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Der Darstellung in der Tabelle liegt vor allem die Arbeitsweise konventioneller Temperiergeräte zugrunde. Viele Geräte besitzen zur flexiblen Anpassung an veränderte Betriebs-Bedingungen die Möglichkeit, die Medien-Führung im laufenden Betrieb zu ändern. So ermöglicht das Umschalten von Druck- auf Saugbetrieb bei auftretender Undichtigkeit im Temperier-Kreislauf, den Prozess vorübergehend fortzusetzen. Mit Wasser betriebene Geräte erreichen bei offenem Kreislauf im Vorlauf etwa 95 °C und mit geschlossenem Kreislauf unter Druck bis zu 230 °C. Mit Öl betriebene Geräte lassen Temperaturen bis zu 400 °C im Vorlauf zu. Da Ölkreisläufe in der Regel offen betrieben werden, legt man das die thermische Ausdehnung des Öls kompensierende Ausdehnungs-Gefäß aus dem Kreislauf heraus, um darin bei niedrigerer Temperatur den Kontakt zur Atmosphäre zu realisieren. Die vom Temperier-Kreislauf bei der Formung von Kunststoff-Formteilen aufgenommene Wärme kann auch abgeführt werden, indem das Kühlmedium Wasser nicht im Kreislauf geführt, sondern untemperiert impulsweise zugeführt wird. Dies erfolgt in der Menge, die in der Lage ist, exakt die abzuführende Wärme aufzunehmen. Gesteuert wird dieser Vorgang in Abhängigkeit von der Temperatur des zu kühlenden Objektes. Naturgemäß kann mit dieser Methode nur gekühlt werden. Das erforderliche Temperatur-Niveau wird beim Fertigungsbeginn dadurch erreicht, dass die impulsweise Kühlung erst einsetzt, wenn dieses Niveau vorliegt. Dies kann die ins Werkzeug eingebrachte Masse oder eine separate Beheizung des Werkzeugs bewirken.

Entwicklungstrends

Der Einsatz von Temperiergeräten weitet sich nach Deltatherm auf unterschiedlichste Branchen aus aufgrund steigender Anforderungen an die Präzision in den jeweiligen Fertigungen. Dies verdeutlicht Goy für Druckwasser-Geräte bis 180 °C, die an Stelle von Öltemperiergeräten bei der Elastomer-Verarbeitung vermehrt eingesetzt werden. Ein Grund ist der bessere Wärmeleitwert von Wasser gegenüber Öl, wodurch Pumpen und Wärmetausch-Flächen kleiner ausgeführt werden können. Beim Elastomer-Spritzgießen werden ebenfalls Geräte, die mittels Druckwasser oder Wärmeträgeröl temperieren, mit einer Luft- statt einer Wasserkühlung eingesetzt. Dadurch wird ein Verkalken des Wärmetauschers unmöglich und Ölgeräte können so ohne die sonst notwendige Wasserversorgung vollständig autark betrieben werden. HB-Therm sieht den Einsatz der Temperiergeräte sehr breit in der Kunststoffe verarbeitenden Industrie angesiedelt. An die Geräte werden höchste Ansprüche dort gestellt, wo konstant qualitativ hochwertig produziert wird, wie zum Beispiel in den Bereichen Medizin- und Automobiltechnik. Hahn hebt hinsichtlich des Einsatzes der Geräte die energieeffiziente Temperatur-Regelung von Spritzgieß- und Blasform-Werkzeugen, von Extrudern und von Kalanderwalzen hervor.

