Umrichter regelt Verdichter

Energieeffizienz

Maschinenkühlung – Bis zu 70 Prozent Energiekosten spart ein auf der AMB 2010 erstmals gezeigterfrequenzgeregelter Rückkühler ein. Besonders effizient arbeitet der Rückkühler im Teillastbetrieb.

15. Oktober 2010

Die Premierenfeier fand Ende September in Stuttgart statt: Auf der internationalen Ausstellung für Metallbearbeitung AMB 2010 hat Rittal aus Herborn, einer der weltweit führenden Spezialisten für Schaltschrank-Klimatisierung, auf einem Gemeinschaftsstand mit dem Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt sowie mit weiteren Partnern das erste Mal die neue Rückkühler-Baureihe TopTherm Chiller öffentlich vorgestellt.

Das Auffälligste an der neuen Rückkühlerserie ist die Ausführung in Inverter-Technologie. Damit ließen sich, so die zur Friedhelm Loh Group gehörige Firma Rittal GmbH & Co. KG, bei der Kühlung von Maschinen und Anlagen bis zu 70 Prozent an Energiekosten einsparen. Bei Geräten der mittleren Leistungsklasse sei somit von einer Amortisationszeit von unter zwei Jahren auszugehen. Das Unternehmen gibt an, der Beginn der Serienfertigung sei für 2011 geplant.

Energieeffizienz und mehr

Zur Gestaltung einer energieeffizienten Maschinenkühlung mit Kaltwassersätzen ist die präzise Temperaturregelung erforderlich. Bei bestimmten Werkzeugmaschinen-Anwendungen, beispielsweise in Schleif- oder Bearbeitungszentren für das Finishen, ist eine Hysterese von ±0,5 Grad vonnöten. Hier wirkt sich allerdings ein taktender Betrieb der Rückkühlanlage durch häufige Schaltvorgänge negativ auf die Lebensdauer der Verdichter aus. Bei diesen speziellen Anwendungen kommt deshalb herkömmlich ein Heißgas-Bypass zur Temperaturregelung zum Einsatz. Daraus resultiert allerdings eine künstliche Belastung für den Verdichter und letztlich wird ein großer Teil der Kälteleistung vernichtet.

Frequenzgeregelte Verdichter stellen hier eine interessante Alternative zur Steigerung der Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen dar – vor allem im Teillastbereich. Dabei ergeben sich dank des schlüssig realisierten Modulkonzepts mit nur wenigen Komponenten deutliche Vorteile nicht nur in puncto Energieeffizienz, sondern auch durch eine stark erhöhte Verfügbarkeit und Prozess-sicherheit. Basismodul ist das TS-8-Gehäuse. Hinzu kommen Wasser- und Kältemodul sowie ein Elektromodul mit integrierter Steuerung. Das Wassermodul ist ein offenes System und besteht aus Tank, Pumpe und Regelungstechnik. Zum Kältemodul gehören Kompressor, Verflüssiger und Verdampfer. Beide Module werden separat vorgefertigt und laufen unabhängig voneinander als standardisierte Komponenten durch die Produktion. Diese Modularität und die damit einhergehende Standardisierung braucht keine Vielzahl von Pumpen und Kompressoren. Ein Faktum, von dem nicht nur der Hersteller selbst profitiert, sondern das nützt genauso den Kunden wegen der geringeren Kosten, kürzeren Lieferzeiten und höherer Anlagenverfügbarkeit. Die Regel ist: Kundenspezifisch aufgebaute Kühlanlagen sind Einzelanfertigungen, die dadurch gravierende Nachteile im Servicefall mit sich bringen können. Fällt eine solche Kühlanlage einmal aus, muss sich ein spezieller Kälte- und Klimatechniker um die Reparatur kümmern und gegebenenfalls einzelne Komponenten austauschen. Die modulare, erstmals in vollem Umfang standardisierte Lösung der TopTherm Chiller hat dagegen deutliche Vorteile: Das Ersatzteilmanagement ist einfacher und die einzelnen Module und Gleichteile lassen sich schnell und unkompliziert austauschen.

