In den vergangenen 15 Jahren haben Temperierung und Kühlung
angesichts der sich rasant entwickelnden Teile-, Material- und Anwendungsvielfalt sowie der permanenten Steigerung der Energiekosten einen regelrechten Entwicklungsschub gemacht, nicht nur in technischer Hinsicht, sondern auch in der Wertschätzung durch die Industrie.

 

Herr Gries, 46 Jahren innovative Kühltechnik sind eine lange Zeit. Im Bereich Temperier- und Kühltechniken hat sich da sicherlich viel getan ?

Helmut Gries Wir können fast von 50 Jahren Kühl- und Temperiertechnik sprechen. Da hat sich allerdings sehr viel getan. Schauen Sie einmal, wie sich die gesamte Kunststofftechnik innerhalb dieser Zeit entwickelt hat. Wie einfach waren die Formteile, die damals spritzgegossen, extrudiert, geschäumt, gepresst und geblasen wurden. Wie viele unterschiedliche Formmassen standen da zur Verfügung und wo lag die obere Grenze der Dauereinsatz-Temperaturen? Vor 46 Jahren gab es weder fertige Kältemaschinen noch Temperiergeräte. Der Verarbeiter kaufte sich Pumpen, Behälter, Heizungen und Wärmetauscher und ließ sich diese vom Installateur zusammenbauen.

Der Hauselektriker verkabelte die Komponenten und so pumpte man mehr oder weniger kaltes oder heißes Wasser durch den Verbraucher. Von konstanter Prozess-Temperaturführung im geschlossenen Kreislauf, vom Einfluss der Temperierung auf die Zykluszeit und von Energieeffizienz bei der Kühlung war damals noch nicht die Rede. Temperierung war eher ein notwendiges Übel, weil man erkannt hatte, dass zum Erzielen bestimmter Formteil-Eigenschaften nicht einfach kaltes Wasser verwendet werden konnte, und das sollte auch weitere 25 bis 30 Jahre so bleiben. In den vergangenen 15 Jahren haben Temperierung und Kühlung angesichts der sich rasant entwickelnden Teile-, Material- und Anwendungsvielfalt sowie der permanenten Steigerung der Energiekosten einen regelrechten Entwicklungsschub gemacht, nicht nur in technischer Hinsicht, sondern auch in der Wertschätzung durch die Industrie.

Sie bezeichnen sich als Systemanbieter für die gesamte Prozesskette. Können sie dies näher erläutern?

Helmut Gries Eine perfekte Temperierung und Kühlung beginnt und endet nicht mit den Erzeugern von kaltem und heißem Wasser, also Kältemaschinen und Temperiergeräten, sondern umfasst ein viel breiteres Spektrum. Bei der Temperierung werden nur dann beste Ergebnisse erzielt, wenn bereits bei der Auslegung des formgebenden Werkzeuges eine thermische Auslegung gemacht wird. Sind Lage und Dimensionierung der Temperierkanäle berechnet, müssen diese konstruktiv im Spritzgießwerkzeug umgesetzt werden. Konventionelle bohrtechnische Lösungsansätze scheitern bei den heutzutage üblichen komplexen Geometrien häufig. Hier sind mit speziellen Technologien gefertigte kavitätsnahe, konturfolgende Temperierkanal-Anordnungen gefragt, die eine optimale Formteilqualität bei gleichzeitig kürzest reproduzierbarer Zykluszeit ermöglichen. Dazu müssen natürlich auch die angeschlossenen Temperiergeräte exakt auf das Werkzeug und die Prozessanforderungen ausgelegt sein, nicht nur in Bezug auf die Umlauftemperaturen, Drücke und Umpump-Mengen, sondern auch auf das Medium, und das alles im Zusammenspiel mit dem zur Rückkühlung angeschlossenen Kühlsystem.

Dieses kann je nach Anforderungen aus einzelnen autarken Kältemaschinen oder einer individuell ausgelegten Kühlanlage bestehen, die zusätzlich die anfallende Wärme zu Heizzwecken für das gesamte Energiemanagement des Betriebes nutzt und auch kalte Luft für Klimatisierung und spezielle Prozessanforderungen liefert. Letztendlich kann eine prozesstechnisch und energetisch nachhaltige Produktion mit einem stabilen Prozessfenster nur dann sichergestellt werden, wenn das Umlaufwasser gesäubert und entsprechend den Anforderungen konditioniert wird. Letztendlich gehören auch die weltweite Installation der Geräte, Maschinen und Anlagen sowie der Service dazu.

Die Werkzeugtemperierung hat einen maßgeblichen Einfluss auf die wirtschaftliche Fertigung anspruchsvoller Produkte. Wie geht dies einher mit der Forderung nach Energieeinsparungen?