Frigel Firenze ergänzt, dass der Markt flexible, vielseitige und kompakte Maschinen erfordert. Bei der Gerätetechnik verweist Deltatherm auf eine sich ausweitende Polarisierung zwischen Billig-Geräten und Hightech-Geräten. Unterschiede zwischen diesen Geräte-Klassen manifestieren sich in den von Hahn aufgelisteten Eigenschaften, zu denen effiziente Pumpentechnik, bei indirekter Kühlung eingesetzte Plattenwärmetauscher, Temperatur- und Volumenstrom-Messung sowie Dreipunkt-Regler und Bedienung über Touch-Panel gehören. Letzteres wird auch von Goy in Verbindung mit einer SPS für erweiterte Überwachungs-Funktionen angesprochen. So können „alle Werte wie zum Beispiel Vor- und Rücklauf-Temperatur, Drücke, Durchflussmenge und so weiter dargestellt oder für die Qualitäts-Sicherung als Datei ausgegeben werden.“ Für HB-Therm sind die in- und externen Durchfluss-Messer nach wie vor das Hauptthema im Bereich der Temperierung. Wie schon im vergangenen Jahr dargestellt, lassen sich durch ihren Einsatz „Durchfluss-Veränderungen in seriellen und parallelen Temperierkreisen frühzeitig erkennen und bereits präventiv beheben.“ Mit externen Durchfluss-Messungen lassen sich bis zu acht parallel geschaltete Temperierkreise gleicher Temperatur zusammenfassen. „Ein einziges Temperiergerät mit einer solchen Einheit substituiert somit bis zu sieben bisher nötige Geräte.“ Weiter führt HB-Therm aus, dass „jüngste Entwicklungen in Richtung einer werkzeugnahen externen Durchfluss-Messung gehen.

Durch die Anbringung einer solchen Durchfluss-Messung möglichst nah am Werkzeug wird die Verschlauchung vom Temperiergerät zum Werkzeug optimiert. Der Medienstrom vom Temperiergerät wird erst unmittelbar am Werkzeug in die verschiedenen Kreise aufgeteilt. Die Vielzahl an Schlauch-Leitungen zum Werkzeug und damit hinderliche Druckverluste werden somit reduziert durch den Einsatz großer Schlauch-Durchmesser. Das stetig steigende Temperatur-Niveau beim Spritzgießen mit dem Wärmeträger Wasser erfordert bereits jetzt von den externen Durchfluss-Messern Einsatztemperaturen bis 180 °C. Der Aufbau solcher Durchfluss-Messer sollte modular sein und das Betreiben von mehr als den bisherigen acht Kreisen erlauben. Pro Medienkreislauf sollte der Durchfluss zumindest manuell eingestellt werden können.Die werkzeugnahen externen Durchfluss-Messer sollten darüber hinaus als autonome Mess-Einheiten funktionieren, wobei die Anzeige aller Werte über ein zentrales Bedienungsmodul erfolgen könnte. Dies würde zu einer zusätzlichen unabhängigen Durchfluss-Überwachung ohne unmittelbare Beeinflussung durch angeschlossene Temperiergeräte führen.“

Hinsichtlich der Verfahrenstechnik zur Temperierung von Werkzeugen, Düsen und Maschinenteilen stellt Deltatherm eine „stärker werdende Diversifizierung von Spezialverfahren aufgrund konkurrierender Ziele“ fest und nennt Zykluszeit versus Produktqualität als Beispiel für den Formenbau in der Kunststoff-Technik. Bei Wassertemperaturen über 140 °C sind an dessen Qualität erhöhte Anforderungen zu stellen, um Drehdurchführungen mit kritischen Dicht-Elementen oder kleinen Temperierkanal-Querschnitten zu entsprechen. Erfüllen lassen sich diese erhöhten Anforderungen mit Wasseraufbereitungs-Stationen, deren Einsatz Anlagen und Einrichtungen gegen aggressive Medien-Einflüsse schützt und Ablagerungen im Wärmeträgermedien-Kreislauf verhindert. Die gelösten Partikel werden zuverlässig von den Aufbereitungs-Stationen aus dem Kreislauf entfernt. Insofern ergänzen mobile Wasseraufbereitungs-Anlagen vor allem bei geschlossen betriebenen Temperiergeräten, die mit höherer Temperatur arbeiten, diese optimal. Derartige Aufbereitungs-Anlagen verfügen zweckmäßig über Ultraschall-Füllstandsmessung, automatische Befüllung und Entleerung, automatische Mischfunktion für zuzuführende Aufbereitungsmittel und Leckage-Überwachung.

