Flexibles Temperieren sichert die Produktqualität

Das Temperiergerät kommt dort zum Einsatz, wo große Werkzeuge verwendet werden. (Bildquelle: Wittmann)

Weiter steigende Temperaturen bei Wassergeräten

Für den Einsatz der Geräte werden „immer höhere Vorlauftemperaturen für Wasser gefordert“, schreibt HB-Therm. Nachdem im vorigen Jahr GWK berichtete, dass Wassergeräte mit Vorlauftemperaturen bis zu 225 °C zur Verfügung stehen, berichtet HB-Therm in diesem Jahr von Wasser-Temperiergeräten, die 230 °C erreichen. „Wichtig dabei ist zu beachten, dass durch die hohen Temperaturen für Wasser und den daraus resultierenden Drücken die Anforderungen an die Beständigkeit von Werkzeugen und Armaturen steigt. Die geforderte Druckbeständigkeit beträgt für Wasser bei 230 °C bereits 47 bar.“

Lebenslange Garantie auf die Heizung

Zur Gerätetechnik gibt es eine Reihe kurz gefasster Trendhinweise: Hahn Enersave verzeichnet eine „vermehrte Nachfrage nach hochwertiger Gerätetechnik mit hoher Zuverlässigkeit und geringeren Wartungskosten beziehungsweise Wartungsintervallen.“ Durch vermehrten Einsatz „zur Versorgung von maschinenintegrierten Mehrkreisverteilern“, mit mehr als vier Kreisen, sind „höhere Durchflussmengen am Gerät erforderlich.“ Wartungsfreiheit steht bei Ulf Goy im Vordergrund und wird durch elektrisch-pneumatische Stellventile statt Magnetventilen und Pumpen ohne Dichtung realisiert. Single spricht ebenfalls die „Verfügbarkeit der Geräte durch Minimierung der außerplanmäßigen Störungen“ an. Der „Einsatz von Sensorik zur Ermittlung von Wasserqualität und gezielte Steuerung des Wasseraustausches“ wird von E. Braun hervorgehoben.

Modular aufgebautes Mehrkreis-Temperiersystem (Bildquelle: GWK)

Sise Kunststofftechnik, Stuttgart, verfolgt ebenfalls das Ziel der „Wartungsfreundlichkeit und des mühelosen Austausches von Teilen. Mit flexibler Heizgeschwindigkeit wird Energieeinsparung erreicht. „Eine sehr geringe spezifische Heizleistung“ sprich Go Trade Frigosystem an, „was geringe Filmtemperaturen zur Folge hat.“ Engel setzt „tanklose Temperiergeräte mit drehzahlgeregelter Pumpe“ ein, die mit „optimierter indirekter Kühlung“ arbeiten. Um Kalkbildung an den Heizelementen zu vermeiden, haben diese „keinen direkten Kontakt mit dem Wärmeträger“ Wasser. Diese Technik setzt auch HB-Therm mit dem Ziel ein, die Gerätequalität zu erhöhen und „eine lebenslange Garantie auf die Heizung“ geben zu können. Auslöser dieser Entwicklung waren die Erfahrungen mit vorangegangenen Geräten, deren Heizelemente direkten Wärmeträgerkontakt hatten. Dazu schreibt HB-Therm: „Der Wirkungsgrad solcher Heizelemente ist grundsätzlich verlockend, da die gesamte elektrische Energie ohne Verluste direkt in das Medium abgegeben wird. Dies ist ein starkes Argument, jedoch hat dieses Heizprinzip einen entscheidenden Nachteil: die kurze Lebensdauer. Denn durch den direkten Kontakt mit dem Wärmeträger treten früher oder später an den Heizwendeln Verkalkungen, Spannungsrisse oder Korrosion auf.“ Dazu kommt es, „sobald der Siedepunkt des Wassers am Heizelement erreicht ist und sich durch die Änderung des Aggregatzustands Blasen bilden. Dort wo die Blase in Kontakt mit dem Heizelement steht, bildet sich eine partielle Überhitzung. Dadurch kommt es in weiterer Folge zu Spannungsrissen. Das Medium dringt nun über diese Risse ins Heizelement ein, was schlussendlich zu dessen Zerstörung führt. Zusätzlich bilden sich an diesen Stellen Kalkablagerungen und damit eine Isolationsschicht, die sich negativ auf den Wärmeübergang auswirkt.“

