Der Dehydrator LAB2 von Cibred Sud arbeitet mit einer Trockenmittelpatrone.

Der Dehydrator LAB2 von Cibred Sud arbeitet mit einer Trockenmittelpatrone. Globes Elektronik

In vielen elektrischen und elektronischen Systemen ist die Anwesenheit von Luftfeuchte wenig wünschenswert. Insbesondere bei größeren stationären HF-Sendeanlagen, in denen koaxiale und hohle Wellenleiter zum Einsatz kommen, kann Feuchtigkeit die elektrischen Leitungseigenschaften negativ beeinflussen und auch zu Korrosion der metallischen Oberflächen führen. Die Hohlleiter werden daher mit von Dehydratoren getrockneter Luft durchströmt. Die folgenden Hinweise helfen bei der Auswahl einer geeigneten Entfeuchtungstechnologie.

Regenerierung des Trockenmittels

Ein erstes wesentliches Kriterium ist die Regenerierung des Trockenmittels. Hier gibt es zwei Methoden: Dehydratoren mit automatischer Regenerierung des Trockenmittels haben zwei Trockenkammern. Während eine Kammer in Betrieb ist, wird das Trockenmittel in der anderen regeneriert. Bei dieser wartungsfreien Betriebsart ist es während der gesamten Lebensdauer des Luftentfeuchters (normalerweise 15 Jahre) nicht erforderlich, das Trockenmittel zu ersetzen.

Eckdaten

Damit in Sendeanlagen die Leitungsverluste in hohlen Wellenleitern gering bleiben, müssen diese mit entfeuchteter Luft durchströmt werden. Bezüglich Druckerzeugung, Überdruck- , Luftdurchsatz- und Taupunktregelung sowie Regenerierung des Trockenmittels unterscheiden sich Luftentfeuchtungssysteme deutlich, wenn sie effizient, dauerlauffest und wartungsarm sein sollen. Dehydratoren von Cibred Sud gleichen Leckageverluste bedarfsgenau mit elektronisch geregelten Membranpumpen aus und bieten viele weiter Vorteile .

Bei der manuellen Regenerierung des Trockenmittels muss die Einweg-Trockenmittelpatrone des Luftentfeuchters ausgetauscht werden, wenn sie gesättigt ist, was eine entsprechende Farbanzeige signalisiert. Die Lebensdauer der Patrone ist zeitlich nicht genau definierbar, denn sie hängt vom Wassergehalt der Luft und von Leckageverlusten im Drucksystem ab. Die einzige feste Größe der Trockenmittelpatrone ist ihr Wasserspeichervermögen.

Das folgende typische Beispiel vermittelt eine Vorstellung von der Lebensdauer einer Patrone mit einem Speichervermögen von 200 g Wasser, wie sie im Luftentfeuchter des Modells LAB2 von Cibred Sud eingesetzt wird. Bei Umgebungstemperaturen von 20 bis 30 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 20 und 50 % kann die Trockenmittelpatrone 20.000 l Luft entfeuchten, bevor sie verbraucht ist. In einer einwandfrei funktionierenden Anlage mit typischen Leckagen von 1 l/h beträgt die Lebensdauer der Trockenmittelpatrone unter diesen Bedingungen 20.000 h, das sind 833 Tage oder mehr als 27 Monate. Eine höhere Luftfeuchtigkeit oder größere Leckageverluste verkürzen die Lebensdauer entsprechend.

Beide der genannten Luftentfeuchtungsmethoden stellen bei den genannten typischen Leckageverlusten eine ausreichende Luftmenge bereit. Dehydratoren mit manueller Regenerierung sind generell günstiger als Geräte mit automatischer Regenerierung.

Belüftung mit Überdruck

Damit durch Leckagestellen keine feuchte Luft von außen in den Wellenleiter eindringen kann, muss der innere Luftdruck geringfügig höher als äußere sein. Ein Überdruck von 20 bis 30 hPa (entspricht 20 bis 30 mbar) genügt dabei.

