Effizienz in der Kühlwasserversorgung

Annina Schopen,

Energiekosten nachhaltig ausbremsen

Die dramatischen Energiepreisentwicklungen zwingen Unternehmen dazu, das Thema Energieeffizienz stärker in den Fokus zu stellen. Das Unternehmen Oskar Lehmann im ostwestfälischen Blomberg-Donop setzt bei der Fertigung von Formteilen für die Elektromobilität auf die energieeffiziente Medienversorgung des Energiesparspezialisten ONI-Wärmetrafo aus Lindlar.

Blick in die neu entstandene Produktionshalle, in der Spritzgießmaschinen Formteil für den Anwendungsbereich Elekrtomobilität produzieren. © ONI

Das mittelständische Familienunternehmen Oskar Lehmann schreibt seit mehr als fünf Jahrzehnten Erfolgsgeschichte. 1961 gründete Oskar Lehmann das gleichnamige Unternehmen und startete mit vier selbstgebauten Kunststoff-Spritzgießmaschinen in die Selbständigkeit. Gemeinsam mit Tochter Melanie Lehmann wurde das Unternehmen in den letzten Jahren auf die Bedürfnisse neuer, zukunftsträchtiger Branchenbereiche ausgerichtet. Heute bietet Lehmann von der Produkt- und Werkzeugentwicklung, dem Werkzeugbau und der Teilefertigung in verschiedenen Verfahren auf mehr als 100 Spritzgießmaschinen bis zur Oberflächenver- edelung und der Baugruppenmontage ein breites Leistungsspektrum. Das Thema Effizienz in Sachen Produktion und Energie steht dabei immer im Fokus. Es ist wesentliche Grundlage für die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens.

„Seit Jahren verfolgen wir eine nachhaltige Energiepolitik, um damit den steigenden Energiekosten wirksam zu begegnen und den in unserer Firmenphilosophie verankerten Umweltzielen ein Stück näher zu kommen. In diesem Zusammenhang verbessern wir kontinuierlich die Effizienz von Maschinen, Anlagen und Prozessen“, fasst Melanie Lehmann zusammen. Der gleiche Ansatz galt auch für den Aufbau einer neuen Produktionseinheit, die ausschließlich für die Fertigung von Formteilen für die Elektromobilität vorgesehen ist. Moderne Maschinentechnik und Materialversorgungssysteme bilden die Grundlage.

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Für die energieeffiziente Medienversorgung hat man wie bei vorangegangenen Projekten den Energiesparspezialisten ONI-Wärmetrafo aus Lindlar ins Haus geholt. Auf die Bedarfssituation hin abgestimmt, wurde ein ganzheitliches Medienkonzept entwickelt. Außerdem wurden die besonderen Anforderungen an eine homogene Temperatur- und Luftverteilung berücksichtigt, um Einflussnahmen durch unkontrollierte Luftströme auf die Prozesssicherheit der einzelnen Fertigungseinheiten zu unterbinden.

In den Aufbau des neuen Produktionsbereiches, in dem ausschließlich Formteile für die Elektromobilität gefertigt werden, investierte Lehmann mehrere Millionen Euro. Es entstand eine neue Produktionshalle mit ca. 2.000 Quadratmeter Grundfläche. Für die produktionstechnische Ausrüstung von der Spritzgießmaschine über die Materialversorgung bis zur angelagerten Peripherie wurde moderne, hoch effiziente Technik ausgewählt. Darüber hinaus wurde aber auch für alle angelagerten Bereiche von der Kühlwasserversorgung über die Lüftungstechnik bis zur Beleuchtung die technischen Lösungen eingesetzt, die sowohl von der energetischen wie von der funktionalen Seite her mit Bestwerten überzeugen konnten.

Ein Top-Produktionsergebnis verlangt nach einer ganzheitlich aufeinander abgestimmten Prozesskette. Ein wesentliches, einflussnehmendes Element darin sind die lufttechnischen Bedingungen in der Produktionshalle. Warum das so ist, wird deutlich, 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. 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.

