Kapillarrohre regeln die Kältemittelmenge, die durch das System fließt, da sie einen sehr kleinen Innendurchmesser haben, meist zwischen einem halben Millimeter und zwei Millimetern. Wenn das heiße, unter Druck stehende Kältemittel aus dem Kondensator austritt und in diese winzigen Rohre gelangt, entsteht durch die hohe Reibung ein Druckabfall von etwa 85 %, wie Forschungsergebnisse von Ponemon aus dem Jahr 2023 zeigen. Der plötzliche Druckabfall führt dazu, dass sich das Kältemittel schnell ausdehnt und dabei abkühlt, bis es kurz vor dem Erreichen der Verdampferspule eine kalte Mischung aus Flüssigkeit und Dampf bildet, wobei die eigentliche Kühlung stattfindet.
Kapillarrohre werden in etwa 89 Prozent der Haushaltsklimaanlagen als Expansionsvorrichtungen mit festem Querschnitt eingesetzt und ersetzen so die komplizierten mechanischen Ventile, die wir an anderen Stellen sehen (laut ASHRAE-Daten aus 2023). Diese kleinen Rohre bestehen in der Regel aus Kupfer oder rostfreiem Stahl. Sie helfen dabei, die Menge des Kältemittels zu regulieren, die in den Verdampferbereich gelangt, wodurch letztendlich die Effizienz gesteigert wird, mit der das System Wärme aus der Raumluft aufnimmt. Warum haben sich diese Komponenten so weit verbreitet? Eine einfache Konstruktion in Kombination mit zuverlässiger Leistung macht sie ideal für Großserienfertigung. Besonders wichtig für Hersteller, die preisbewusste Verbraucher ansprechen, die zuverlässige Kühlungslösungen benötigen, ohne beim AC-Kapillarrohr-Produktionsanlagen im Land hohe Kosten verursachen zu wollen.
Die Strömungsregelung wird durch drei Hauptfaktoren bestimmt:
Optimierte Kapillarrohrkonstruktion hat sich als effektiv erwiesen, um die SEER-Werte in Inverter-Klimaanlagen durch stabile Kältemittelströmung um 12–15% zu verbessern, laut jüngsten Verbesserungen bei der Klimaanlagendesign .
Metalle, die korrosionsbeständig sind, spielen eine entscheidende Rolle, wenn Materialien wiederholten Temperaturwechseln und aggressiven Chemikalien über die Zeit standhalten müssen. Die meisten Klimaanlagen verlassen sich weiterhin auf Kupfer für ihre inneren Komponenten, wobei etwa drei von vier Klimaanlagen dieses verwenden, da Kupfer Wärme sehr gut leitet und sich während des Herstellungsprozesses leicht formen lässt, wie aktuelle Daten der HLK-Branche aus 2023 zeigen. Für Kühlsysteme, die speziell mit Ammoniak arbeiten, wird rostfreier Stahl zum bevorzugten Material, da dieser besser gegen die korrosiven Effekte bestehen kann. Messinglegierungen finden ihre Anwendung in bestimmten Niedrigdruck-Anwendungen, bei denen andere Materialien nicht so effektiv wären, obwohl diese Einsätze innerhalb der Branche meist sehr spezialisiert sind.
Nahtlose Kupferrohre werden durch Kaltziehverfahren hergestellt, die eine dimensionsgenauigkeit von 0,5 % erreichen. Während des Ziehvorgangs überwacht eine Inline-Röntgenmesstechnik die Wanddicke und gewährleistet so eine Gleichmäßigkeit von ±0,01 mm – entscheidend für eine präzise Kältemitteldosierung in hochgenauen Klimaanlagensystemen.
Elektrolytisch hergestelltes Hartkupfer (ETP) mit einem Sauerstoffgehalt von ≤0,04 % verhindert eine Wasserstoffversprödung während des Lötens. Nach dem Glühen sollen die Rohre eine Härte von 65 HRB auf der Rockwell-B-Skala erreichen, um eine optimale Kombination aus Duktilität und Druckbeständigkeit zu gewährleisten. Automatische Sichtprüfsysteme überprüfen alle Rohre auf Einhaltung der ASME-B36.19M-Durchmessertoleranzen, bevor die Lieferung erfolgt.
AC-Kapillarrohr-Fabriken verwenden mehrstufiges Kaltziehen, um Durchmesser von bis zu 0,5 mm mit einer Genauigkeit von ±0,01 mm zu erreichen. Kupferrohlinge werden über 6–12 Stufen unter Verwendung von Wolframcarbid-Düsen reduziert, um eine gleichmäßige Wanddicke sicherzustellen. Echtzeit-Lasermesssysteme gewährleisten die dimensionale Stabilität während Hochgeschwindigkeitsproduktionsläufen von über 25 m/min.
Optimierte Düsen-Geometrie (Einführwinkel von 12°–16°) und Oxalsäure-Seifenschmierstoffe reduzieren die Ziehreibung um 38 % im Vergleich zu petroleumbasierten Alternativen (TheZebra.org 2021). Eine progressive Düsenabfolge hält die Ziehverhältnisse zwischen 1,15 und 1,35 pro Durchgang aufrecht und ermöglicht eine Gesamtquerschnittsreduktion von bis zu 75 %, ohne Werkstofffehler zu verursachen.
Zwischen den Zeichnungsstufen durchlaufen Kupferrohre eine Chargenglühung bei 450–550 °C in stickstoffkontrollierten Öfen. Dies stellt die Dehnbarkeit wieder her (≥35 % Dehnung) und gewährleistet eine vollständige Rekristallisation innerhalb von 90 Minuten. Metallographische Analysen überprüfen die mikrostrukturelle Integrität vor weiteren Bearbeitungsschritten.
