Wie Temperiersysteme für mehr Energieeffizienz und Prozesssicherheit sorgen

Energieeffiziente Systeme haben in der jüngeren Vergangenheit an Bedeutung hinzugewonnen. Hat sich dieser Trend nachhaltig in der Kunststoffverarbeitenden Industrie manifestiert?
Dipl.-Ing. Rüdiger Dzuban: In dieser Hinsicht hat sich in der Kunststoffverarbeitenden Industrie in kürzester Zeit eine Menge getan. Unsere Zuwachsraten in Richtung effizientere Anlagensysteme über unser gesamtes Leistungsspektrum in der Größenordnung von 18 Prozent gegenüber dem Vorjahr zeigt das eindrucksvoll an - obwohl die Kunststoffindustrie in vielen Branchenbereichen in diesem Jahr nicht auf dem gewünschten Niveau läuft. Eine permanent wachsende Anzahl an Betrieben hat für sich erkannt, dass eine Optimierung im Bereich Energieeffizienz und Prozesssicherheit wesentlich zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit beiträgt. Zukunftsorientierte Unternehmen investieren daher verstärkt in solche Optimierungsmaßnahmen.

Wo liegen Ihrer Meinung nach weitere Optimierungspotenziale?
Dzuban: Weit mehr könnte man in der Fläche jedoch erreichen, wenn die politische Seite unterstützen würde. Beispielsweise durch die Vorfinanzierung von energiesparenden und prozessoptimierenden Maßnahmen in der Industrie durch die KfW. Ähnlich wie bei Förderanträgen für solche Maßnahmen, die durch anerkannte Energieberater begleitet werden, könnten die Projekte, die sich in ca. 2 Jahren durch die Kosteneinsparung selbst finanzieren, durch die KfW vorfinanziert werden. Eingesparte Kosten fließen bis zum Ausgleich der Finanzierungssumme, abzüglich eines Förderanteils, an die KfW zurück. Das würde sicherlich eine Menge in Richtung Kosteneinsparung und CO₂-Minderung in Bewegung bringen.

Wie unterstützen Sie Unternehmen dabei, ihre Produktion nachhaltiger zu gestalten?
Dzuban: Bei einer sach- und fachkompetenten Durchleuchtung von Betrieben der Kunststoffindustrie zeigt sich immer wieder, dass sich in Richtung Effizienz des Energieeinsatzes und der Produktionsprozesse eine Menge bewegen lässt. Oni hat sich darauf spezialisiert, mit eigenen Fachingenieuren die Bereiche Kühl- und Kälteanlagentechnik, Wärmerückgewinnung, Werkzeugtemperierung, Klima-, Lüftungs-, Reinraum- und Drucklufttechnik und zusammen mit Systempartnern und Energieberatern die Bereiche Finanzierung, Fördermittel, Lastmanagement, Beleuchtung oder Energieeinkauf umfassend zu beraten, anlagentechnische Energiesparkonzepte zu entwickeln und umzusetzen. Hierbei wird konsequent und erfolgreich auf den Netzwerkgedanken gesetzt.

Was, wenn die vorhandene Kühlleistung kurzfristig nicht ausreicht?
Dzuban: Wenn die Außentemperatur auf sommerliche Werte steigt, braucht manche Kühlanlage Hilfe. Oder wenn für die Produktion und Prozesse dringend Kühlwasser gebraucht und die vorhandene Anlage keine Leistungsreserven hat, braucht es auch schnelle Hilfe. Die Problemlösung: Mobile, leistungsstarke Mietkühlanlagen. Oni bietet dazu ein breites Spektrum schnell verfügbarer Anlagensysteme das von Kältemaschinen im Leistungsbereich von 10 bis 1.000 kW über Pumpentankeinheiten mit Regel- und Steuersystemen bis zur Container-Kühlanlage mit allen für den Betrieb notwendigen Armaturen, Pumpen und Regeleinrichtungen reicht. Je nach Verfügbarkeit sind die Anlagen kurzfristig versandbereit.  

Auf dem Oni-Messestand in Friedrichshafen wird eine Demo-Version einer 2-Kreis-Kühlanlage in Container-Bauweise, die für eine Gesamtleistung von bis zu 1.000 kW Kühlleistung konfiguriert und mit verschiedensten Optimierungsmodulen auf Wunsch ausgerüstet werden kann, zu sehen sein.