Im vorliegenden Fall wollte man die Einflussnahme durch unkontrollierte Luftströmungen von vornherein ausschließen, weil das Anforderungsprofil hinsichtlich Qualität und Prozesssicherheit gerade in diesem Bereich besonders hoch ist. Aus diesem Grund wurde ein lufttechnisches Konzept gewählt, bei dem dafür gesorgt wird, dass die gesamte Halle mit einer homogen temperierten, langsam fließenden Verdrängungs-Luftströmung beaufschlagt wird. Die Frischlufteinleitung in die Hallenbereiche erfolgt über Verdrängungsluftauslässe, die das Einströmen der Luft mit niedrigen Fließgeschwindigkeiten sicherstellen. Angepasst auf die Maschinenplatzierung und die sich daraus ergebenden thermischen Belastungspunkte wurden die Auslässe in der Halle angeordnet. In allen Fällen wurde eine bodennahe Anordnung gewählt, um die Frischluftmengen gezielt so zu führen, dass unter Berücksichtigung der thermischen Gesamtsituation eine bestmögliche Verteilung erzielt wird.

Wenig Energie für gutes Klima

Modulare ONI-Container-Kühlanlage, aus der Formwerkzeuge mit präzise in Temperatur und Menge geregeltem Kühlwasser versorgt werden. © ONI

Diese Forderung wurde vom Bauherrn klar vorgegeben, weil die Betriebskosten für solche Anlagen erfahrungsgemäß ein wesentlicher Faktor sind, den es besonders zu berücksichtigen gilt. Aus diesem Grund wurde bei der Planung des Lüftungssystems eine Systemtechnik gewählt, die einerseits die Anforderungen nach einer bedarfsgerechten Luftaufbereitung erfüllt, andererseits aber mit möglichst wenig Energie aus der Primärenergie versorgten Heizungsanlage auskommt. Die bedarfsgerechte Luftaufbereitung beziehungsweise Konditionierung erfolgt in einem Zentrallüftungsgerät mit einer Luftleistung von 25.000 pro Stunde, sowohl in Richtung Filtration als auch in eine Feuchte- und Temperaturregelung. Dafür wurden entsprechende Filter sowie Kühl- beziehungsweise Heizregister im Zentralgerät mit 199 kW beziehungsweise 134 KW Leistung verbaut.

Das Kühlregister wird, um eine partielle Entfeuchtung im Sommer und der Übergangszeit zu realisieren, mit einer Temperaturspreizung 6/12 °C gefahren. Damit wird sichergestellt, dass die Raumluftbedingungen unabhängig von den Witterungsverhältnissen und Einflüssen aus dem Fertigungsprozess nahezu auf konstantem Niveau gehalten werden. Um den Energiebedarf für die Zulufterwärmung auf Minimalwert zu halten, wurde das Lüftungsgerät mit einer Wärmerückgewinnung in Form einer rotierenden Speichermasse ausgerüstet. Diese Systemtechnik macht es möglich, den Wärmeinhalt des Abluftstroms auf den Zuluftstrom mit einem Wirkungsgrad von bis zu 74 % zu übertragen und entspricht damit der europäischen Ökodesignrichtlinie. Lediglich die Restwärmemenge wird über einen zusätzlich eingebauten Wärmeaustauscher auf den Zuluftstrom übertragen. Als Heizenergie kann hier Abwärme aus der Drucklufterzeugung oder Niedertemperaturwärme aus dem Heizwassernetz genutzt werden.

„Für uns als energieintensives Unternehmen ist klar, dass die Energiekosten zunehmend an Bedeutung gewinnen und nur dann die Wettbewerbsfähigkeit erhalten bleibt, wenn wir den Energieverbrauch auf ein Minimalmaß reduzieren. Wir beschäftigen uns daher seit Jahren offensiv mit dieser Thematik und setzen konsequent auf clevere und bereits erfolgreich umgesetzte Energiesparkonzepte. Darüber hinaus leisten wir durch unseren konsequent optimierten Energieverbrauch in allen Bereichen sowie die Mehrfachnutzung einmal eingesetzter Energie, einen entscheidenden Beitrag zum Umweltschutz und zu einer nachhaltigen Energieverwendung.“ So beschreibt der Firmengründer und Geschäftsführer des Unternehmens Oskar Lehmann die unternehmenspolitische Ausrichtung in Richtung Ökonomie und Ökologie.

