne dauerhafte Stromversorgung.

Das Absorptionsprinzip wird in industriellen Kühlanlagen, kleinen Kühlschränken für Autos und Büros umgesetzt. Gelegentlich findet es sich in einzelnen Haushaltsmodellen, die mit Erdgas betrieben werden.

Wirkungsprinzip der thermoelektrischen Modelle

Die Temperaturabsenkung in der Kammer eines thermoelektrischen Kühlschranks wird durch ein spezielles System erreicht, das nach dem Peltier-Effekt Wärme abpumpt. Dieser Effekt beinhaltet die Absorption von Wärme im Bereich der Verbindung zweier unterschiedlicher Leiter, wenn elektrischer Strom durch sie fließt.

Die Konstruktion der Kühlschränke besteht aus würfelförmigen thermoelektrischen Elementen aus Metall. Sie sind durch einen gemeinsamen Stromkreis verbunden. Mit der Bewegung des Stroms von einem Element zum anderen wird auch Wärme transportiert.

Eine Aluminiumplatte nimmt es aus dem Innenraum auf und leitet es dann an würfelförmige Arbeitselemente weiter, die es ihrerseits zum Stabilisator umleiten. Dort wird es mithilfe eines Ventilators nach außen abgegeben. Nach diesem Prinzip funktionieren tragbare Mini-Kühlschränke und Kühltaschen.

Bei den meisten Modellen thermoelektrischer Kühlgeräte kann durch Umschalten der Polarität der Stromversorgung nicht nur Kälte, sondern auch Wärme – bis zu 60 Grad Celsius – erzeugt werden. Diese Funktion wird zum Erwärmen von Lebensmitteln genutzt.

Diese Ausrüstung wird beim Camping, im Bereich der Ausstattung von Personenkraftwagen, Yachten und Motorbooten verwendet und häufig in Datschen und anderen Orten aufgestellt, an denen das Gerät mit einer Netzspannung von 12 V versorgt werden kann.

In thermoelektrischen Produkten ist ein spezieller Notfallmechanismus vorgesehen, der sie im Falle einer Überhitzung der Arbeitsteile oder eines Ausfalls des Belüftungssystems abschaltet.

Zu den Vorteilen dieser Arbeitsweise gehören hohe Zuverlässigkeit und ein relativ niedriger Geräuschpegel beim Betrieb der Geräte. Zu den Nachteilen zählen die hohen Kosten und die Empfindlichkeit gegenüber Außentemperaturen.

Besonderheiten der Geräte mit Wirbelkühlern

In Geräten dieser Kategorie ist ein Kompressor vorhanden. Er komprimiert Luft, die sich anschließend in den installierten Wirbelkühleinheiten ausdehnt. Das Objekt wird durch die plötzliche Ausdehnung der komprimierten Luft gekühlt.

Wirbelvorrichtungen sind langlebig und sicher: Sie benötigen keinen Strom, haben keine beweglichen Teile und enthalten keine gefährlichen Chemikalien im inneren System der Konstruktion.

Die Methode der Wirbelkühler hat keine weite Verbreitung gefunden, sondern beschränkte sich auf Testmuster. Dies wird durch den hohen Luftverbrauch, den sehr lauten Betrieb und die relativ geringe Kühlleistung erklärt. Manchmal werden die Geräte in Industriebetrieben eingesetzt.

Überblick über die Kompressortechnik

Kompressorkühlschränke sind die am weitesten verbreitete Art von Geräten im Haushalt. Sie sind in fast jedem Haushalt zu finden – sie verbrauchen nicht zu viel Energie und sind sicher im Betrieb. Die besten Modelle zuverlässiger Hersteller halten ihren Besitzern mehr als 10 Jahre lang. Betrachten wir ihre Struktur und die Prinzipien, nach denen sie arbeiten.

Besonderheiten des Innenaufbaus

Ein klassischer Haushaltskühlschrank ist ein vertikal ausgerichteter Schrank, der mit einer oder zwei Türen ausgestattet ist. Sein Gehäuse wird aus Hartstahlblech mit einer Dicke von etwa 0,6 mm oder aus stabilem Kunststoff gefertigt, der das Gewicht der tragenden Konstruktion verringert.

Für eine hochwertige Abdichtung des Produkts wird eine Paste mit hohem Gehalt an Chlorvinylharz verwendet. Die Oberfläche wird grundiert und mit einem hochwertigen Email aus Spritzpistolen beschichtet. Bei der Herstellung von inneren Metallabteilen wird das sogenannte Stanzverfahren eingesetzt, Kunststoffschränke werden nach dem Vakuumformverfahren hergestellt.

