Temperiergerät (Bildquelle: HB-Therm)

Im Temperieren steckt viel Effizienz-Potenzial. (Bildquelle: HB-Therm)

Die Bedeutung der Temperierung von Prozessen zur Kunststoffverarbeitung kann nicht überschätzt werden. Dies haben schon in den vergangenen Jahren die Einlassungen von HB-Therm, St. Gallen, Schweiz, erkennen lassen, die erneut vorgetragen wurden, aber hier nicht vollumfänglich wiederholt werden.  Vielmehr wird auf die Ausführungen zu Trends verwiesen, die die Aktualisierungen dieser Marktübersicht in den vergangenen Jahren (jeweils Ausgabe 5) begleitet haben.

Viele Stellschrauben für mehr Effizienz

Zusammengefasst zeigten diese Ausführungen von HB-Therm hinsichtlich der Effizienz und insbesondere der Energie-Effizienz, dass richtig dimensionierte Temperiergeräte Energie sparen und mit drehzahlgeregelten Pumpen zusätzlich Energie eingespart werden kann. Dazu lassen sich mit sauberen Temperierkanäle der Wärmeübergang optimieren, mit paralleler Werkzeugtemperierung die Zykluszeit verkürzen, mit kurzen, isolierten Schlauchleitungen mit großen Durchmessern Abstrahlungs- und Druckverluste minimieren. Außerdem sind tanklose Geräte wirtschaftlicher.

Der Bedeutung der Temperierung entsprechend, berichtet Engel Austria, Schwertberg, Österreich, dass „die Werkzeugtemperierung weiter in den Fokus der Spritzgießverarbeiter rückt“. Außerdem nehme „die Nachfrage nach Lösungen, die helfen, die Temperierprozesse zu optimieren und damit eine höhere Prozesskonstanz und Energie-Effizienz zu erzielen“ zu.

Spritzgießmaschine steuert Temperierung

In die CC300 Steuerung der Spritzgießmaschine integrierte Assistenzsysteme aus dem inject 4.0 Programm von ENGEL sorgen dafür, dass Prozessschwankungen ausgeglichen werden, noch bevor Ausschuss entsteht. (Bildquelle: Engel)

In die CC300 Steuerung der Spritzgießmaschine integrierte Assistenzsysteme aus dem inject 4.0 Programm sorgen dafür, dass Prozessschwankungen ausgeglichen werden, noch bevor Ausschuss entsteht. (Bildquelle: Engel)

Zur Gerätetechnik, die diese Anforderungen erfüllt, geht Engel Austria auf ein „intelligentes Assistenzsystem ein, mit dem die Temperiergeräte in die Steuerung der Spritzgießmaschine integriert“ werden. „Auf diese Weise wird der Gesamtprozess inklusive Temperierung zentral über das Display der Maschine gesteuert. Dies reduziert die Komplexität des Gesamtsystems und das Fehlerrisiko. Zudem passt das System die Drehzahl der Pumpen in den Temperiergeräten kontinuierlich an den Bedarf an, was den Energieverbrauch senkt. Die für die Integration gemeinsam mit HB-Therm entwickelten Temperiergeräte kommen damit ohne eine eigene Bedieneinheit aus. Sie sind deutlich kompakter als herkömmliche Temperiergeräte und finden meistens direkt unter der Spritzgießmaschine Platz. Die Kommunikation zwischen Spritzgießmaschine und Temperiergeräten erfolgt über das Kommunikationsmodell OPC UA, das sich als gemeinsame Sprache im Industrial Internet of Things in der Kunststoffindustrie durchsetzt.“

Auch Hahn Enersave, Wiehl, verzeichnet eine „verstärkte Nachfrage nach Geräten mit drehzahlgeregelten Zentrifugal-Pumpen und OPC UA-Schnittstelle. Die Drehzahlvorgabe der Temperiergerätepumpe erfolgt dabei vermehrt aus der Spritzgießmaschinensteuerung“ heraus. Nach Single Temperiertechnik, Hochdorf, „entwickelt sich die Konnektivität“, die Fähigkeit der Temperiergeräte zur Herstellung einer Verbindung zum Beispiel ins Internet, „zu ethernetbasierten Systemen wie Profinet, Ethernet-IP oder Modbus TCP.“


