Sechs-Punkte-Check für die effiziente Kühlung

Mit intelligenten Kühlkonzepten können kunststoffverarbeitende Betriebe ihren Energiebedarf und damit die Wirtschaftlichkeit ihrer Fertigung beeinflussen und ihre Position im Wettbewerb verbessern. Die Kunststofftechnik ist allerdings sehr vielfältig. Sie stellt sehr unterschiedliche Anforderungen an die Temperaturen und Kühlleistungen, je nach Verarbeitungsverfahren, gefertigten Teilen und Anlagentechnik.

Die L&R Kältetechnik GmbH & Co. KG in Sundern-Hachen, hat auf diesem Gebiet umfassende Erfahrung. Zu ihrem Kundenkreis in dieser Branche gehören zum Beispiel Spritzgießunternehmen, die Verschlüsse herstellen – das sind kleine Komponenten, die in sehr großen Stückzahlen und kurzen Taktzeiten produziert werden und also ein sehr schnelles Temperieren erfordern. Andere Anwender wiederum produzieren Kfz-Zulieferteile wie Türgriffe, bei denen extrem hohe Anforderungen an die Witterungsbeständigkeit und eine reproduzierbare Oberflächenqualität gestellt werden. Ein weiteres Anwendungsfeld für Kälteanlagen in der Kunststofftechnik ist die Produktion von Verbundrohren. Das sind extrudierte Komponenten, bei denen ein Kern aus Aluminiumrohr jeweils mit einer äußeren und inneren Kunststoffschicht versehen wird. Hier kommt es auf eine sehr gleichmäßige Temperaturführung an.

In allen drei Fällen hat die Kühlung von Werkzeugen und Maschinenkomponenten unmittelbaren Einfluss nicht nur auf die Produktqualität, sondern auch auf die Zykluszeit: Die entstehende Wärme muss gezielt abgeführt werden, um punktuelle Erwärmungen zu vermeiden. Diese Erwärmungen würden sonst zu Problemen wie beispielsweise Verzug und, in letzter Konsequenz, zu ungeplantem Maschinenstillstand führen.

Um kunststoffverarbeitenden Unternehmen eine Abschätzung zu ermöglichen, ob die Kälteanlagen verbesserungsbedürftig sind, hat L&R Kältetechnik einen Katalog mit sechs Maßnahmen erarbeitet, der einfach abgeprüft werden kann.

Bedarfsgerecht dimensionieren

Gerade ältere Anlagen sind oft mit überdimensionierten Antrieben oder falsch dimensionierten Wärmetauschern ausgestattet. Das mag aus Sicht des Konstrukteurs, der entsprechende Sicherheiten einbauen möchte, verständlich sein. Aber es führt zu deutlich höheren Betriebskosten.

Energiesparende Komponenten

Der Anwender sollte auf Anlagenkomponenten achten, die zur Energieeinsparung beitragen. Dazu gehören stufenlos geregelte Schraubenverdichter, elektronische Expansionsventile sowie frequenzgeregelte Pumpen und Ventilatoren. All diese Komponenten sind zu vernünftigen Preisen und in Großserienqualität verfügbar. Ihr Einsatz macht sich meist rasch bezahlt.

Elektronische Drehzahlregelung

Bei Verdichtern, Pumpen und Ventilatoren spart eine bedarfsgerechte Regelung – das heißt eine Kombination von elektronischer Steuerung und drehzahlvariablem Antrieb – Energie. Zum Beispiel kann die Frigocontrol-Steuerung von L&R Kältetechnik die Pumpen und damit die Kühlwassermenge an den jeweiligen Bedarf anpassen. Da dieser Bedarf je nach Produktionsauslastung, Jahreszeit und Differenz zwischen Ist- und Solltemperatur stark variiert, ist eine Regelung sinnvoll.

Winterentlastung durch freie Kühlung

Mit der freien Kühlung oder Winterentlastung nutzt man die (niedrige) Umgebungstemperatur zum direkten Kühlen des Kühlwassers und spart Energie. Bei niedriger Umgebungslufttemperatur wird ein zusätzlicher luftgekühlter Wärmetauscher zugeschaltet. Bei einer Außentemperatur von 4 bis 5 K unterhalb der Vorlauftemperatur des Kühlmediums kann die gesamte Kühlung auf diese Weise erzeugt werden. Nach Erfahrungen von L&R Kältetechnik können Kunststoffverarbeiter auf diese Weise die kühlungsbedingten Energiekosten, je nach Temperatur des Kühlmediums, um bis zu 80 % reduzieren.

Gleitende Kondensationsdruckregelung

Durch gezieltes Absenken der Verflüssigungstemperatur – in Abhängigkeit von der jeweiligen Lufttemperatur – kann man den Wirkungsgrad der Kälteanlage steigern. Die Kombination von entsprechenden Schraubenverdichtern, optimal ausgelegten Verflüssigern, dem Kältemittel R 134a, elektronischen Expansionsventilen und der intelligenten Frigocontrol-Steuerung gewährleistet, dass die theoretisch notwendige Verflüssigungstemperatur der Lufttemperatur über den gesamten Zeitraum mit derselben Differenz folgt. Damit ist eine gleitende Kondensationsdruckregelung (Vario-Kon) realisiert, die ein wichtiges Merkmal energieeffizienter Kälteanlagen ist.

Wärmerückgewinnung

Nutzt man die Abwärme der Kunststoffmaschine an anderer Stelle im Produktionsprozess (oder aber zur Beheizung oder Warmwasserbereitung), ist das energetisch und ökologisch sinnvoller als die „Vernichtung“ der Wärme. Entsprechende Maßnahmen lassen sich häufig und mit geringem Aufwand auch nachträglich realisieren. Sie tragen dann zur Energieeinsparung an anderer Stelle bei.

Der Überblick zeigt: Der Kunststoffverarbeiter hat viele Stellschrauben zur Verfügung, um den Energiebedarf der notwendigen Kälteanlagen zu senken, ohne die Prozessqualität oder die Zykluszeiten negativ zu beeinflussen. Die Experten von L&R Kältetechnik projektieren neue Anlagen nach dem hier dargestellten Maßnahmenkatalog. Sie optimieren häufig aber auch vorhandene Anlagen und bieten den kunststoffverarbeitenden Unternehmen als Dienstleistung einen Check der Kältetechnik an, bei dem die genannten Punkte geprüft und gezielte Optimierungsvorschläge erarbeitet werden.

Gerald Scheffels Fachjournalist in Wuppertal