Auch unter regelungstechnischen Gesichtspunkten weisen Serien-Temperiergeräte Eigenschaften auf, auf die HB-Therm hinweist. So sollten Geräte mit indirekter Kühlung einen separaten Anschluss für Systemwasser aufweisen. Um zu hohe Medientemperaturen zu verhindern, das Kaltwasser zu regeln und Druckschläge zu vermeiden, sollten Kühler-Bypass und Proportional-Ventil im Kühlkreislauf vorhanden sein. Bei geschlossenen Kreisläufen sollte zum Ausstattungs-Standard für das Aufrechterhalten des Systemdrucks eine Druck-Erhöhungs-Pumpe im Systemwasser-Eingang gehören. Goy stellt fest, dass vermehrt Pumpen mit frequenzgeregeltem Motor eingesetzt werden. Die Regelung erfolgt druckgesteuert, um Schwankungen beim Öffnen und Schließen von Ventilen in größeren Systemen auszugleichen und die Pumpe selbst besser zu überwachen und sie so vor Schäden zu bewahren. Frigel Firence verweist auf eine Vereinfachung der Kommunikation zwischen den Maschinen mit Hilfe von Schnittstellen und Kommunikations-Protokollen, womit, wie Deltatherm anmerkt, eine vereinfachte Handhabung und schnellere Übersicht erreicht wird, die erforderlich ist aufgrund eines Mangels an Fachpersonal in den Produktionen.

Den Einsatz effizienter Pumpentechnik sehen Frigel Firence, Goy, Hahn und HB-Therm als wichtige Maßnahme zur Steigerung der Energieeffizienz. durch frequenzgeregelte Pumpen-Antriebe, worauf vorstehend schon von Goy hingewiesen wurde. HB-Therm sieht die Erfordernis, „die Dimensionierung der Gerätepumpe als stetiger Verbraucher“ dem Kreislauf anzupassen. Daneben kann durch den Einsatz externer Durchfluss-Messungen, wie vorstehend schon dargestellt, eine erhebliche Energie-Einsparung erreicht werden. Die damit verbundene mögliche Reduzierung der Anzahl eingesetzter Temperiergeräte in einem Prozess senkt Kosten und Einrichtzeiten. Letztere und Energie-Einsatz reduzieren sich auch durch optimal aufbereitete Wärmeträger, weil längere Standzeiten durch Vermeidung von Korrosion und Ablagerungen in den Temperierkreisläufen erreicht werden. Goy verweist als weitere Maßnahme auf die „Verminderung der internen Flüssigkeits-Mengen, um schneller und mit weniger Energie-Aufwand aufzuheizen. Jedoch sollte noch genügend Flüssigkeitsmenge vorhanden sein, um kleine Schwankungen ausgleichen zu können“, da ansonsten eine zu nervöse Regelung entsteht. Aufgrund steigender Stromkosten ist auch die Nutzung vorhandener alternativer Energiequellen zum Heizen nach Ansicht von Deltatherm eine Option zur Verbesserung der Energieeffizienz.

 

Entwicklungstrends

Externe Durchfluss-Messung senkt Kosten

Die im vorigen Jahr schon angesprochene Durchfluss-Messung und -Regelung verlagert sich als jüngste Entwicklung in die Nähe der Werkzeuge. Dort erst erfolgt das Aufteilen des Medienstroms in die verschiedenen Temperierkreise. Zwischen Temperiergerät und Werkzeug fällt die Vielzahl von Schlauchleitungen auf diese Weise dann fort, wenn die Temperierkreise mit gleicher Temperatur betrieben werden. Erreicht werden geringerer Druckverlust aufgrund größerer Zuleitungs-Querschnitte, bessere Zugänglichkeit zum Werkzeug und Service-Freundlichkeit aller Komponenten. Mit frequenzgeregelten Pumpen-Antrieben wird der Energieverbrauch beim Betreiben der Temperier-Kreisläufe optimiert. Dem Temperiermedium Wasser gilt zunehmende Aufmerksamkeit.

 

Autor

Über den Autor

Prof. Dr.-Ing. Werner Hoffmanns