Welchen Einfluss haben äußere Faktoren, wie etwa die Temperatur auf das Spritzgießen?
Dzuban: Ein wesentliches, einflussnehmendes Element in der Spritzguss-Fertigung sind die lufttechnischen Bedingungen in der Produktionshalle. Warum das so ist, wird dann deutlicher, wenn man bedenkt, dass eine Werkzeugform wärmetechnisch wie ein Wärmeaustauscher zu behandeln ist. Werden bei einem solchen Element auf einer Seite wärmetechnische Parameter verändert, wirkt sich das zwangsläufig auf das Ergebnis der gegenüberliegenden Seite aus. Will man die Einflussnahmen auf ein Minimum reduzieren, muss man für ein möglichst homogenes Temperaturfeld im Fertigungsbereich sorgen. Ansonsten hat man ein Problem.

Im konkreten Fall einer Spritzgießform, führen veränderliche Luftströmungen im Außenbereich zwangsläufig zu einer Beeinflussung der Formteilqualität. Natürlich ist das stark abhängig von der wärmetechnischen Trägheit des Systems und dessen dämpfender Wirkung. Die Einflussnahme fällt jedoch umso stärker aus, je empfindlicher das Formteil hinsichtlich Qualität und Maßhaltigkeit ist. Eine kontrollierte Hallenlüftung mit Verdrängungsluftauslässen im Bodenbereich sorgt, bei technisch richtiger Auslegung und Nutzung von Abwärmen aus der Abluft oder von Maschinen, für optimale Produktionsbedingungen bei niedrigem Energieeinsatz.

Welches Potenzial sehen Sie in der Nutzung der Abwärme aus Kühlwassersystemen?
Dzuban: Oni-Wärmerückgewinnungssysteme nutzen Abwärme aus Kühlwassersystemen mit einem Temperaturniveau von 35 °C. Über entsprechend ausgelegte Niedertemperatur-Heizsysteme wird dann aus Abwärme, die kostenfrei zur Verfügung steht, wertvolle Heizenergie, die teures Heizöl oder Erdgas ersetzt. Darüber hinaus wird bei dieser Art der Abwärmenutzung der Energieanteil eingespart, der üblicherweise für die Rückkühlung des Kühlwassers notwendig wäre. Durch Einsatz einer Oni-Wärmerückgewinnung lässt sich daher gleich zweifach Energie einsparen und die Umwelt profitiert ebenfalls zweifach. Einerseits erzeugt nicht verbrannte Primärenergie auch kein CO₂ und die Nutzung der Abwärme vermeidet den Einsatz von Strom zur Rückkühlung, was ebenfalls zu einer Reduzierung der CO₂-Emissionen führt.

Wie wirkt sich die Wasserqualität auf die Energie- und Prozesskosten aus?
Dzuban: Die Wasserqualität nimmt extrem stark Einfluss auf den Produktionsprozess und in der Folge auf die Energiebilanz. Leider wird das meist erst dann erkannt, wenn gravierende Probleme in der Prozesskette auftreten. Eine schlechte Wasserqualität führt zwangsläufig zu Ablagerungen an benetzten Flächen. Die Wirkung ist vielschichtig und reicht von anaerober Korrosion über die Druckverlusterhöhung, eine wärmetechnische Einflussnahme durch Beläge und Ablagerungen auf Rohrinnenwänden mit Auswirkung auf Energieverbrauch und Prozessgeschwindigkeit bis zum funktionellen Ausfall durch Verstopfungen und hygiene-technische Probleme. Durch die Ablagerungen verlängern sich zwangsläufig die Zykluszeiten und der Bedarf an Kühlleistung nimmt zu. Außerdem wird der Arbeitsaufwand für das Bedienpersonal größer. Letztendlich steigen die Stück- beziehungsweise Fertigungskosten sowie die Instandhaltungs- und Wartungskosten, wodurch die Wettbewerbsfähigkeit ein Stück weit verschlechtert wird.

Im Bereich Spritzguss bekommen durch die allgemeine Kostenentwicklung Faktoren wie Zykluszeiteinsparung, Kosten für das Werkzeugmanagement, Kühlenergiebedarf, Maschinenstillstände oder Ausschussquoten einen bisher nie dagewesenen Stellenwert. Viele davon sind mehr oder weniger stark beeinflusst durch die Kühlwasserqualität. Insoweit wird man hier intensiver aufsetzen bzw. hinsehen und neu bewerten müssen.