An Orten mit starken und kurzzeitigen Temperaturschwankung, wie beispielsweise in den Tropen arbeiten große Sendeanlagen, die ein sehr großes Luftvolumen mit Druck beaufschlagen müssen, üblicherweise mit höheren Überdrücken, um bei einem schnellen Temperaturabfall einen zu geringen Innendruck zu verhindern. Hier liegen die üblichen Überdruckwerte im Bereich von 200 bis 300 mbar. Bei Radaranlagen oder sehr großen Sendeanstalten mit hoher Funkleistung können sogar Druckwerte von 400 bis 500 mbar erforderlich sein.

Variabler Luftdruchsatz

Bei allen hier beschriebenen Modellen des Typs Cibred Sud ist der Durchfluss variabel. Er wird an die aktuellen Leckageverluste angepasst, sodass das Zieldruckniveau im Wellenleiter aufrechterhalten bleibt. Der Durchfluss lässt sich bis zu einem modellabhängigen maximalen Durchflussniveau einstellen.

Nach Erfahrungswerten beträgt der Leckageverlust in einer einwandfrei funktionierenden Anlage höchstens 1 l/h pro Wellenleiteranschluss. In einem solchen System kann der maximale Durchfluss normalerweise sehr niedrig sein, im Gegensatz zu älteren Anlagen mit größeren Leckageverlusten in den Übertragungsleitungen und entsprechend höheren erforderlichen Durchsätzen.

Derzeit können wir davon ausgehen, dass für Mikrowellen-Richtfunkstrecken ein Durchfluss von 100 l/h ausreicht (300 l/h bei sehr alten Übertragungsleitungen mit schlecht dichtenden Anschlüssen), während für große Kabel für Anwendungen in Sendeanstalten der geeignete maximale Durchfluss bei 300 l/h bis zu 1200 l/h liegt.

Von dem maximalen Durchfluss hängt auch die Installationszeit ab, also die Zeit, die erforderlich ist, bis der Zieldruck im Wellenleiter erstmalig erreicht wird. Je höher der maximale Durchfluss, umso kürzer ist diese Zeit.

Kondenswasser sicher verhindern

Der Taupunkt gibt die Temperatur an, bei der die Luftfeuchtigkeit zu Wassertropfen kondensiert und ist ein Maß für den Trocknungsgrad der Luft. Gute Luftentfeuchter stellen sehr trockene Luft bereit, deren Taupunkttemperatur je nach Modell unter -40 , -45 oder -50 °C (absolut) liegt. Damit ist der Wassergehalt der Luft so stark reduziert, dass bei Lufttemperaturen oberhalb der Taupunkttemperatur kein Kondensat entstehen kann.

Zur Vermeidung einer Wasserkondensation im Wellenleiter genügt es, wenn der Taupunkt etwas unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. Es reicht jedoch nicht aus, dass der Luftentfeuchter einen Taupunkt hat, der 40 K unter der jeweiligen Umgebungstemperatur liegt, wie es einige Hersteller angeben: Wenn sich der Luftentfeuchter beispielsweise in einem Maschinenraum mit 25 °C Umgebungstemperatur befindet, und die Wellenleiterluft auf eine Taupunkttemperatur von -15 °C trocknet (+25 °C minus 40 K) kann es bei längeren Hohlleitern den Sendemast hinauf zu Kondensatbildung kommen, wenn die Außentemperatur im Winter unterhalb von -15 °C liegt.

Daher ist es besser, einen Luftentfeuchter mit einer absoluten Taupunkttemperatur und nicht mit einer relativen Angabe abhängig von der Umgebungstemperatur zu wählen.

Unterschiede bei der Druckerzeugung

Viele Hersteller von Luftentfeuchtern verwenden eine einfache aber ungünstige Technik. Die Geräte arbeiten als druckgesteuerter Zweipunktregler mit großer Schalthysterese, realisiert durch zwei Druckschaltschwellen. Sinkt der Druck im System unter die niedrige Druckschwelle, schaltete der Kompressor ein und befüllt seinen Druckspeicher, bei Überschreitung der höheren Druckschwelle schaltet der Kompressor ab. Er beschleunigt im Einschaltmoment von Null auf Maximalgeschwindigkeit und läuft dann damit weiter. Dies belastet den Kompressor und reduziert die mittlere Ausfallzeit (MTBF) sowie die Lebensdauer des gesamten Dehydrators.