Die Türen des Geräts bestehen aus Stahlblechen. An den Rändern ist eine dichte Gummidichtung eingesetzt, die das Eindringen von Außenluft verhindert. In einige Modelle sind Magnetverschlüsse integriert.

Zwischen der Innen- und Außenwand des Geräts wird unbedingt eine Wärmedämmschicht verlegt, die die Kammer vor eindringender Wärme aus der Umgebung schützt und den Verlust der im Inneren erzeugten Kälte verhindert. Hierfür eignen sich Mineral- oder Glaswolle, Polystyrolschaum, Polyurethanschaum.

Der Innenraum wird traditionell in zwei Funktionszonen unterteilt: den Kühl- und den Gefrierbereich.

Nach der Anordnungsform unterscheidet man:

• Einzel-;
• Doppel-;
• Mehrkammergeräte.

Als separate Kategorie werden Side-by-Side-Geräte geführt, die zwei, drei oder vier Kammern umfassen.

Einkammergeräte sind mit einer Tür ausgestattet. Im oberen Teil des Geräts befindet sich ein Gefrierfach mit eigener Klapp- oder Drehtür, im unteren Teil der Kühlbereich mit höhenverstellbaren Ablagen.

In den Kammern ist eine Beleuchtung mit LED oder herkömmlicher Glühlampe installiert, um zu sehen, was sich eigentlich im Kühlschrank befindet.

Geräte vom Typ ‚Side-by-Side‘ sind wesentlich voluminöser und breiter als ihre Pendants. Beide Fächer nehmen den gesamten Platz über die gesamte Höhe des Geräts ein. Sie sind parallel zueinander angeordnet.

Bei Zweikammergeräten sind die inneren Schränke isoliert und jeweils durch eine eigene Tür getrennt. Die Anordnung der Abteile kann europäisch oder asiatisch sein. Die erste Variante sieht die Gefrierkammer unten vor, die zweite oben.

Bestandteile der Konstruktion

Kühlgeräte vom Kompressortyp erzeugen keine Kälte. Sie kühlen das Objekt, indem sie die innere Wärme aufnehmen und nach außen ableiten.

Der Kälteprozess erfolgt unter Beteiligung folgender Komponenten:

• Kältemittel;
• Kondensator;
• Verdampfer;
• Kompressor;
• Thermostatventil.

Als Kältemittel, mit dem das Kühlsystem befüllt wird, dienen verschiedene Freon-Sorten – Gasmischungen mit hoher Fließfähigkeit und relativ niedrigen Siede- und Verdampfungstemperaturen. Die Mischung bewegt sich in einem geschlossenen Kreislauf und transportiert Wärme durch verschiedene Abschnitte des Zyklus.

In den meisten Fällen verwenden die Hersteller Freon 12 als Arbeitsmittel für Haushaltskühlgeräte. Dieses farblose Gas mit einem kaum wahrnehmbaren, spezifischen Geruch ist für den Menschen ungiftig und beeinträchtigt weder den Geschmack noch die Eigenschaften der in den Kammern gelagerten Lebensmittel.

Der Kompressor ist das zentrale Bauteil eines jeden Kühlschranks. Es handelt sich um ein Inverter- oder Lineargerät, das einen erzwungenen Gaskreislauf im System bewirkt, indem es Druck aufbaut. Einfach ausgedrückt: Der Kühlschrankkompressor verdichtet die Freondämpfe und zwingt sie, sich in die gewünschte Richtung zu bewegen.

Das Gerät kann mit einem oder zwei Kompressoren ausgestattet sein. Die beim Betrieb entstehenden Vibrationen werden durch die äußere oder innere Aufhängung absorbiert. Bei Modellen mit zwei Kompressoren ist für jede Kammer ein separates Gerät zuständig.

Die Klassifizierung der Kompressoren sieht zwei Untertypen vor:

1. Dynamischer. Er zwingt das Kältemittel, sich durch die Bewegungskraft der Schaufeln eines Zentrifugal- oder Axialventilators zu bewegen. Hat eine einfache Konstruktion, wird aber aufgrund des geringen Wirkungsgrads und des schnellen Verschleißes unter Drehmomenteinwirkung in Haushaltsgeräten selten eingesetzt.
2. Verdrängerkompressor. Er komprimiert das Arbeitsmedium mit Hilfe einer speziellen mechanischen Vorrichtung, die von einem Elektromotor angetrieben wird. Es gibt Kolben- und Rotationsausführungen. In Kühlschränken werden hauptsächlich solche Kompressoren eingebaut.