Bildquelle: XtravaganT/Fotolia.com

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Marktübersicht Temperiersysteme

Ein wesentliches Einsatzgebiet für Temperiergeräte ist die Kunststoff verarbeitende Industrie und hier insbesondere der Spritzgießsektor. Den zur Herstellung qualitativ konstant hochwertiger Teile sind kontrollierte Werkzeugtemperaturen zwingend erforderlich. Die Marktübersicht Temperiergeräte ist ab sofort online. Das Produktportfolio von 33 Anbietern kann über verschiedene Auswahlkriterien durchsucht und selektiert werden, um das passende Angebot und den Lieferanten zu finden. Starten Sie den Vergleich.


Verfeinerte Gerätetechnik

Sustek, Murrhardt, berichtet von „individualisierten Mehrzonengeräten, die speziell auf Einbauraum und Prozessleistung angepasst“ sind. Zur Realisierung einer „robusten und wartungsarmen Ausführung werden anstelle von Magnetventilen zum Beispiel elektrisch-pneumatische Stellventile und Pumpen ohne mechanische Dichtungen“ eingesetzt. „Vor allem, wenn höhere Kühlleistungen verlangt werden, jedoch keine ausreichende Kühlwasserversorgung bis zum Gerätestandort verlegt werden kann oder gar keine zentrale Kühlwasserversorgung vorhanden ist,“ werden „kombinierte Geräte“, das heißt „Temperiergeräte mit integrierter Kältemaschine“ eingesetzt, „welche autark ohne externe Ressourcen arbeiten können.“

Ein „vermehrter Einsatz von Edelstahl- oder hochwertigen Kunststoffkomponenten im Mediumskreislauf“ wird von E. Braun, Kammerstein, festgestellt. Darüber hinaus findet ein „Austausch von Informationen zwischen Wasseraufbereitung und Temperiergerät bezüglich der Wasserqualität im Mediums- und Kühlkreislauf“ statt. Dem dient eine „Sensorik zur Ermittlung der Wasserqualität, die eine gezielte Steuerung des Wasseraustausches bei Temperiergeräten mit indirekter Kühlung“ bewirkt.

 

Das Temperiergerät ist jetzt mit einer neuen, energiesparenden Pumpe ausgestattet. (Bildquelle: Wittmann)

Das Temperiergerät ist jetzt mit einer neuen, energiesparenden Pumpe ausgestattet. (Bildquelle: Wittmann)

Wittmann Kunststoffgeräte, Wien, Österreich, geht auf eine „spezielle Innovation“ ein, nach der die „Temperatur-Sollwertbegrenzung druckabhängig“ erfolgt. Temperiergeräte, die „mit einer Temperatur von bis zu 120 °C betrieben werden können, kommen überall dort zum Einsatz, wo hohe Kühlleistungen erforderlich sind.“ Um diese zu erzielen, „wird das Kühlwasser nicht wie ansonsten gebräuchlich indirekt über eine Kühlwendel geleitet, sondern der Wasserzufluss ist direkt an den Wärmetauscher angeschlossen“, wodurch „die maximale Betriebstemperatur des Geräts direkt vom Wasserzulaufdruck abhängig ist.“ Bei 120 °C Betriebstemperatur ist dieser 2 bar, wie die Dampfdruckkurve zeigt. Ist der Druck des Wasserzulaufs niedriger, tritt schon bei niedrigerer Temperatur Dampfbildung auf. Um diese zu vermeiden, wird statt einer manuellen Anpassung an die Betriebsbedingungen der Systemdruck des Wasserzulaufs permanent gemessen und der zulässige Temperatur-Sollwert entsprechend der Dampfdruckkurve bestimmt. Damit wird „automatisch eine entsprechende Temperatur-Sollwertbegrenzung durchgeführt.“

