„Der anhaltende Trend weg von Öl­anwendungen hin zu Heißwasser-Temperierung ist in diesem Jahr erneut deutlich spürbar“, schreibt Single Temperiertechnik, Hochdorf, und macht dafür „vor allem die sehr guten Wärmeleiteigenschaften und zunehmend Umweltbewusstsein“ verantwortlich. Diese Gesichtspunkte „machen die Wassergeräte attraktiv für neue Märkte und Kunden.“

Temperaturgrenzen für Wassergeräte

Anschlussfertiges Heiz- und Kühlgerät mit indirekter Kühlung

Das Hochtemperaturgerät ist für den Betrieb mit Wasser als Umlaufmedium konzipiert. (Bildquelle: GWK)

Zur Thematik der Heißwassertemperierung teilt GWK, Meinerzhagen, mit, dass „die Hersteller von kleinen Präzisionsteilen aus Hochleistungskunststoffen wie PEEK bislang mit der Herausforderung konfrontiert waren, optimale Formteileigenschaften mit Werkzeug-Wandtemperaturen von 200 °C und darüber nur schwer erreichen zu können, da für die Werkzeug-Temperierung auf so hohem Temperaturniveau überwiegend Wärmeträgeröl-Geräte eingesetzt werden mussten. Die eingeschränkten Wärmeübertragungs-Eigenschaften des Mediums Öl limitierten wegen der zur Verfügung stehenden Fläche in den meist kleinen Spritzgießwerkzeugen und der aufgrund des Temperaturniveaus hohen Abstrahlung die tatsächlich in den Kavitäten erreichbare Werkzeugwandtemperatur. Die dadurch erhöhte Ausschussrate verringerte bei den hohen Materialkosten die Wirtschaftlichkeit und steigerte den Aufwand für die Qualitätssicherung, weshalb Projekte zum Teil nicht realisiert wurden. Ein weiterer Grund war, dass die geforderten Formteileigenschaften gar nicht erst erreicht werden konnten.“ Ein weiterentwickeltes Hochtemperatur­gerät, das mit Wasser als Umlaufmedium und als geschlossenes System arbeitet, ermöglicht nun den Einsatz bis 225 °C, wie GWK berichtet. Mit diesem Gerät „lässt sich der Vorteil der guten Wärmeübertragungs-Eigenschaften von Wasser prozesssicher nutzen, um bei der Verarbeitung von Hochleistungskunststoffen die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen und neue Anwendungsgebiete zu erschließen.“

HB-Therm, St. Gallen, Schweiz, äußert sich zu mit Wasser betriebenen Geräten, dass es eine „große Herausforderung ist, Wasser-Temperiergeräte für höhere Temperaturen (über 180 °C) zu bauen, die zuverlässig arbeiten.“ Bei bisher bekannten Geräten, die die Grenze von 180 °C überschreiten, „sind die Ausfallraten durch die Anforderungen betreffend Druck und Temperatur immer noch zu hoch.“ Die Firma will erst dann ein entsprechendes Gerät auf den Markt bringen, wenn dieses den selbst gesetzten Qualitätsstandard erfüllt.

Modularität für flexiblen Einsatz

Laut Single ist ein Trend „stark spürbar“ hin zu „standardisierten modularen Produkten für Serienanwendungen“, dem mit „entsprechenden Gerätepaketen in Standardsystemen begegnet„ wird. Goy, Murrhardt, betont die „exakte Abstimmung auf den jeweiligen Prozess durch individuelle Auslegung der Heiz-, Kühl- und Pumpenleistung.“ So „werden die bestmöglichen Temperierlösungen für jeden Verarbeitungsprozess zur Verfügung“ gestellt, wie GWK hervorhebt. Mittels „Puffer hoher oder tiefer Temperatur wird nach Axeo, Kirchheim/Teck, ein Turboeffekt beim Heizen oder Kühlen erreicht, was nur eine „geringe Heiz- Kühlleistung notwendig“ macht und die „Einsparung von Leistungsspitzen“ bewirkt. Erzielt werden so „schnelle Aufheiz- und Abkühlraten bis auf 30/40 °C Verbrauchertemperatur.“