Kolbenapparat ist als Elektromotor mit vertikaler Welle dargestellt, der in einem einteiligen Metallgehäuse eingeschlossen ist. Wenn das Anlaufrelais die Stromversorgung anschließt, aktiviert es die Kurbelwelle, und der darauf befestigte Kolben beginnt sich zu bewegen.

Das System der sich öffnenden und schließenden Ventile wird in Betrieb genommen. Infolgedessen werden die Freondämpfe aus dem Verdampfer abgesaugt und in den Kondensator gedrückt.

Bei Defekten des Kolbenkompressors ist eine Reparatur nur unter Verwendung spezieller professioneller Geräte möglich. Jede Demontage im Haushalt birgt die Gefahr des Dichtigkeitsverlustes und der Unmöglichkeit des weiteren Betriebs.

Bei Rotationsmechanismen wird der erforderliche Druck durch zwei gegeneinander laufende Rotoren aufrechterhalten. Das Freon gelangt in eine obere Tasche am Anfang der Wellen, wird komprimiert und tritt durch eine untere Öffnung mit kleinem Durchmesser aus. Zur Verringerung der Reibung wird Öl in den Raum zwischen den Wellen eingebracht.

Kondensatoren werden in Form einer Rohrschlange ausgeführt, die an der Rück- oder Seitenwand des Geräts befestigt wird.

Sie haben unterschiedliche Konstruktionen, sind aber immer für eine Aufgabe zuständig: die Kühlung der heißen Gasdämpfe auf die vorgegebenen Temperaturwerte durch Kondensation des Stoffes und Abgabe der Wärme an den Raum. Es gibt sie als Platten- oder Rippenrohr-Ausführungen.

Der Verdampfer besteht aus einer dünnen Aluminiumrohrleitung und verlöteten Stahlplatten. Er steht in Kontakt mit den Innenfächern des Kühlschranks, leitet die aufgenommene Wärme effektiv aus dem Gerät ab und senkt die Temperatur in den Fächern erheblich.

Thermostatventil wird benötigt, um den Druck des Arbeitsmediums auf einem bestimmten Niveau zu halten. Die großen Baugruppen des Aggregats werden durch ein System von Rohren miteinander verbunden, die einen geschlossenen Kreislauf bilden.

Ablauf des Arbeitszyklus

Die optimale Temperatur für die Langzeitlagerung von Vorräten in Kompressionsgeräten wird während der aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen erzeugt.

Sie verlaufen wie folgt:

• Beim Anschließen des Geräts an das Stromnetz wird der Kompressor gestartet, der die Freondämpfe verdichtet und dabei gleichzeitig deren Druck und Temperatur erhöht;
• Unter der Wirkung des Überdrucks gelangt das heiße Arbeitsmedium, das sich im gasförmigen Aggregatzustand befindet, in das Kondensatorgefäß;
• Während es sich durch ein langes Metallrohr bewegt, gibt der Dampf die gespeicherte Wärme an die Umgebung ab, kühlt allmählich auf Raumtemperatur ab und wird zu einer Flüssigkeit;
• Das flüssige Arbeitsmedium durchläuft einen Trockenfilter, der überschüssige Feuchtigkeit aufnimmt;
• Das Kältemittel dringt durch ein dünnes Kapillarrohr, an dessen Austritt der Druck abfällt;
• Die Substanz kühlt ab und wird zu einem Gas;
• Der abgekühlte Dampf gelangt zum Verdampfer und entzieht beim Durchströmen seiner Kanäle den Innenfächern des Kühlgeräts Wärme;
• Die Temperatur des Freons steigt, und es gelangt zurück zum Kompressor.

Einfach ausgedrückt funktioniert ein Kompressorkühlschrank folgendermaßen: Der Kompressor pumpt das Kältemittel in einem Kreislauf um. Das Freon ändert dabei dank spezieller Vorrichtungen seinen Aggregatzustand, nimmt Wärme im Inneren auf und gibt sie nach außen ab.

Der Arbeitszyklus im System wiederholt sich, bis die von den Systemprogrammen vorgegebenen Temperaturwerte erreicht sind, und setzt wieder ein, wenn ein Anstieg festgestellt wird.

Nach dem Abkühlen auf die gewünschten Parameter stoppt der Thermostat den Motor, indem er den Stromkreis unterbricht.

Sobald die Temperatur in den Kammern zu steigen beginnt, schließen die Kontakte erneut und der Elektromotor des Kompressors wird durch ein Schutz- und Anlaufrelais in Gang gesetzt. Aus diesem Grund ist während des Betriebs des Kühlschranks ständig ein periodisch auftretendes und wieder abklingendes Motorgeräusch zu hören.

