Sinnvolle Hysterese in der Kältetechnik – So stellen Sie den optimalen Schaltabstand ein

Autor: DerSchneider

Einleitung

Ein leises Klicken im Schaltschrank, dann springt der Verdichter an – oder die Abtauheizung schaltet sich aus. Hinter diesen scheinbar einfachen Vorgängen steckt ein fein abgestimmtes Zusammenspiel von Messfühlern, Reglern und Stellgliedern. Ein zentraler, aber oft übersehener Parameter ist die Hysterese, auch Schaltdifferenz genannt.

Falsch eingestellte Hysteresen führen zu Kurztaktung (ständiges Ein-/Ausschalten), vorzeitigem Verschleiß von Relais und Verdichtern oder ineffizienten Abtauprozessen mit Restvereisung. Doch wie findet man den „goldenen Mittelwert“? Dieser Artikel beleuchtet die physikalischen Grundlagen, praktische Einstellregeln und die historische Entwicklung der Hysterese in der Kältetechnik – und gibt konkrete Handlungsanleitungen für die tägliche Praxis.

1. Was ist Hysterese in der Kältetechnik? – Eine kurze Begriffsklärung

Hysterese (von griech. hysteros = später kommend, nachfolgend) beschreibt in der Regelungstechnik die Differenz zwischen Ein- und Ausschaltpunkt eines Zweipunktreglers. Ein Temperaturfühler am Verdampfer soll z. B. den Abtauvorgang beenden, sobald +5 °C erreicht sind. Ohne Hysterese würde der Regler bereits bei +4,9 °C wieder einschalten – mit unerwünschten Folgen.

Beispiel ohne Hysterese (theoretisch):
Solltemperatur = +5 °C, Schaltpunkt = exakt 5,0 °C.
Bei minimaler Schwankung (4,98 °C) schaltet die Heizung sofort wieder ein → Dauerpendeln.

Mit Hysterese:
Einschaltpunkt bei +5 °C (Abtau-Ende), Wiedereinschaltsperre erst, wenn Temperatur auf z. B. +3 °C fällt. Differenz = 2 K Hysterese.

In der Kältetechnik begegnet uns die Hysterese an mehreren Stellen:

• Abtau-Endabschaltung (Verdampfer-Temperaturfühler)
• Abtau-Auslösung (z. B. bei Unterschreitung eines Grenzwerts)
• Kompressor-Regelung (Raumtemperatur-Fühler)
• Druckwächter (indirekte Hysterese durch Ein-/Ausschaltdruckdifferenz)

2. Die physikalische Notwendigkeit – Warum überhaupt Hysterese?

Ein idealer Zweipunktregler mit infinitesimal kleiner Hysterese ist technisch unmöglich und auch nicht sinnvoll. Drei Gründe zwingen zur Einstellung einer ausreichenden Schaltdifferenz:

1. Thermische Trägheit – Temperaturänderungen an Fühlern erfolgen nie schlagartig. Ohne Hysterese würde der Regler schneller schalten als der Fühler reagieren kann (→ instabiles System).
2. Schutz elektrischer Komponenten – Relais, Schütze und Halbleiter haben begrenzte Schaltspielzahlen. Eine Hysterese von 2 K reduziert die Schalthäufigkeit typischerweise um den Faktor 5–10 gegenüber einer Hysterese von 0,5 K.
3. Energieeffizienz – Besonders bei Abtauheizungen führt häufiges Takten zu erhöhten Verlusten durch Aufheiz- und Abkühlverluste.

3. Historische Entwicklung – Von Bimetallschaltern zur digitalen Hysterese

In den 1950er- bis 1970er-Jahren wurden Abtauungen meist über Zeitschaltuhren gesteuert – ohne jede temperaturgeführte Hysterese. Die Folge: unnötige Abtauungen auch im Sommer, Energieverschwendung. Mit dem Aufkommen von Bimetall-Temperaturreglern (z. B. in Haushaltskühlschränken) hielt die mechanische Hysterese Einzug: Ein Bimetall schnappt bei einer bestimmten Temperatur um, eine fest eingebaute Differenz (meist 3–5 K) war konstruktiv bedingt.

