Mit der Kühlung von Maschinen war es lange wie mit Backups bei PCs: Notwendig, aber viel Geld darf es nicht kosten. Diese Anforderungen gelten heute immer noch, allerdings reicht eine günstige Anschaffung und der zuverlässige Betrieb alleine nicht mehr aus. Moderne Kühllösungen müssen einen weiteren Spagat erfüllen: Denn von Anlagenbetreibern, die Werkzeugmaschinen kaufen und einsetzen, wird zunehmend Wert auf eine hohe Energieeffizienz gelegt - Kühlung benötigt viel Strom und kostet Geld. Rund 15 Prozent des gesamten Energiebedarfs einer Werkzeugmaschine entfallen auf die Kühlung. Der Maschinenbauer dagegen verlangt von der Kühllösung hohe Präzision, einfache Integration bei flexiblem Einsatz.
Flüssigkeitskühlung gesetzt
Wenn es um die Kühlung von Werkzeugmaschinen geht, dann kommt primär Flüssigkeitskühlung zum Einsatz. Gerade in der spanenden Bearbeitung von Metall produzieren die Antriebe sowie die Spindeln sehr viel Wärme, die gezielt und vor allem schnell abgeführt werden muss. Realisiert wird die Kühlung idealerweise über Rückkühlsysteme, sogenannte Chiller. Erwärmte Flüssigkeit wird im Chiller heruntergekühlt und der Maschine wieder zugeführt. Der Betrieb der Werkzeugmaschine bleibt unabhängig von einem externen Kühlkreislauf in der Fabrikhalle, denn der Chiller lässt sich überall an oder neben der Maschine platzieren. Vor allem kostet ein in der Produktionshalle fest installierter Kühlkreislauf viel Geld und die Platzierung von Maschinen wird sehr unflexibel; gerade in Zeiten modularer Produktionsszenarios eine ungeeignete Lösung.
Exakte Temperatur Pflicht
Der hohe Energiebedarf typischer Chiller entsteht durch die exakt zu regelnde Flüssigkeitstemperatur. Die Hysterese darf maximal 0,5 Kelvin betragen. Metallische Gegenstände verändern sich in Lage und Ausdehnung mit steigenden Temperaturschwankungen, die Bearbeitungspräzision und Lebensdauer der Werkzeugmaschine sinken. Bei herkömmlichen Chillern arbeitet der Kältekompressor stets unter Volllast oder wird ein- und ausgeschalten, die Regelung der Temperatur erfolgt über ein Heißgas-Bypass-Ventil. Heißes Kältemittel aus dem Rücklauf wird dem gekühlten Vorlauf zur Regelung zugeführt. Zwar funktioniert diese Methode sehr genau, aber mit schlechter Energieeffizienz, da ein Teil der Kälteleistung wieder künstlich vernichtet wird.
Inverter treibt Effizienz hoch
Rittal hat mit seiner neuen Chiller-Generation Blue e+ bei der Energieeffizienz einen Sprung von rund 70 Prozent erreicht. Der Spezialist für Schaltschrank- und Kühllösungen setzt auf einen drehzahlgeregelten Kompressor, der die Bypass-Technik der TopTherm-Vorgängermodelle überflüssig macht. Ein Inverter steuert den DC-Synchronmotor des Kältekompressors dynamisch exakt mit der Drehzahl, die gerade für die Kühlleistung an der Werkzeugmaschine notwendig ist. „Mit der Inverter-Technologie haben wir ein Alleinstellungsmerkmal auf dem Markt kompakter und preissensitiver Chiller-Lösungen“, hebt Dr. Thomas Steffen, Geschäftsführer Forschung und Entwicklung bei Rittal, den Vorteil der neuen Blue e+ Chiller hervor. Durch Vermeidung des ständigen Ein-/Ausschaltens des Kompressors erhöht sich auch die Lebensdauer der Komponenten und die Zuverlässigkeit.
Zusätzlich nutzt Rittal bei seinen Chillern erstmals Wärmetauscher mit Microchannel-Technologie. Durch die im Verhältnis zum Volumen größere Oberfläche für den Wärmeaustausch zwischen Kältemittel und Kühlwasser kann die Kältemittelmenge um bis zu 55 Prozent reduziert werden. „Damit erreichen wir die gleiche Kälteleistung bei geringerem Bauraum und schonen zusätzlich die Umwelt durch geringere Kältemittelmengen“, merkt Dr. Steffen an. Die Chiller sind sehr kompakt und benötigen mit einer Aufstellfläche von nur 0,29 m2 auch 30 Prozent weniger Platz im Vergleich zur TopTherm-Serie.
Blue e+ mit hoher Flexibilität
Rittal bietet die neuen Chiller der Serie Blue e+ in drei Modellen mit einer maximalen Kälteleistung von 2,5, 4 oder 6 kW an. Jedes Modell erlaubt eine Regelung der Kälteleistung zwischen 20 bis 100 Prozent. Eine hohe Flexibilität bieten die Rückkühler auch durch den Einsatz bei Umgebungstemperaturen von -5 bis 50 °C sowie einer regelbaren Vorlauftemperatur des Kühlmediums von 5 bis 35 °C. Für mehr Betriebssicherheit sorgen ein integrierter Strömungssensor im Kühlmediumkreislauf und eine Füllstandsüberwachung. Dazu trägt auch das Überströmventil im Mediumkreislauf bei, das automatisch öffnet, wenn der Kühlmediumkreislauf am Verbraucher unterbrochen wird. Die Filtermattenüberwachung informiert den Anwender rechtzeitig, wenn ein Austausch der Filtermatte notwendig ist.
Sensorik und Vernetzung
Insgesamt hat Rittal in einem Chiller 16 Sensoren für die Temperaturregelung und Überwachung der Funktion verbaut. Über ein Touchpanel lassen sich direkt am Gerät der Status der Kühlung ablesen und Parameter einstellen. Durch die integrierte NFC-Funktionalität und die Blue e+ App kann die Parametrierung auch drahtlos über ein Smartphone erfolgen. Interessanter werden die Möglichkeiten über Rittals ComModul. Der Chiller bietet damit die Möglichkeit, vernetzt über das Industrial Ethernet überwacht und eingestellt zu werden. Sämtliche Sensordaten lassen sich für Condition Monitoring und Predicitive Maintenance heranziehen. Damit bietet Rittal die Möglichkeit, via Cloud neue Service-Modelle zu realisieren.
Eine wichtige Anforderung der Maschinenbauer erfüllt Rittal zudem mit der Mehrspannungsfähigkeit der Blue e+ Chiller. Der Spannungsbereich von 380 - 415 V bei 50 Hz und 440 - 480 V bei 60 Hz macht die Geräte weltweit einsetzbar. Länderspezifische Varianten sind passé.
Die neue Chiller-Generation Blue e+ von Rittal ist derzeit bei Referenzkunden im Einsatz und wird im Herbst 2017 allgemein verfügbar sein.
Welche Aspekte bei Rückkühlern entscheidend sind und wo die Entwicklung hingeht, finden Sie in unserem Interview "Kühlen muss effizient sein" mit Dr. Thomas Steffen, Geschäftsführer Forschung und Entwicklung bei Rittal.