Empfehlungen für Betrieb und Pflege

Die Bedienung des Geräts ist nicht kompliziert: Es arbeitet rund um die Uhr im Automatikmodus. Das Einzige, was beim ersten Einschalten und gelegentlich während des Betriebs angepasst werden muss, ist die Einstellung der optimalen Temperatur für die jeweiligen Umstände.

Die gewünschte Temperatur wird mit einem Temperaturregler eingestellt. In einem elektromechanischen System werden die Werte nach Augenmaß oder anhand der Empfehlungen in der Bedienungsanleitung des Herstellers eingestellt. Dabei sind Art und Menge der im Kühlschrank gelagerten Lebensmittel zu berücksichtigen.

Der Reglerknopf ist in der Regel ein runder Mechanismus mit mehreren Stufen, oder bei neueren und teureren Modellen kann die Steuerung über ein Touchpanel erfolgen.

Um den Gefriergrad zu beurteilen, empfehlen Experten, den Regler zunächst in die mittlere Position zu stellen und ihn nach einiger Zeit bei Bedarf nach rechts oder links zu drehen.

Jede Markierung an einem solchen Knopf entspricht einer bestimmten Temperatureinstellung: Je größer die Stufe, desto niedriger die Temperatur. Der elektronische Block hingegen ermöglicht es, die Temperatur mit einer Genauigkeit von bis zu 1 Grad mithilfe eines Drehreglers oder von Tasten einzustellen.

Zum Beispiel kann man im Gefrierfach einen Wert von -14 Grad einstellen. Alle eingegebenen Parameter werden auf dem Digitaldisplay angezeigt.

Um die Lebensdauer Ihres Haushaltskühlschranks maximal zu verlängern, sollten Sie sich nicht nur mit seinem Aufbau vertraut machen, sondern ihn auch pfleglich behandeln. Fehlender Service und unsachgemäße Bedienung können zu schnellem Verschleiß wichtiger Teile und einer unzureichenden Funktionsfähigkeit führen.

Unerwünschte Folgen lassen sich vermeiden, indem Sie eine Reihe von Regeln beachten:

1. Reinigen Sie den Kondensator regelmäßig von Schmutz, Staub und Spinnweben bei Modellen mit offenem Metallgitter an der Rückwand. Verwenden Sie dazu ein normales, leicht angefeuchtetes Tuch oder einen Staubsauger mit kleinem Aufsatz.
2. Installieren Sie das Gerät richtig. Achten Sie darauf, dass der Abstand zwischen dem Kondensator und der Zimmerwand mindestens 10 cm beträgt. Diese Maßnahme hilft, eine ungehinderte Luftzirkulation zu gewährleisten.
3. Tauen Sie rechtzeitig ab, um die Bildung einer übermäßigen Schneeschicht an den Kammerwänden zu vermeiden. Zur Beseitigung von Eiskrusten ist es verboten, Messer und andere scharfe Gegenstände zu verwenden, die den Verdampfer leicht beschädigen und außer Betrieb setzen können.

Außerdem sollten Sie beachten, dass der Kühlschrank nicht in der Nähe von Heizgeräten und an Orten aufgestellt werden darf, an denen er direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt werden kann. Übermäßige äußere Wärme beeinträchtigt die Arbeit der Hauptkomponenten und die Gesamtleistung des Geräts.

Für die Reinigung von Teilen aus Edelstahl sind nur spezielle Mittel geeignet, die vom Hersteller in der Anleitung zum Gerät empfohlen werden.

Falls ein Transport von einem Ort zum anderen geplant ist, sollten Sie das Gerät am besten in einem Lastwagen mit hohem Kastenaufbau transportieren, wobei es in streng vertikaler Position fixiert wird.

Auf diese Weise können Schäden, das Austreten von Öl aus dem Kompressor, das direkt in den Kreislauf des Kältemittels gelangt, vermieden werden.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Video #1. Wie funktioniert das Kühlaggregat:

Video #2. Ausführliche Erklärung des Aufbaus von Kompressorkühlschränken:

Video #3. Informationen zur Funktionsweise von Absorptionskältemaschinen:

Solange die Kühlgeräte einwandfrei funktionieren, interessieren sich die Verbraucher selten für deren Aufbau. Dennoch sollte man dieses Wissen nicht vernachlässigen. Es ist sehr wertvoll, da es ermöglicht, die Ursache einer Störung schnell zu erkennen und die Problemstelle zu lokalisieren, um schwerwiegende Schäden zu vermeiden.

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