Die digitale Revolution in den 1980er/90er-Jahren brachte Mikrocontroller-basierte Regler (z. B. Danfoss EKC, Carel IR33). Plötzlich konnte die Hysterese frei parametriert werden – ein Segen, aber auch eine Fehlerquelle. Viele Anwender übernahmen unkritisch die Werkseinstellungen (oft 1 K oder 2 K), ohne die Anlagenträgheit zu berücksichtigen.

Heute erlauben moderne Regler sogar adaptive Hysteresen, die sich automatisch an die dynamischen Betriebsbedingungen anpassen. Doch in der Breite dominieren nach wie vor fest eingestellte Schaltdifferenzen.

4. Praxis: Wie stelle ich die Hysterese richtig ein?

4.1 Grundregeln für die Abtau-Endabschaltung

Parameter: Meist im Regler als dHY, HYS, differential oder Schaltdifferenz bezeichnet.
Typischer Wertebereich: 1 … 15 K (häufig 2–5 K).

Empfehlungen nach Anlagentyp:

Einstellprozedur:

1. Abtau-Endtemperatur festlegen (z. B. +5 °C für Kühlraum, +8 °C für Tiefkühlung – je nach Hersteller).
2. Hysterese initial auf 2 K setzen (Mittelwert).
3. Mehrere Abtauzyklen beobachten:
   • Schaltet die Heizung zu früh ab, obwohl noch Eis an den Lamellen ist? → Hysterese verkleinern (z. B. auf 1 K) ODER Endtemperatur erhöhen (z. B. +6 °C).
   • Schaltet die Heizung nach Abtauen extrem häufig (z. B. alle 2 Minuten) ein und aus? → Hysterese vergrößern (z. B. auf 4 K).
   • Tritt nach Abtauende ein schneller Temperaturabfall auf den Verdampfer auf? → Das ist normal, die Hysterese verhindert hier das sofortige Wiedereinschalten.

4.2 Hysterese bei der Abtauauslösung (bedarfsgesteuerte Abtauung)

Manche Regler nutzen einen zweiten Temperaturgrenzwert zum Starten der Abtauung, z. B. wenn der Verdampfer unter –5 °C fällt. Auch hier ist eine Hysterese nötig, um nach dem Abtauen nicht sofort wieder eine neue Anforderung zu generieren.

Einstellung: Meist dIH oder HYd.
Wert: 2–4 K. Beispiel: Einschaltschwelle –5 °C, Ausschaltschwelle (Bedarf verschwindet) bei –1 °C (Δ=4 K). Ein zu kleiner Wert (1 K) führt zu häufigen Abtauauslösungen bereits bei minimaler Reifschicht.

4.3 Hysterese für die Kompressor-Regelung (Raumtemperatur)

Hier gilt eine kleinere Hysterese (1 K oder 1,5 K), da Temperaturschwankungen im Kühlgut so gering wie möglich gehalten werden sollen. Bei Tiefkühlung mit starken Lastschwankungen können auch 2 K vertretbar sein.

Praxisbeispiel:
Soll-Kühlraumtemperatur = +4 °C.
Hysterese = 1 K → Kompressor ein bei +5 °C, aus bei +4 °C. Das verhindert ein Ein-/Ausschalten alle 30 Sekunden.

5. Fallstricke und Kontroversen

Kontroverse 1: „Je größer die Hysterese, desto besser für die Anlage?“

Nein. Eine zu große Hysterese (z. B. 10 K an einem kleinen Verdampfer) führt zu:

• stark schwankenden Verdampfertemperaturen (thermische Wechselbelastung auf Lötstellen)
• verlängerter Abtauzeit (weil die Heizung erst bei viel niedrigerer Temperatur wieder einschaltet, obwohl der Verdampfer bereits warm ist – das wird meist durch eine separate Abtauzeitbegrenzung verhindert, aber nicht immer)
• Restvereisung – zwischen zwei Abtauungen kann sich mehr Eis bilden als nötig.