CNC-gesteuerte Fließsägen schneiden die Rohre in Längen von 1,5–6 m mit einer Genauigkeit von ±2 mm bei Geschwindigkeiten von bis zu 30 m/min. Servoangetriebene Wickelsysteme erzeugen Spulen mit einem Gewicht von 150–300 kg und gewährleisten eine konstante Spulendurchmessergenauigkeit von ±0,5 mm. Polymerische Zwischenlagen verhindern Oberflächenschäden während Handhabung und Transport.
Die Oberflächenqualität hat direkten Einfluss auf den Kältemittelstrom und die Systemzuverlässigkeit. Eine glatte Innenoberfläche (unterhalb von 0,8 µm Ra ) minimiert Turbulenzen und verhindert eine Ansammlung von Partikeln, die zu Mikroverstopfungen führen könnten. Oberflächenfehler, die 5 % der Wandstärke überschreiten kann die Kühlkapazität um 12–18 % reduzieren (HVAC Tech Journal, 2023), was die Notwendigkeit strenger Fertigungskontrollen unterstreicht.
Nach dem Ziehen werden die Rohre mit Salpetersäure geglüht, um Oxidschichten zu entfernen, gefolgt von einer dreistufigen Spülung mit entsalztem Wasser, um chemische Rückstände zu beseitigen. Hochgeschwindigkeits-Luftmessern trocknen die Rohre bei 65–80 °C , wodurch der Feuchtigkeitsgehalt auf unter 50 PPM – ein entscheidender Schritt zur Verhinderung von innerer Korrosion.
Die endgültige Verpackung erfolgt in Reinräumen der ISO-Klasse 5, wobei die Rohre in mit Stickstoff befüllten Behältern versiegelt werden, um Oxidation zu verhindern. Automatisierte Handhabungssysteme minimieren den menschlichen Kontakt, während Laserpartikelzähler die Reinheit gemäß MIL-STD-1246E überprüfen. Hochwertige Anlagen halten die Kontaminationswerte auf ≤ 10 Partikel/cm² für Partikel größer als 0,5 µm.
Jedes Rohr wird bei 2,5× seinem Betriebsdruck (typischerweise 500–800 psi) über 10–15 Minuten geprüft, um die strukturelle Integrität zu bestätigen. Dieser hydrostatische Test erfasst Mikrolecks von bis zu 0,003 mm Größe und gewährleistet Zuverlässigkeit unter realen Kältemitteldruckbedingungen gemäß den ASHRAE-2024-Richtlinien.
Laser-Messgeräte und Ultraschall-Dickenmessgeräte prüfen den Außendurchmesser mit einer Genauigkeit von ±0,01 mm und die Wanddicke mit einer Toleranz von ±5 %. Diese Messungen stellen gleichmäßige Strömungseigenschaften sicher und werden in Echtzeit überwacht. Nicht konforme Einheiten werden automatisch aussortiert, um den Anforderungen der ASTM B280 zu entsprechen.
Die beschleunigte Lebensdauerprüfung simuliert 15 Jahre Nutzungsdauer durch 50.000 Druckwechsel (50–300 psi) und thermische Schocks von -40 °C bis 120 °C. Um für die Garantieabdeckung zugelassen zu werden, müssen die Rohre nach der Prüfung mindestens 95 % ihrer ursprünglichen Berstfestigkeit beibehalten (≥1.200 psi).
Jedes Rohr ist mit einem lasergravierten Code gekennzeichnet, der eine vollständige Rückverfolgung zu den Rohmaterialien, Prozessparametern und Prüfprotokollen ermöglicht – zur Unterstützung von 10-Jahres-Audit-Anforderungen.
Kapillarrohre finden heutzutage in immer mehr invertergesteuerten Wärmepumpen Anwendung, insbesondere da Hersteller auf der Suche nach Komponenten sind, die unter wechselnden Druckbedingungen zuverlässig funktionieren – Bedingungen, die über das hinausgehen, was herkömmliche Split-Systeme benötigen. Der Übergang zu umweltfreundlicheren Alternativen wie dem Kältemittel R-290 hat viele Fabrikbetreiber veranlasst, ihre Produktionsabläufe neu zu überdenken. Etwa 42 Prozent der Unternehmen, die Kapillarrohre für Klimaanlagen herstellen, haben seit Anfang des letzten Jahres ihre Produktionsprozesse überarbeitet. Diese Verbesserungen zielen darauf ab, Probleme durch Wasserstoffversprödung zu vermeiden und gleichzeitig mit den sich ständig weiterentwickelnden Sicherheitsvorschriften in diesem Bereich Schritt zu halten.
Kapillarrohre dienen hauptsächlich als Expansionsgeräte mit festgelegtem Querschnitt, indem sie den Kältemittelstrom in den Verdampferbereich regulieren, um die Wärmeaufnahme aus der Innenraumluft zu verbessern.
Kupfer wird aufgrund seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit und der einfachen Formgebung häufig verwendet, wodurch es für hochwertige Klimakomponenten geeignet ist.
Der Druckabfall wird durch die Rohrgeometrie, Länge und Kühlmitteldaten gesteuert, welche die Strömungswiderstände und Druckdifferenz beeinflussen.
Die ASTM-B280-Norm schreibt 99,9 % reines Kupfer vor, gewährleistet die Verträglichkeit mit modernen Kältemitteln und definiert wichtige Eigenschaften wie die Zugfestigkeit und Grenzwerte für Oxidverunreinigungen.
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