Helmut Gries Es ist richtig zu sagen, dass ohne Temperierung bei den meisten Prozessen eine wirtschaftliche Fertigung anspruchsvoller Produkte gar nicht möglich wäre. Es liegt dabei in der chemischen Natur der Kunststoffe, dass in der gesamten Prozesskette vom Rohstoff bis zum Fertigteil verschiedene Stufen von Heizen und Kühlen durchschritten werden müssen. Dafür wird eine gewisse Menge an Energie benötigt. Das ist Physik, und das Temperier- und Kühlsystem kann erst einmal gar nichts dafür. Es hat aber bei richtiger Auslegung einen erheblichen Einfluss auf die Höhe des Energieverbrauchs.

Eine segmentierte Werkzeugtemperierung und die energieoptimierte Erzeugung von Kühlwasser können die Energiekosten für die Erzeugung von heißem und kaltem Wasser gegenüber konventionellen Lösungen durchaus um 75 Prozent senken. Darüber hinaus können durch eine professionelle Wasserbehandlung und intelligentes Management der Energieströme im gesamten Unternehmen weitere Einsparungen erzielt werden. Ich denke da zum Beispiel an die Nutzung der Abwärme aus den Ölkühlern von Spritzgießmaschinen oder von Druckluftkompressoren für Heizzwecke. Auch das Regeln der Wassermenge in jedem einzelnen Temperierkreis trägt zur Steigerung der Energieeffizienz bei, ebenso wie die Anwendung dynamischer Temperierverfahren bei hohen Werkzeugwand-Temperaturen, die beispielweise zur Erzielung erstklassiger Oberflächen benötigt werden.

Die kavitätsnahe Temperierung ermöglicht die gleichmäßige und schnelle Wärmeabfuhr aus allen Formteilbereichen. Sind hier neue Technologien wie das Rapid Tooling auf dem Vormarsch?

Helmut Gries Die kavitätsnahe, konturfolgende Temperierung hat in den letzten Jahren eine immense Entwicklung erfahren. Die Gründe dafür liegen nicht nur in der sich endlich auf breiterer Basis durchsetzenden Erkenntnis, welch entscheidenden Einfluss das thermische Werkzeugmanagement hat, sondern auch in der raschen Weiterentwicklung kostenakzeptabler Verfahren zur Fertigung entsprechender Werkzeugeinsätze mit mediumführenden Temperierkanälen. Hierzu gehören neben der Hochtemperatur-Vakuumfügetechnik, die wir seit mehr als 10 Jahren in unserem Hause praktizieren und in mehr als 10.000 Anwendungen erfolgreich umgesetzt haben, auch die verschiedenen Verfahren des Lasersinterns.

Jedes Verfahren hat dabei seine technischen und kommerziellen Grenzen, und immer häufiger kommen sogenannte Hybridlösungen zum Einsatz, die neben mediumführenden Kanälen auch Einschmelzungen hochwärmeleitender Materialien für die Wärmeabfuhr aus dünnen, langen und hinsichtlich der mechanischen Stabilität kritischen Formbereichen enthalten. Auch die seit einigen Jahren verstärkt eingesetzten Technologien zur zyklischen, dynamischen Temperaturführung haben für einen Aufschwung bei der kavitätsnahen Werkzeugtemperierung gesorgt. Die von GWK unter anderem zur Vermeidung sichtbarer Bindenähte in das Werkzeug eingebauten keramischen Hochleistungsheizungen sind in Verbindung mit einer kavitätsnahen Kühlung besonders effizient, und die Vorteile der von uns unlängst vorgestellten, wasserfreien dynamischen Werkzeugtemperierung mit CO2 lassen sich am Besten in Kombination mit lasergesinterten Werkzeugeinsätzen nutzen. Ich sehe in diesem Umfeld noch ein Potenzial, um Stückkosten bei bereits existierenden Formteilen zu senken und neue Anwendungen, auch über den Spritzguss hinaus zu realisieren, deren Umsetzung mit bestehenden Technologien zur Zeit noch an technische oder wirtschaftliche Grenzen stößt.

Zur Vorbeugung sollten Temperierkanäle vor dem Einlagern der Werkzeuge oder vor dem Aufspannen gereinigt werden. Welche Maßnahmen schlagen Sie als Experte vor?

Helmut Gries Mineralische und biologische Ablagerungen in Temperierkanälen sind die Produktivitätskiller schlechthin. Schon ein nur 1 mm dicker Belag auf den Wandungen Wärme austauschender Flächen kann die Wärmeübertragung um bis zu 60 Prozent vermindern. Als Folge steigen die Werkzeugwand-Temperaturen und damit die Kühlzeiten, und nicht selten führen daraus entstehende, qualitätsmindernde Hot Spots am Formteil zu einer erhöhten Ausschussrate. Eine nachhaltig hohe Produktivität ist nur mit ablagefreien Temperierkanälen gewährleistet. Mineralische Ablagerungen entstehen im laufenden Betrieb bei Temperaturen ab 40 °C, aber auch bei nicht zirkulierendem Wasser treten chemische Reaktionen auf.