Effizienz und Temperaturkonstanz in der Kühlwasserversorgung

Zentrales Lüftungsaggregat mit einem Wärmerückgewinnungssystem © ONI

Hohe Effizienz und Temperaturkonstanz in der Kühlwasserversorgung für Spritzgießmaschinen und Werkzeuge waren grundlegende Forderungen für das Neubauprojekt. Die in der neu gebauten Produktionshalle aufgestellten 14 Spritzgießmaschinen sind allesamt als Hybridmaschinen ausgeführt, um von maschinentechnischer Seite ein optimales Produktionsergebnis zu erzielen. Die Maschinentechnik ermöglicht einen niedrigen Energieverbrauch für die Antriebseinheit, Präzision in der Maschinenbewegung und hohe Prozesssicherheit im Fertigungsablauf.

Für das Ergebnis im Spritzgießprozess selbst ist die punktgenaue Temperierung der Werkzeugkavität und damit die Kühlwassertemperatur, die auf die Werkzeuge und spezifisch auf die einzelnen Werkzeugkühlkreise geleitet wird, von entscheidender Bedeutung. Aus diesem Grund wurde ein Einkreis-Kühlsystem installiert, das mit einer hohen Konstanz in der Kühlwassertemperatur gefahren wird. Im Sommerbetrieb wird die Kühlwasserversorgung bei einer Vorlauftemperatur von 13 °C bei einer Temperaturspreizung von 5 K über eine hocheffiziente, luftgekühlte Kältemaschine sichergestellt. Sobald die Außenlufttemperatur ein paar Grad unter der Rücklauftemperatur von 18 °C liegt, wird die Kältemaschine durch einen Freikühler entlastet und die Außenluft wird als Kühlenergieträger genutzt. Sobald die Außentemperatur die Vorlauftemperatur um einige Grad Celsius unterschreitet, wird die Kältemaschine komplett abgeschaltet. Diese so genannte Winterentlastung sorgt dann für eine drastische Stromverbrauchsreduzierung, da der Freikühler nur einen Bruchteil der Stromleistung aufnimmt, den eine Kältemaschine hat.

Ein besonderes Plus dieses von ONI eingesetzten Freikühler-Systems ist die Glykolfreiheit. Glykol ist einerseits zwar hilfreich, wenn es darum geht, eine Frostsicherheit zu schaffen, ist jedoch andererseits in Bezug auf die Leistungsfähigkeit von Wärmeaustauscherflächen eher hinderlich. Darüber hinaus sind bei Einsatz von Glykol Sicherungsmaßnahmen erforderlich. Da der wirtschaftliche Aspekt und die Sicherheit wesentliche Bedeutung haben, wurden glykolfreie Systeme gewählt. Zudem wird die Betriebssicherheit beziehungsweise Frostsicherheit im Winter durch eine automatisch leerlaufende Systemtechnik erreicht, die ohne Hilfsenergie auskommt und daher auch bei Stromausfall wirksam ist.

Zufriedene Gesichter bei den Firmenvertretern nach der erfolgreichen Projektumsetzung: Thekla Hartmann, ONI-Wärmetrafo, Marketing-Vertrieb, Philipp Mrutzek, Fertigungsleiter und Melanie Lehmann, Geschäftsführerin, beide Oskar Lehmann (v.li.) © ONI

„Wie bei den vorangegangenen Modernisierungsmaßnahmen auch, haben wir für den Neubau in den Bereichen Kühlanlagentechnik sowie Klima- und Lüftungstechnik mit angelagerten Themenbereichen wie Energie- und Prozessoptimierung sowie Wärmerückgewinnung wieder auf die Leistungen der Firma ONI-Wärmetrafo aus Lindlar gesetzt. Neben einem schlüssigen Konzept konnte das ONI-Team mit einer reibungslosen Projektumsetzung und Einhaltung der zugesagten Effizienzergebnisse punkten. Gemeinsam haben wir mit dem Neubau ein Projekt umgesetzt, das sehr schön aufzeigt, dass sich auch im industriellen Bereich Energieeinsparung und Umweltschutz also Ökonomie und Ökologie sehr wohl bestens ergänzen können“, so die positive Bilanz von Melanie Lehmann.

Halle 10, Stand F45

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