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10. Juli 2020 Autor: Thomas Reuter

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Freikühlung in der Metallverarbeitung

Einleitung

Die Fertigung von LTi Metalltechnik: In der spanenden Fertigung müssen deshalb weitestgehend konstante Temperaturen herrschen (Alle Abb. © Systemair)Die Fertigung von LTi Metalltechnik: In der spanenden Fertigung müssen deshalb weitestgehend konstante Temperaturen herrschen (Alle Abb. © Systemair)
Seit 2015 sind Unternehmen, die nicht zu klein- und mittelständischen Firmen zählen, zu einem regelmäßigen Energieaudit verpflichtet oder müssen ein Energiemanagementsystem nach DIN EN ISO 50001 nachweisen. Auf der Suche nach Energieeinsparungen in Unternehmen gilt das erste Augenmerk zunächst den Querschnittstechnologien – und da steht die energieintensive Kühlung von Gebäuden ganz oben an.
Das Unternehmen LTi Metalltechnik investierte deshalb am Standort Windischbuch in einen neuen Wasserkühlsatz mit Freikühlung von Systemair.

„Hochpräzision“ beschreibt die Fertigung der LTi Metalltechnik GmbH noch zu ungenau. An fünf deutschen Standorten und einem in Großbritannien konstruiert und produziert die Unternehmensgruppe Werkstücke und Komponenten für die Automobilindustrie, den Werkzeug- und Anlagenbau, die Medizintechnik und viele weitere Hightech-Branchen. Im baden-württembergischen Boxberg-Windischbuch beispielsweise ist unter anderem die zerspanende Fertigung angesiedelt. Werkstücke bis zu einer Länge von sechs Metern und einem Stückgewicht bis zehn Tonnen können hier bearbeitet werden. Das Besondere ist aber die Genauigkeit: Maßtoleranzen im μ-Bereich werden eingehalten. „Das geht nur mit einer konstanten Innentemperatur der Fertigungshalle“, erklärt Herwig Ullrich, „sonst würde schon die Materialausdehnung von Werkstücken und Werkzeugen bei Temperaturwechseln diese Präzision unmöglich machen.“ Bei LTi im Werk Boxberg-Windischbuch ist Herwig Ullrich Leiter der Instandhaltung und damit auch verantwortlich für die einwandfreie Funktion der Gebäudetechnik.

Kühlung – koste es, was es wolle?

Eine reibungslos laufende Produktion hat in der Industrie oberste Priorität. Die Infrastruktur zur Versorgung der Fertigung mit sogenannten Querschnittstechnologien, wie beispielsweise Druckluft oder Kühlung, ist in der Vergangenheit dabei häufig nach dem Prinzip „viel hilft viel“ abgesichert worden. Aber es geht auch anders, wie Herwig Ullrich aufzeigt. Als eine weitere wichtige Aufgabe verantwortet er nämlich das Energiemanagement bei LTi, das in der Unternehmensgruppe nach DIN EN ISO 50001 zertifiziert ist: „Aus ökologischer Verantwortung, aber ebenso aus wirtschaftlichen Gründen sind die Zeiten von überdimensionierten und mehrfach abgesicherten Versorgungssystemen vorbei. Mit moderner Anlagentechnik und zuverlässigem Service ist eine sichere Fertigung auch ohne Energieverschwendung möglich“, ist Ullrich überzeugt – und weist dies am Beispiel einer neuen Kühlanlage für die Produktionshalle nach, in der die zerspanende Fertigung untergebracht ist.