Die optimale Hysterese liegt immer im mittleren Bereich (2–5 K) und muss individuell ermittelt werden.

Kontroverse 2: „Sollte man im digitalen Regler überhaupt eine Hysterese einstellen oder lieber eine PID-Regelung verwenden?“

In großen Kälteanlagen mit stetig geregelten Expansionsventilen und Frequenzumrichtern wird oft auf Zweipunktregelung verzichtet. Dort entfällt die klassische Hysterese. Für den großen Bestand an einfach aufgebauten Abtaureglern (On/Off) bleibt die Hysterese jedoch unverzichtbar.

6. Tabellarische Übersicht – empfohlene Hysteresen nach Anwendungsfall

7. Schritt-für-Schritt-Anleitung für die Praxis (Checkliste)

1. Herstellerhandbuch des Reglers konsultieren – Parameterbezeichnungen unterscheiden sich (Carel: HY, Danfoss: r12 für Schaltdifferenz, Dixell: dHY für Abtau-Hysterese).
2. Werkseinstellung notieren (zurückstellen können).
3. Hysterese auf 2 K setzen als Startwert.
4. Verdampfer-Temperaturverlauf über 1–2 Tage aufzeichnen (viele Regler haben eingebaute Min/Max-Speicher).
5. Kriterien prüfen:
   • Maximal 1–2 Abtauungen pro Stunde (bei Dauerbetrieb).
   • Keine sichtbare Eisreste nach Abtauende.
   • Heizung taktet nicht (Ein/Aus innerhalb < 1 Minute).
6. Hysterese schrittweise um 0,5 K anpassen – dann erneut prüfen.
7. Nach einer Woche Endgültigen Wert dokumentieren – für Wartungsprotokoll.

8. Fazit und Ausblick

Die Hysterese ist ein unscheinbarer, aber machtvoller Parameter in der Kältetechnik. Richtig eingestellt, schützt sie Komponenten, spart Energie und verhindert Vereisung. Falsch eingestellt, führt sie zu Kurztaktung oder ineffizientem Dauerlauf. Die Erfahrung zeigt: Ein Wert zwischen 2 K und 5 K deckt 90 % aller Anwendungen ab. Entscheidend ist die thermische Trägheit des Verdampfers – eine Kenngröße, die leider selten im Datenblatt steht. Daher bleibt der Praktiker gefordert, durch Beobachtung und zyklische Optimierung den idealen Punkt zu finden.

Mit dem Vormarsch von IoT-fähigen Reglern und lernenden Algorithmen wird die manuelle Hystereseeinstellung in Zukunft teilweise automatisiert werden. Smarte Regler (z. B. Carel c.pco, Danfoss AK-PC) analysieren bereits heute das Schaltverhalten und schlagen optimierte Hysteresen vor. Doch bis diese Technologie flächendeckend ist, gilt: Finger an die Parameter – aber mit Bedacht.

Quellen

1. Recknagel, Sprenger, Schramek: Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik (79. Auflage, 2020, Kapitel „Kältetechnik – Regelung“)
2. Dubbel: Taschenbuch für den Maschinenbau (26. Auflage, 2020, Abschnitt „Thermodynamik und Kältetechnik“)
3. VDI-Richtlinie 2058 Blatt 2: Verdampfer in Kälteanlagen – Prüfung und Betrieb (2017)
4. Danfoss A/S: Engineering Handbook – Application of temperature controllers (Publikation RC.8J.A.02, 2019)
5. Carel Industries: User Manual for ir33 Universal Controller (Code +030220191, 2021)
6. Dixell (Emerson): Installation and operation manual XR06CX (2020)