Erweiterte Funktionen der Regler

Zur Regelungstechnik der Geräte schreibt Single, dass „sich Geräte und Maschinen auf vielfältige Weise untereinander vernetzen und über zentrale Systeme komfortabel steuern und überwachen lassen. Die Optimierung und Vereinfachung des Human Machine Interface (HMI) ist dabei zen­trales Thema. Unter diesen Voraussetzungen steigen auch die Anforderungen für Regel- und Steuereinheiten stetig an. Auch Standard-Reglertypen begegnen dieser Thematik heute mit erweiterten Funktionen und umfangreichen technischen Möglichkeiten, wie Maschinenschnittstellen, Servicemodi, Fehlerspeicher und Onboard-Informationen.“ Zum Einsatz kommen in diesem Zusammenhang „verschleiß­unempfindliche Bauteile, das heißt SSR-Relais für Heizung“ und „Motorstellventile für Kühlung“, wie Goy darlegt.

Mit Umschalteinheit einfach variotherm temperieren

Temperiergerät (Bildquelle: HB-Therm)

Energie effizient eingesetzt

Zur Energieeffizienz vermerkt Single, dass „mithilfe intelligenter Steuerung und Frequenzumformer der Energiehaushalt im Rahmen der Temperierung, mit Auswirkung auf den Gesamt-Energiehaushalt der Anwendung, positiv beeinflusst und an den tatsächlichen Prozessverbrauch angepasst wird. Im Prozess kann die Förderleistung der Pumpe somit im Optimum der jeweiligen Anwendung gefahren werden. Je nach Prozess und Systemarchitektur sind die erzielbaren Einsparungen bei gleichbleibender Teilequalität deutlich messbar.“ Braun, Kammerstein, und Goy sehen in der „Erfahrung und zentralen Übermittlung der Energieverbrauchsdaten“ beziehungsweise dem „Energiemonitoring am Gerät zur Anzeige der tatsächlichen Heizleistung“ einen Weg, die Energieeffizienz zu erhöhen. Einen weiteren Trend sieht Goy in der „Fremdbeheizung der Geräte mit verfügbarer Wärme aus anderen Prozessen mittels Warmwasser, Dampf oder anderen Wärmeträgern.“ Diesen Weg schlägt auch Axeo vor mit „Wärmerückgewinnung bei Batch-Prozessen, Kraft-Wärme-Kopplung, Beheizung mit Gas oder Abwärme sowohl für Primär- als auch Sekundärkreis, Verbindung der Gebäudeheizung mit Prozesswärme sowie zentrale Heiz-Kühlanlagen mit Sekundärkreisen für Verbraucher.“

Wassergeräte im Reinraum

Für Reinraumanwendungen eignen sich vor allem Geräte mit Wasser als Temperiermedium. Dem kommt besonders entgegen, dass diese Geräte zunehmend höhere Temperaturen ermöglichen. „Neben besonderen Gerätevoraussetzungen, die eine Kontamination der Atmosphäre verhindern“, schreibt GWK, sind eine sehr hohe Reproduzierbarkeit sowie eine exakte Temperaturführung innerhalb enger Toleranzen erforderlich.“ Darüber hinaus werden diese Geräte, wie HB-Therm mitteilt, mit einem Reinraumpaket ausgestattet. Dazu gehören, wie auch GWK erläutert, „neben dem geschlossenen Temperierkreis eine faserfreie Isolation zur Geräusch- und Wärmedämmung, abriebfeste und damit reinraumtaugliche Rollen und ein Gehäuse aus Edelstahl beziehungsweise Hochglanzlackierung für dieses. „Partikel-Kontaminationen und Emissionen werden so zuverlässig unter den geforderten Grenzwerten gehalten.“ Derartige Geräte sind laut GWK für den Betrieb in Reinräumen nach EN ISO 14644 bis zur ISO-Klasse 6 geeignet.“ HB-Therm weist die Wirksamkeit des Reinraumpakets dem Kunden mit einem Protokoll nach, das vor der Auslieferung durch eine detaillierte Qualitätsprüfung erstellt wird.

Über den Autor

Prof. Dr. Werner Hoffmanns

ist freier Mitarbeiter des Plastverarbeiter.

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