Mehrkreis- und variotherme Temperierung sind gefragt

Hinsichtlich der Temperierverfahren berichtet Hahn Enersave, Wiehl,  von einer „Verstärkung des Trends zur Versorgung von maschinenintegrierten, geregelten Mehrkreisverteilern“ mit mehr als vier Kreisen. „Dadurch werden Durchflussmengen größer 60 l/min am Temperiergerät erforderlich. Somit werden vermehrt Geräte in geringerer Anzahl, jedoch mit höherer Durchflussmenge je Maschine eingesetzt.“ Auch Engel Austria spricht von „einer Mehrkreistemperierung, die jedoch dynamisch geregelt ist, was erstmals ermöglicht wird.“ Bei diesem System „ist der elektronische Temperierwasserverteiler in der Lage, die Temperaturdifferenz in allen Einzelkreisen aktiv zu regeln und die individuell benötigte Durchflussmenge für jeden Temperierkreis automatisch einzustellen. Temperaturschwankungen werden auf diese Weise zuverlässig ausgeglichen. Daraus resultiert ein stabiler und konstanter Prozess. Dies ist eine entscheidende Weiterentwicklung zur Durchflussmengenregelung, die einfach nur die voreingestellte Durchflussmenge in den Verteilerkreisen konstant hält, aber keine Temperaturänderungen erkennt.“

Diese Temperiergeräte aus dem Spritzgießpaket der ersten Generation sind zuverlässig im Einsatz bei Si-Tech Singer. (Bildquelle: Single)

Diese Temperiergeräte aus dem Spritzgießpaket der ersten Generation sind zuverlässig im Einsatz bei Si-Tech Singer. (Bildquelle: Single)

Nach Single Temperiertechnik,  „finden variotherme Systeme vermehrt Anwendung, beziehungsweise entstehen neue Anwendungsfelder, die eine variotherme Temperierung benötigen.“ Dazu schreibt HB-Therm, dass „die variotherme Temperierung nach wie vor ein Hauptthema zur Erreichung höchster Teilequalität ist bei gleichzeitig optimierter Zykluszeit.“ Werden für dieses Verfahren zwei Standard-Temperiergeräte verwendet, sind diese auch flexibel für andere Temperieraufgaben einsetzbar. Da die variotherme Temperierung sehr komplex und beratungsintensiv ist, wird mit optionalen Dienstleistungspaketen eine erweiterte Unterstützung angeboten.

Geregelte Pumpen senken Energieverbrauch drastisch

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Geregelte Pumpen steigern die Effizienz. (Bildquelle: Regloplas)

Die von Regloplas, St. Gallen, Schweiz, hervorgehobene „klare Tendenz zum Energiesparen“ wird vor allem erreicht durch „geregelte Pumpen, die zum Standard werden“, wie Single Temperiertechnik schreibt. Auf diese Ausstattung der Temperiergeräte weisen auch HB-Therm, Engel Austria, Hahn Enersave und Sustek hin. Ein Assistenzsystem, „das die Drehzahl der Pumpen in den Temperiergeräten exakt nach Bedarf steuert und damit den Energieverbrauch drastisch senkt“, wird, wie Engel Austria anmerkt, zu einem „wichtigen Enabler für eine höhere Energie-Effizienz.“ Hahn Enersave stellt eine „verstärkte Nachfrage nach dem Einsatz von Zentrifugalpumpen“ fest „als Alternative zur Peripheralradpumpe.“ Als Hintergrund hierzu wird eine „deutlich höhere Energie-Effizienz der Zentrifugalpumpe und ein geringerer Verschleiß am Laufrad genannt. Anwender-Benchmarks zeigen Einsparungen von bis zu 86 % bei Einsatz von Temperiergeräten mit Zentrifugalpumpe. Die Kombination mit Drehzahlregelung verstärkt diesen Effekt.“ Nach Sustek ist eine „genaue Auslegung von Heiz-, Kühl- und Pumpenleistung auf den jeweiligen Prozess“ erforderlich. Beim „Einsatz von frequenzgeregelten Pumpen muss hierfür eine genaue Analyse des Prozesses stattfinden, ob sich der Einsatz eignet und sich die nicht unerheblichen Mehrkosten amortisieren. Meistens lohnt sich der Einsatz erst bei relativ großen Pumpen und wechselnden Verbrauchern mit unterschiedlichen Druckverlusten und Durchflussmengen.“

Über den Autor

Prof. Dr. Werner Hoffmanns

ist freier Mitarbeiter des Plastverarbeiter.

office@hoffmanns-texte.de