Auf der Fakuma gibt es dazu die weiterentwickelten Systeme der Oni-Aquaclean Technologie in verschiedenen Varianten zu sehen. Die Oni-Aquaclean- Systemtechnik ist systemisch aufgebaut. Messstrecken - für Leitfähigkeit, pH-Wert, Redoxspannung und Volumenstrom - in Verbindung mit einem Hochleistungsrechner liefern die lnformationen, die für die stufenweise Kühlwasserbehandlung notwendig sind. Die eigentliche Wasserbehandlung erfolgt dann über verschiedene Filtereinheiten sowie eine nachgeschaltete, eigensichere Ozonierung. Eine Pumpeneinheit versorgt das Oni-Aquaclean System, kühlwassernetzunabhängig, mit einer definierten Wassermenge und sorgt für die Ableitung von Rückspülwassermengen.

Wie wichtig ist insbesondere ein intelligentes Temperiermanagement?
Dzuban: In der Spritzgussfertigung kommt der Werkzeugtemperierung eine entscheidende Bedeutung zu. Nur ein intelligentes Temperiermanagement, das jeden einzelnen Werkzeugtemperierkreis individuell steuert und überwacht, sorgt für die Einhaltung der unverwechselbaren Thermostruktur im zu fertigenden Formteil. Durch höchste Qualitätsanforderungen bestimmt, werden bei immer mehr Kunststoffverarbeitern an Stelle von konventionellen Temperiersystemen dynamisch arbeitende Rhytemper-Mehrkreis-Temperiersysteme eingesetzt. Durch die Überwachung der Energiebilanzen und Anpassung der Parameter wie Temperaturdifferenz und Volumenstrom in jedem einzelnen Temperierkreis wird dafür gesorgt, dass der thermische Fingerprint des Formteils nahezu konstant bleibt. Durch den Einsatz der Rhytemper-Technik reduziert man zudem von vornherein den Aufwand für das thermische Einfahren der Werkzeuge, weil die wärmetechnischen Formteilparameter nach Werkzeugwechsel sofort zur Verfügung stehen. Findet ein Werkzeugwechsel statt und ist die Vorwärmung abgeschlossen, wird ab Fertigungsfreigabe die optimale Formoberflächentemperatur in kürzester Zeit eingeregelt und bei jedem Schuss überwacht. Die dafür notwendige Kühlkreis-Versorgungseinheit mit Mess- und Steuerelementen bzw. der entsprechenden Regeleinheit ist platzsparend, in unmittelbarer Nähe der Werkzeugplatte montiert, um Verschlauchungswege so kurz wie möglich zu halten.

Welche Effizienzpotenziale sind außerdem gegeben?
Dzuban: Für die Rückkühlung werden in Kühlkreisen vorzugsweise sogenannte Freikühler-Systeme eingesetzt, die mit Kühlwasser ohne Glykol befahren werden. Die Glykol-Freiheit hat sowohl wärmetechnische wie sicherheitstechnische Vorteile. Sind niedrigere Temperaturen erforderlich, als über den Freikühler mit Außenluft erzielbar, ist der Einsatz von Kältemaschinen notwendig. In beiden Fällen sind für den Kühlwassertransport Pumpen erforderlich, die hohe Jahresbetriebsstunden aufweisen. Demzufolge fallen dafür hohe Stromkosten an, die sich mit der Oni-Powersave Technologie massiv senken lassen. Durch Einsatz dieser Technik lässt sich je nach Anlagensituation bei Pumpen im Freikühler- oder Kältemaschinenkreis bis zu 30 % Strom im Volllastbetrieb und bis zu 65 % im Teillastbetrieb der Anlagen einsparen.

Auf der Fakuma wird eine Weiterentwicklung der Technik gezeigt, die für Rückkühlkreise von Kältemaschinen eingesetzt wird. Diese Systemtechnik ist in der ausgestellten Container-Kühlanlage als funktionsfähige Einheit installiert. An einem Effizienzmodul kann man dann den Einsparerfolg einfach ablesen.

Fakuma 2023:
Halle A5, Stand 5103

Quelle: Oni-Wärmetrafo