Optimaler Volumenstrom und Pumpendruck

Annina Schopen,

Energie sparen mit dem schlauen Kasten

Weinreich gibt Anwendern mit der neuen WTD-FX-Baureihe ein Werkzeug an die Hand, das die Pumpenleistung in Temperiergeräten genau ermittelt und Einsparpotenziale hebt.

Die neue WTD-FX-Baureihe mit intelligenter Messtechnik. © Weinreich

Das im südwestfälischen Lüdenscheid ansässige Unternehmen Weinreich ist Hersteller von Temperiergeräten für die Kunststoffverarbeitung. Das inhabergeführte Unternehmen hat sich selbst dazu verpflichtet, bei allen Produkten die Energieeffizienz und die Nachhaltigkeit durch maximale Laufzeiten der gelieferten Aggregate zu garantieren. „Wir haben aus der Kundschaft immer wieder die Anfrage bekommen, ob man nicht nur bei großen Anlagen, sondern auch bei den kleineren Temperiergeräten den Energieverbrauch durch eine variable Leistung reduzieren könne“, berichtet der Geschäftsführer Guido Schulte. „Unsere Erfahrung zeigt aber, dass man im Bereich der Temperierleistung, also der Kühl- und Heizleistung, keine wirklichen Einsparungen erzielen kann. Die Gesetze der Thermodynamik, das Bauteil, die Form und viele andere Faktoren definieren die notwendige Kühl- beziehungsweise Heizleistung. Eine Änderung geht hier häufig zu Lasten der Qualität oder Geschwindigkeit.“

Pumpenleistung als Energiefaktor

Aber: Im Bereich der Pumpenleistung gibt es noch Einsparpotenziale. Das Wasser zur Temperierung der Werkzeuge in der Kunststoffverarbeitung wird ständig umgewälzt und mit vorgegebenem Druck und Menge (Volumenstrom) durch die Temperierkanäle des Werkzeugs geführt. Üblicherweise sind die in den Temperiergeräten eingebauten Pumpen mit einer fixen Antriebsleistung versehen, die für einen stetigen Druck sorgen. Diese Pumpenleistung ist oft großzügig dimensioniert, mitunter viel zu großzügig. Deshalb sind nun Temperiergeräte mit regelbaren Pumpen zunehmend im Markt verbreitet. Weinreich verzichtet in dieser Maschinenklasse gezielt auf eine Leistungsregelung, da sie zu Lasten der Standfestigkeit der Pumpen in den kompakten Anlagen geht. Der Konflikt: Langlebigkeit und geringe Störanfälligkeit leiden bei einer Regelung der Pumpenleistung.

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Fließschema WTD-FX © Weinreich

FX-Reihe ermittelt den exakten Leistungsbedarf

So geht Weinreich den Weg über eine hauseigene Neuentwicklung: die FX-Baureihe. Sie dient der exakten Leistungsbedarfsermittlung und Prozessoptimierung, ganz unabhängig vom eingesetzten Temperiergerät. Hier setzt die Neuentwicklung mit intelligenter Messtechnik an. Das Gerät WTD-FX ermittelt den optimalen Volumenstrom und Pumpendruck im Werkzeug. „Nach unseren Untersuchungen verrichten mehr als 80 % der eingesetzten Temperiergeräte ihre Arbeit mit einer zu hohen Pumpenleistung – 24 Stunden pro Tag, sieben Tage pro Woche und 365 Tage im Jahr. Da kommt einiges an Energieaufwand zusammen, den man leicht sparen kann. Der notwendige Volumenstrom und dadurch die Leistung der Umwälzpumpe muss aber genau bestimmt werden. Das geht nur mit verlässlichen Werten“, informiert Schulte. Wenn also die wirklich notwendige Pumpenleistung mit dem FX ermittelt ist, lässt sich durch einen Geräteaustausch viel einsparen. Das können durchaus pro Jahr für ein Aggregat 4.000 Kilowattstunden sein.

Mit der FX-Baureihe lässt sich entweder über den vorwählbaren Wasserdruck oder den einstellbaren Volumenstrom die wirklich erforderliche Pumpenleistung ermitteln. Mit diesem Wert kann ein perfekt passendes Temperiergerät ausgewählt oder gegebenenfalls umgerüstet werden. Das ausgewählte Gerät benötigt keine Regelung der Pumpenleistung, ist robuster im Betrieb und günstiger in der Anschaffung als regelbare Einheiten.

Die FX-Baureihe nutzt zur Ermittlung des optimalen Betriebspunktes der Werkzeugform mehrere Messgrößen: Es wird die im Verbraucher umgewandelte thermische Heiz- oder Kühlenergie gemessen, angezeigt und mit dem Volumenstrom abgeglichen. Bei Erreichen des optimalen Volumenstroms kann nun das Maximum von Kühl- und/oder Heizleistung über die schrittweise Anpassung der Zykluszeiten ermittelt werden. Die Funktion der FX-Baureihe geht somit über die Aufgabe eines herkömmlichen Temperiergerätes weit hinaus, auch wenn es als solches voll einsetzbar ist. „Der Einsatz lohnt sich schon ab einer Temperiergeräteanzahl von zehn, da hier oftmals unterschiedliche Temperiergeräte mit verschiedenen Pumpen-Antrieben im Einsatz sind. Da kann man durch den Tausch untereinander in einem Unternehmen ohne wirklichen Invest schnell viel sparen“, argumentiert Guido Schulte.

Thermodynamische Messung möglich

Eine weitere wichtige Funktion ist die Messung der abzuführenden thermischen Wärmemenge. Hier wird über eine vorwählbare Zeit – 10 Sekunden bis 15 Minuten – die Heiz- und Kühlfunktion im Gerät außer Betrieb genommen, wodurch sich über die interne Wärmemengenmessung die genaue abzuführende thermische Wärmemenge ergibt. Für einen hochgenauen Wert muss der Nutzer lediglich ein Drittel der Pumpen-Antriebsleistung als Friktionsenergie subtrahieren.

Zur Grundausstattung der FX-Baureihe gehören neben der robusten industriellen Bauart eine hocheffiziente, frequenzgeregelte Pumpe mit Magnetkupplung sowie eine Siemens-S7-Steuerung mit Touchpanel zur intuitiven Bedienung und Visualisierung der Prozessparameter. Derzeit werden zwei Gerätegrößen bis 2 Kilowatt Pumpenantriebleistung angeboten. Die Maschinenanbindung erfolgt wahlweise über Profinet-, OPC UA mit Euromap 82.1 oder eine analoge Schnittstelle. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Vorlauf-, Rücklauf-, oder Differenztemperatur und zusätzlich den Volumenstrom oder Vorlaufdruck zu regeln. Optional sind weitere Schnittstellen wie Profibus, Modbus/RS485 oder TTY 0-20mA verfügbar. Für die Prozessdatenaufzeichnung und Exportierung steht optional ein Erweiterungsmodul mit USB-Schnittstelle zur Verfügung.

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