Häufig eingesetzte Kolbenkompressoren erzeugen viel Lärm und haben im Betrieb einen hohen Stromverbrauch. Daher wollen viele Nutzer die Betriebsdauer des Kompressors gering halten. Ein leistungsstarker Kolbenkompressor erzeugt zudem einen sehr hohen Druck, der vom nachgeschalteten Druckregler auf den gewünschten Wert verringert werden muss. Das ist weniger effizient und führt zu unerwünschten Druckverlusten sowie zu einer unzureichenden Reaktion auf die Durchflussregelung.

Deutlich vorteilhafter ist eine andere technische Umsetzung der Drucklufterzeugung. Bei niedrigen Systemdrücken von 10 bis 60 mbar kommen zwei geräuscharme Membranpumpen zu Einsatz, für höhere Drücke von 100 bis 500 mbar sind die Luftentfeuchter mit einem Membranmotorkompressor ausgestattet. Die Geräte sind nur auf ein Druckniveau eingestellt: das Zieldruckniveau. Per PWM (Pulsweitenmodulation) werden die Verdichtermotoren elektronisch angesteuert, sodass der Durchfluss entsprechend den Leckageverlusten nachgeregelt wird. Damit sind Membranpumpen energieeffizienter und laufen aufgrund der unmerklichen Membranvibration deutlich ruhiger.

Die fehlende Belastung durch ein ständiges Ein- und Ausschalten verlängert somit die MTBF und die Lebensdauer des Verdichters und verringert zudem die Lärmentwicklung sowie den Stromverbrauch. Die bedarfsgeregelte Kompressortechnik verursacht im Gegensatz zum oben erwähnten Kolbenkompressor keine Druckschwankungen , wodurch die Stabilität der Dielektrizitätskonstante der Luft in der Übertragungsleitung verbessert wird. Weil kein Druckregler erforderlich ist, treten keine Druckverluste auf und auch die Reaktion auf die Druckreglung verbessert sich, weil ein Druckspeicher entfällt.

Die Vorteile im Überblick

Verglichen zu herkömmlichen Kolbenkompressorsystemen mit Druckspeicher erzeugen Dehydartoren mit elektronisch geregelter Verdichterpumpe nur genau den Durchfluss, der dem tatsächlichen Bedarf aufgrund von Leckageverlusten im System entspricht. Der eingestellte Zieldruck wird durch die elektronische Steuerung sofort nachgeregelt und sehr stabil gehalten,  was in Wellenleitern und Koaxialkabeln Schwankungen der Dielektrizitätskonstante (εr) verhindert. Weil das bedarfsgeregelte System kein Druckreservoir mit größerem Überdurck und damit auch kein Druckregler benötigt, entstehen auch keine unerwünschten Druckverluste und -schwankungen.

Der Stromverbrauch geregelter Systeme ist geringer und die Belastung der Membranpumpen wie auch ihre Betriebgeräusche und Vibrationen reduzieren sich auf ein Minimum. Die wenigen mechanischen Teile verschleißen seltener, was alles in allem eine höherer Ausfallsicherheit und Lebensdauer der Geräte wie auch geringere Betriebskosten bedeutet. In Geräten mit automatischer Regenerierung arbeiten zwei Pumpen abwechselnd jeweils, wodurch sich die Lebensdauer jeder Pumpe verlängert.

Ein Fehler kann im Drucksystem zu sehr hohen Leckageverlusten führen, was über einen langen Zeitraum sehr hohe Durchflüsse erforderlich macht. Die dauerlauffesten Membranpumpen können beliebig lange jede erforderliche Durchflussmenge bereitstellen, wogegen andere Verdichterpumpen, die regelmäßige Ruhezeiten benötigen, nach längerer Betriebsdauer mit einem Überlastalarm zum Eigenschutz abschalten.

Es lohnt sich also, bei der Auswahl eines geeigneten Luftentfeuchtungssystems für HF-Hohlleiter die diskutierten Parameter genauer in Augenschein zu nehmen, wenn das System effizient, dauerlauffest und wartungsarm sein soll.