Sparen beim Kühlen

Titelstory

Schaltschranktechnik – Das Retrofit von bestehenden Werkzeugmaschinen ermöglicht Einsparungen bis zu 30 Prozent ohne die hohen Kosten einer Neuanschaffung. Einen wichtigen Anteil an der Steigerung der Energieeffizienz hat dabei auch die Modernisierung der Schaltschrank-Klimatechnik.

19. März 2014

Ein Problem beim Einsatz moderner Werkzeugmaschinen sind die unterschiedlich langen Lebenszyklen der verschiedenen Komponenten und Systeme einer Maschine. So besitzen die mechanischen Komponenten wie Spindeln und Führungen neben einer hohen Präzision in der Regel eine Lebensdauer, die zum Teil deutlich länger ist als die der automatisierungstechnischen Komponenten, die in der Maschine verbaut sind. Es ist jedoch in der Regel absolut unwirtschaftlich, eine gesamte Maschine neu zu beschaffen, weil zum Beispiel lediglich die Steuerung nicht mehr aktuell ist, schließlich sind grundlegende mechanische Komponenten, wie das Maschinenbett oder Komponenten der Antriebstechnik, zu diesem Zeitpunkt noch völlig in Ordnung. Zudem können Probleme bei der Ersatzteilbeschaffung unter Umständen zu Maschinenstillständen führen, die mit hohen Kosten verbunden sind.

Der Werkzeugmaschinenbauer FFG Europe, mit den ehemaligen MAG-Unternehmen der Industrial-Equipment-Sparte VDF Boehringer, Hessapp, Honsberg, Hüller Hille, Modul und Witzig & Frank, unterhält – wie MAG für seine Werkzeugmaschinen für den Automotive-Markt weiterhin auch – eine eigene Abteilung für das sogenannte Retrofit, welche die Komponenten und Systeme der eigenen Maschinen austauscht, deren Lebensdauer erreicht ist oder die nicht mehr dem aktuellen Stand der Technik entsprechen. »Ein typisches Beispiel sind die Steuerungen«, erklärt Joachim Ernst, der den Bereich Retrofit bei FFG Europe leitet: »Für eine Steuerung, die mehr als zehn Jahre alt ist, wird es manchmal schon schwierig, die passenden Ersatzteile zu erhalten.«

Bei der Investition in eine Neumaschine muss zudem bedacht werden, dass in der Regel weitere Kosten an der Peripherie entstehen. So muss beispielsweise ein geeignetes neues Fundament gebaut werden oder Vorrichtungen und Werkzeuge müssen ersetzt werden. Diese Kosten fallen bei einem Retrofit nicht an. FFG Europe bietet seinen Kunden daher an, ihre gebrauchten Werkzeugmaschinen steuerungstechnisch auf den aktuellen Stand zu bringen, ohne dass die hohen Kosten für eine Neuanschaffung entstehen. Um die Produktion dafür so kurz wie möglich zu unterbrechen, führt das Unternehmen sämtliche Arbeiten in der Regel direkt vor Ort beim Kunden durch.

Beim Retrofit tauscht FFG Europe gezielt nur die Komponenten aus, die das Ende des Lebenszyklus erreicht haben, also vor allem die Elektronik und manche Komponenten der Automatisierungstechnik. Sensoren innerhalb der Maschine werden nur bei Bedarf ausgetauscht. Das Innenleben des Schaltschranks wird dagegen meist fast vollständig ersetzt, indem eine komplett vormontierte und verdrahtete Montageplatte in den bestehenden Schaltschrank eingebaut wird. Dazu kommt ein neues Bedienpanel, für das je nach Größe lediglich ein angepasster Montagerahmen notwendig ist.

Energieeffizienz im Fokus

Ein wichtiges Argument für eine Modernisierung von Maschinen ist auch eine Verbesserung der Energieeffizienz, nicht zuletzt aufgrund der stetig steigenden Energiepreise. Wenn beispielsweise Pumpen oder Antriebe ausgetauscht werden müssen, kommen deshalb überwiegend energieeffizientere Geräte zum Einsatz. Zudem ist in der aktualisierten Steuerungs- und Automatisierungstechnik der Retrofit-Maschinen daher auch stets ein System integriert, das die Verbräuche von elektrischer Energie, der Druckluft und anderer Fluide misst und überwacht, sodass sich mögliche Einsparpotenziale in allen Bereichen leicht identifizieren lassen. Die Kombination von energieeffizienten Komponenten, Software und Visualisierung an einem Bearbeitungszentrum ermöglicht damit oft Einsparungen von bis zu 30 Prozent.

Fortschritt im Schaltschrank

Ausgetauscht werden deshalb in der Regel auch die Klimatisierungslösungen für die Schaltschränke, die die Verlustwärme der Elektronik im Schaltschrank abführen und heute einen großen Teil zum Effizienzgewinn einer Maschine oder Anlage beitragen können. Die Retrofit-Spezialisten setzen dabei auf die hocheffizienten TopTherm-Kompressorkühlgeräte aus der Serie Bluee des Herborner Systemanbieters für Schaltschranktechnik Rittal, die in die Schaltschranktür eingebaut werden. Die ideal ausgelegte Regelelektronik der neuen Eco-Mode-Steuerung stellt dabei sicher, dass der Innenlüfter nur dann läuft, wenn ein Dauerbetrieb benötigt wird.