Kühlung bis 40 Kilowatt

Die Auslegung von Rückkühlanlagen hängt primär von den geforderten Kälteleistungen und den Randbedingungen am Aufstellort ab. Bei den neuen Rittal-Rückkühlern kann der Betreiber zwischen zwei Bau-größen mit sieben unterschiedlichen Kühlleistungen auswählen. Der TS-8-Schrank ist in Basisbreiten mit 800 und 1.200 Millimeter erhältlich. Die Höhe und Tiefe sind mit 2.000 beziehungsweise 800 Millimeter immer gleich. Die Kältemodule im schmalen Gehäuse erreichen je nach Kompressor und Größe des Verflüssigers Leistungen von 8, 12 und 16 Kilowatt, im breiteren Gehäuse 20 und 25 Kilowatt. Werden die Gehäuse mit-einander kombiniert, sind auch 32 oder 40 Kilowatt möglich. Serienmäßig decken die integrierten Funktionen und Komponenten der Rückkühler bereits die wichtigsten Anforderungen der Nutzer ab. Ein Beispiel hierfür ist, bei Standard-Ausführungen ohne Inverter, der Wasserbypass, der die Pumpe schützt, falls der Verbraucherkreislauf abgesperrt ist. Weitere Serienkomponenten sind der Strömungswächter und die bifrequente Ausführung mit 400 Volt/50 Hertz und 460 Volt/60 Hertz. Letztere ist wichtige Voraussetzung für den weltweiten Einsatz. Bei der integrierten Temperaturregelung kann man entweder einen festen Temperaturwert einstellen oder man schaltet auf die Regelung hinsichtlich eines Referenzwertes um. Auch wird ein neues Kältemittel eingesetzt. Das zweikomponentige Kältemittel R410A weist im Vergleich zu anderen Mischungen eine höhere Wärmekapazität auf und ist so in der Lage, mehr Wärme bei geringerem Volumen zu transportieren, was einen kleineren Kompressor zur Folge hat.

Aufgrund des modularen Aufbaus lässt sich das Kühlsystem beinahe beliebig kundenspezifisch konfigurieren. Hinzu kommt die hohe Flexibilität des Schaltschrankprogramms TS 8. Erfordert eine Anwendung bei gleicher Kühlleistung eine größere Pumpe, so kann statt einer Pumpe mit 2,5 bar eine entsprechend größere mit 4,5 bar zur Anwendung kommen. Für 24 VDC Steuerspannung sind gleichfalls eine Reihe optionaler Module vorhanden.

MAG Powertrain auf der AMB

Ganz oben auf der Agenda steht das Thema Energieeffizienz bei Herstellern und Anwendern spanender Werkzeugmaschinen. Auch vom Gesetzgeber gehen diesbezüglich Impulse aus. Die EU-Kommission vergab zu Jahresbeginn eine Studie im Rahmen der EuP-Richtlinie (2005/32/EG), um technische Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung von Werkzeugmaschinen zu prüfen. Um die Entwicklung auf breiter Front voranzutreiben, startete das PTW schon 2008 das vom BMWi geförderte Projekt »Maxiem – Maximierung der Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen«. Im Mittelpunkt dieses Forschungsprojekts steht die Darstellung von Optimierungsmaßnahmen an einer Demonstrationsmaschine von MAG Powertrain. Im Rahmen des Projektes hat sich Rittal erneut als Partner beim Themencluster Energieeffizienz überzeugend vorgestellt.

R. Schneider, H.-R. Koch, Rittal/mm

Fakten

- Rittal , führender Systemanbieter für Schaltschranktechnik, System-Klimatisierung sowie IT-Lösungen, beschäftigt weltweit über 10.000 Mitarbeiter.

- Das Leistungsspektrum umfasst neben Schaltschränken und Klimatisierungen auch Stromverteilung, Elektronik-Aufbau-Systeme, Kommunikationssysteme und einen weltweiten Service.

- Mit weit über 6.000 sofort lieferbaren Standard-Produkten bietet Rittal zukunftsweisende Gehäuse-Technologie in anspruchsvollem Design, mit perfekter Ergonomie und mit allen erforderlichen nationalen und internationalen Approbationen.

Erschienen in Ausgabe: Sonderheft Green/2010