Bei der angesprochenen Lösung „haben die Heizwendeln keinen direkten Kontakt mehr zum Wärmeträger, sodass auch keine Spannungsrisse entstehen können. Eine Systemdruck-Überlagerung verhindert, dass das Wasser den Aggregatzustand wechselt. Somit wird die Blasenbildung vermieden. Die elektrische Energie wird in den Heizregistern optimal auf den Wärmeträger übertragen und mit Halbleiterrelais eine gleichmäßige Lastverteilung auf alle Heizstufen garantiert. Integrierte Bi-Metalle schützen im Notfall vor Überhitzung. Aus dem Wärmeträgerkreislauf ohne Tank resultieren minimale Umlaufvolumina, was bedeutet, dass nur so viel Wärmeträger wie nötig temperiert und eine hohe Energieeffizienz erreicht wird.“

Variothermes Temperieren ist sehr gefragt

Ein mehrfach angesprochenes Thema ist die variotherme Temperierung. Derartige „Anwendungen sind aktuell sehr gefragt“, berichtet AIC Regloplas, München. Laut GWK sind für das Verfahren geeignete Systeme jetzt für größere Werkzeugeinsätze, mit mehr Masse bei kürzeren Zykluszeiten und wasserbetrieben bis 200 °C erhältlich. Sise verweist für dieses Verfahren auf „Temperiersysteme für Temperaturbereiche von 110 bis 180 °C für das Medium Wasser und 120 bis 300 °C für das Medium Öl. Zur Optimierung der Energieeffizienz dient eine Software, die die Temperatur im Werkzeug analysiert und die Umschaltung Warm-Kalt und Kalt-Warm ansteuert.“ Wie die vorgenannten Firmen gehen auch ONI Temperiertechnik, Großröhrsdorf, und HB-Therm auf die besondere Eignung dieses Verfahrens zur Erzielung „höchster Teilequalität bei gleichzeitig optimierter Zykluszeit“ ein.

Kalibrierung sichert präzise Temperierung

HB-Therm weist hinsichtlich der präzisen Temperierung darauf hin, dass „bei der Ermittlung von Messwerten sich immer Ungenauigkeiten ergeben.“ Dies ist auf die Toleranzen zurückzuführen, die auch „hochgenaue Fühler und Sensoren haben. Bei Temperaturfühlern liegen diese bei ± 3 °C und bei Drucksensoren bei ± 0,4 bar. Im Extremfall kann dies dazu führen, dass sich durch den Austausch eines Temperiergeräts die Prozesstemperatur um bis zu 6 °C verändert und dies gegebenenfalls unentdeckt bleibt. Nur eine Eliminierung dieser Abweichungen gewährleistet eine zuverlässige und reproduzierbare Temperierung.“ Diese wird durch eine Kalibrierung der Temperiergeräte erreicht, die schon vom Gerätehersteller durchgeführt wird und auch mittels einer Prüfvorrichtung durch den Betreiber selbst erfolgen kann. „Das Gerät führt den Bediener durch den gesamten Prüfablauf und bietet ihm anschließend die Möglichkeit zur automatischen Neu-Kalibrierung von Temperatur, Druck und Durchfluss. Zur dokumentierten Instandhaltung können die Prüfprotokolle gespeichert und ausgegeben werden.“

Pfade zur Industrie 4.0

Die Einbindung der Temperiersysteme in übergeordnete Netzwerke ist ein allgemeiner Trend, der, wie HB-Therm formuliert, „die Fertigung in weiten Teilen komplett verändern wird. Künftig werden Maschinen, Anlagen oder Sensoren weltweit miteinander kommunizieren und Informationen zu Produkten und zur Produktion umfassend austauschen.“ Zu diesem Trend werden von den Firmen unterschiedliche Angaben gemacht. E. Braun spricht von „Schnittstellen zur Integration ins Internet“ zur „Fernwartung und Datenerfassung von Betriebsparametern.“ Bei Go Trade Frigosystem erfolgt die „Einbindung der Geräte mittels Profibus, Profinet, RS485 Modbus oder Analogschnittstelle.“ Single spricht von „Kommunikationsfähigkeit Richtung Ethernet-basiertem System“ mit „Remote-Zugang zu Geräten.“ Den Firmen Engel, Hahn Enersave und HB-Therm ist gemeinsam, dass sie für Industrie 4.0 die „Open Platform Communication Unified Architecture“ (OPC UA) nutzen, um die Daten der Geräte auszulesen, diese fernzusteuern oder mit Updates zu versorgen. Diese Plattform ist Basis der neuen Schnittstelle Euromap 82.2, wie Hahn Enersave mitteilt. Laut Engel „setzt sich OPC UA in der Kunststoffindustrie immer mehr durch für die Kommunikation zwischen vernetzten Spritzgießmaschinen, Peripheriegeräten, Sensoren und Anwendungen. Das industrielle Kommunikationsmodell ermöglicht die plattformunabhängige, leistungsstarke, sichere und flexible Verständigung sowohl innerhalb der Shopfloor-Ebene als auch mit übergeordneten Leitsystemen wie MES und ERP.“