Im Vergleich zu den entsprechenden Vorgängermodellen verbrauchen die modernen Kühlgeräte deshalb bis zu 45 Prozent weniger Energie, betont Judith Kötzsch, die bei Rittal den Bereich Business Development Klimatisierung leitet, und erklärt: »Die hohe Energy Efficiency Ratio von 2,47 resultiert aus dem optimalen Zusammenspiel sämtlicher kältetechnischen Komponenten wie dem Verflüssiger, Verdampfer, Kompressor und den Lüftern.«

Bestätigt werden die hohe Kühlleistung und die Energieeffizienz der kompletten Geräteserie durch umfangreiche Tests gemäß den aktuellen Prüfnormen in der Prüfstelle für Kälte-, Klima- und Lüftungstechnik des TÜV Nord in Essen. Dabei erfassten die Prüfer neben der Kühlleistung sowie dem latenten und dem sensiblen Anteil der Kühlleistung (siehe Kasten »Geprüfte Leistung«) auch die elektrische Leistungsaufnahme des Kühlgeräts, um daraus den EER-Wert (Energy Efficiency Ratio) zu berechnen. Am Ende erreichten sämtliche Kühlgeräte der TopTherm-Serie die angegebenen Leistungsdaten, zum Teil lag die Kühlleistung sogar um bis zu zehn Prozent über dem von Rittal angegebenen Wert.

Auch die hohe Energieeffizienz der Geräte hat der TÜV zertifiziert. Die TopTherm-Kühlgeräte dürfen daher das Prüfzeichen des TÜV Nord tragen, durch das Rittal sich zugleich verpflichtet, seine Produkte regelmäßig kontrollieren zu lassen. Die Anwender haben deshalb die Sicherheit, dass tatsächlich die Kühlleistung zur Verfügung steht, die der Hersteller für seine Geräte angibt. Die Kühlgeräte verbessern jedoch nicht nur die Energieeffizienz der Maschine, sondern auch die Zuverlässigkeit, bestätigt Joachim Ernst vom Maschinenbauer FFG: »Seit wir die Kühlgeräte von Rittal in unseren Maschinen einsetzen, hatten wir keinen einzigen Fall mehr, bei dem ein Maschinenausfall aufgetreten ist, der auf ein Temperatur-Problem zurückzuführen gewesen wäre.«

Insgesamt dauert das Retrofit eines Bearbeitungszentrums je nach Aufwand etwa vier bis fünf Wochen. Danach jedoch hat der Anwender ein Bearbeitungszentrum, das wieder allen Aufgaben der Produktion gewachsen ist und in der Leistungsfähigkeit durchaus mit einer aktuellen Maschine mithalten kann. Steuerung und Bedienung entsprechen denen einer Neumaschine. Der Anwender spart dadurch nicht nur die erheblichen Investitionskosten, die mit der Beschaffung einer neuen Maschine verbunden wären, sondern senkt zusätzlich auch die Betriebskosten durch die verbesserte Energieeffizienz der gesamten Anlage. »Die Kühlgeräte von Rittal leisten dazu einen wesentlichen Beitrag«, fasst Ernst seine positiven Erfahrungen zusammen.

Geprüfte Leistung

Die Norm DIN EN 14511-2 beschreibt die Verfahren und Prüfbedingungen zur Bestimmung der Kühlleistung und Energieeffizienz von Kühlgeräten. Bei Kühlgeräten definiert die Norm die Gesamtkühlleistung als Summe von latenter und sensibler Kühlleistung. Die latente Kühlleistung ist der Anteil der Kühlleistung, der zur Verflüssigung von Luftfeuchtigkeit aufgewendet wird. Sie wird daher umso größer, je geringer die Luftfeuchtigkeit im Schaltschrank ist. In einer typischen Anwendung in der Industrie steigt die Luftfeuchtigkeit innerhalb des Schaltschranks kaum über 10 Prozent an, sodass die sensible Kühlleistung nahezu der Gesamtkühlleistung entspricht. Die Energieeffizienz des Kühlgeräts bestimmt die Norm als EER (Energy Efficiency Ratio) aus dem Quotienten aus der Kühlleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung. Außerdem bestimmt die Norm, dass die angegebene Kühlleistung um maximal acht Prozent von der gemessenen Kühlleistung abweichen darf.

Kühltechnik im Überblick

Warum ist Wärmeabführung aus einem Schaltschrank notwendig? Wie sehen die physikalischen Berechnungsgrundlagen aus? Welche energieeffizienten Kühltechnologien gibt es – auch für die Abführung hoher Verlustleistungen? Umfassende und kompetente Antwort auf solche und viele andere Fragen zu Kühlsystemen im Maschinen- und Anlagenbau gibt das Fachbuch »Schaltschrank- und Prozesskühlung«, das der Schaltschrankspezialist Rittal als Band 2 seiner Technik-Bibliothek herausgebracht hat. Es kann direkt beim Hersteller bezogen werden und steht zudem im Internet als Download zur Verfügung.

Das Buch vermittelt anschaulich Expertenwissen über aktive Wärmeabführung für die Maschinen- und Prozesskühlung durch Luftumwälzung, Filterlüfter, Luft/Luft-Wärmetauscher oder thermoelektrische Kühler. Dazu kommen Kapitel über Einsatzmöglichkeiten von Rückkühlern zur energieeffizienten Wasserkühlung in der industriellen Fertigung sowie zum Betrieb von Rechenzentren. Ebenfalls im Fokus stehen flüssigkeitsbasierte Kühlungslösungen bei hohen Verlustleistungen, die aktive Klimatisierung mit Schaltschrank-Kühlgeräten sowie die exakte Auslegung und Dimensionierung der Kühltechnik mit Hilfe von Software-Tools. Abgerundet wir das Werk durch nützliche und praktische Tipps zum fachgerechten Schrankaufbau mit Geräten und Betriebsmitteln sowie zur effizienten Luftführung im Schaltschrank, aber auch zu typischen Projektierungsfehlern aus der Praxis.

Erschienen in Ausgabe: 02/2014