Da die im Wasser gelösten Härtebildner im Gleichgewicht mit der ebenfalls enthaltenen Kohlensäure stehen, führt eine Störung des Gleichgewichts zu freier Kohlensäure und damit zu Korrosionserscheinungen an den Temperierkanal-Wänden. Grundsätzlich gibt es nur zwei verschiedene Ansätze, dies zu vermeiden. Der erste Ansatz beinhaltet das Ausblasen der Temperierkanäle vor Einlagerung des Werkzeugs. Da mit dieser Methode erfahrungsgemäß keine vollständige Entfeuchtung der Temperierkanäle möglich ist, sollten anschließend eine neutrale Konservierungsflüssigkeit mit Korrosionsschutz eingefüllt und die Kanalanschlüsse luftdicht mit Stopfen oder schließenden Schnellkupplungen verschlossen werden. Alternativ dazu können die Werkzeuge feucht mit enthaltenem, konditionierten Temperiermedium luftdicht verschlossen eingelagert werden.

Diese Alternative wird allerdings in der Praxis eher selten vorkommen, da beim Werkzeugwechsel aus Gründen des Handlings und eventuell anstehender Wartungsarbeiten meist mit mehr oder weniger Erfolg versucht wird, die Temperierkanäle leer zu saugen oder mittels Pressluft zu entleeren. Bei beiden Alternativen sollte darauf geachtet werden, dass die Werkzeuge vor dem erneuten Aufspannen gespült werden, um durch sich beim Anfahren lösende Partikel verursachte Verunreinigungen im Temperierkreislauf, häufig einhergehend mit Verstopfungen von im Rücklauf eingebauten Schmutzfängern, zu vermeiden.

Das Thema Energieeffizienz und Nachhaltigkeit wird immer wieder im Zusammenhang mit Fertigung von Hochleistungs-Faserverbund-Bauteilen gebracht. Gibt es von GWK auch Lösungen für diese Problemstellungen?

Helmut Gries Bei der wirtschaftlichen Fertigung von Hochleistungsfaserverbund-Bauteilen spielt die Temperierung eine entscheidende Rolle. Folglich ist es nicht verwunderlich, dass wir uns seit vielen Jahren mit dem Thema Leichtbau befassen. Die Aktivitäten konzentrieren sich dabei auf die Automobilbranche und auf die Luftfahrtindustrie.

Auch der Sport- und Freizeitbereich sowie die Energiewirtschaft und die Bauindustrie gewinnen inzwischen an Bedeutung. Bei den Verarbeitungsverfahren dominieren das Spritzgießen und das RTM-Verfahren, aber auch Schäumen, Pressen, Blasformen und die Extrusion. Stand anfangs die reine technische Machbarkeit im Vordergrund, so stehen heute die Energiekosten der meist im höheren Temperaturbereich, also energieintensiv ablaufenden Prozesse im Fokus. Mit den uns im Hause zur Verfügung stehenden Technologien, speziell denen der dynamischen Temperaturführung, haben wir energetisch interessante Lösungen erarbeitet, die bei vielen namhaften Firmen der genannten Branchen im Einsatz sind. Ich bitte Sie um Verständnis, dass ich Ihnen keine detaillierteren Angaben machen kann, da solch zukunftsträchtige Projekte immer unter dem Siegel der Vertraulichkeit umgesetzt werden.

Abschließend noch ein Stichwort: Fachkräftemangel. Ist dies in Ihrer Region ein großes Thema?

Helmut Gries Fachkräftemangel gilt durchaus als ein Problem in unserer Region, ist aber meistens ein Managementfehler. Wer nicht ausbildet, darf sich später nicht darüber beklagen, dass ihm Fachkräfte fehlen. Eine breit gefächerte, qualitativ hochwertige Ausbildung ist eine wichtige Säule in unserer Firmenkultur und Voraussetzung für den Erfolg und das Wachstum unseres Unternehmens. Als GWK 1967 gegründet wurde, war das Fachwissen über Temperierung und Kühlung in der Region nicht allzu weit verbreitet. Unsere heutigen Marktbegleiter existierten zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht. Erfahrung mussten wir von Anfang an selbst sammeln, sodass die Aus-und Weiterbildung im eigenen Hause zur lebenswichtigen Kernaufgabe der Unternehmensführung wurde.

Mit dem Unternehmen und seiner wachsenden Fertigungstiefe wuchs über die Jahrzehnte auch die Breite der Ausbildung, sodass wir heute interessierten Schulabgängern 17 verschiedene kaufmännische, technische und gewerbliche Ausbildungsberufe anbieten können. Mit Stolz können wir sagen, dass inzwischen mehr als 300 junge Menschen erfolgreich eine Ausbildung bei uns absolviert haben, wovon 151 noch in unserem Unternehmen tätig sind. Trotz allem haben wir auf Grund der hohen Auslastung aktuell Engpässe und daher Bedarf an erfahrenen und motivierten Schweißern und Kälteanlagebauern. Qualifizierte Bewerbungen sind also höchst willkommen.

 

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Redaktion Plastverarbeiter