Dass in der 60 Meter langen und 30 Meter breiten Industriehalle die Abwärme der Maschinen zur Gebäudebeheizung eingesetzt wird, ist bei LTi schon längst Standard. Für eine gleichmäßige Temperierung der Halle ist gleichzeitig jedoch ebenso eine Kühlung erforderlich. „Rund 60 kW Kühllast fallen hier an“, sagt Ullrich. „Durch den kontinuierlichen Verbesserungsprozess im Rahmen unseres Energiemanagements war offensichtlich: hier muss die Kühlanlage modernisiert werden. Zum einen, weil der Kaltwassersatz schon in die Jahre gekommen ist, und zum anderen wegen des hohen Energieverbrauchs“, erläutert der Energiebeauftragte. Im Umweltleitfaden des Unternehmens heißt es hierzu auszugsweise: „Bei der Auswahl neuer und Änderung bestehender Produktionsverfahren werden umweltfreundliche Lösungen bevorzugt.“ Und weil diese Aussage keine bloße Absichtserklärung ist, setzte sich Ullrich mit Experten zusammen, um eine ökonomische, ökologische und vor allem sichere Lösung zur Kühlung der hochpräzisen Fertigungseinrichtungen zu finden.

Die neue, luftgekühlte Kältemaschine „AQVL 105 BLN“ mit rund 105 kW Kälteleistung bei einer Eingangsleistung von etwa 33 kW ist deutlich energiesparender als die AltanlageDie neue, luftgekühlte Kältemaschine „AQVL 105 BLN“ mit rund 105 kW Kälteleistung bei einer Eingangsleistung von etwa 33 kW ist deutlich energiesparender als die Altanlage Freie Kühlung – wirklich wirtschaftlich?

Externes Know-how holte sich Ullrich bei dem Kälteanlagensystemhersteller Systemair und dem Anlagenbauer Lurz ein. Thomas Kerner, Produktmanager im technischen Vertrieb von Kältesystemen bei Systemair, untersuchte dabei als erstes die Betriebs- und Standortbedingungen. „In Abhängigkeit der Jahresarbeitszahlen und der Durchschnittstemperaturen am Aufstellungsort ist in vielen Fällen ein Kaltwassersatz mit zusätzlichem Freikühler eine energiesparende Technik“, erläutert Kerner den Planungsansatz. Für das Projekt bei LTi in Windischbuch lag der Spezialist von Systemair damit genau richtig.

Die Produktion läuft im Dreischichtbetrieb und erreicht damit etwa 8.000 Betriebsstunden pro Jahr. Doch auch, wenn die Fertigung nicht läuft, muss oft gekühlt werden. Schließlich ist für die Gewährleistung der Präzision eine konstante Temperaturhaltung der Werkstücke und Werkzeugmaschinen entscheidend. Allerdings sinkt die Kühllast, wenn die Maschinen nicht im Betrieb sind. „Als Nächstes haben wir analysiert, wie sich die Betriebsstunden auf den Jahresverlauf der Durchschnittstemperaturen in Windischbuch aufteilen. Denn sobald die Umgebungstemperatur 2 K unter der Rücklauftemperatur des Kaltwassers liegt, kann der Freikühler einen Teil der benötigten Kälte bereitstellen. Das spart beträchtlich Energie“, erläutert Kerner. Der technische Hintergrund: Im Freikühlmodul arbeitet ein Ventilator-gestützter Luft-Wasser-Wärmeübertrager, im Kaltwassersatz hingegen ein Verdichter, der deutlich mehr Energie aufnimmt als Ventilatoren.

„Die Berechnung von Systemair ergab, dass wir ca. 30 Prozent der Jahreslaufzeit mit dem Freikühler arbeiten können. Unter dem Strich wird sich daraus eine Ersparnis von 87.336 kWh Strom ergeben. Das entspricht einer Verringerung von etwa 45 Prozent“, rechnet der LTi-Energiemanager Ullrich vor. Hinzu kommt die Umweltentlastung: ca. 31.400 kg/a CO2 stehen 56.800 kg/a ohne Freikühler gegenüber; das sind über 44 Prozent weniger.

Die Umschaltung zwischen Freikühler (SysFreeCool 14 BLN, 80 kW Kühlleistung [1]) und Kaltwassersatz (Luftgekühlte Kältemaschine AQVL 105 BLN, 105 kW Kälteleistung [2]) erfolgt über ein Außentemperatur-gesteuertes Dreiwege-Ventil. „Die autarke Regelung von Freikühlmodul und Kaltwassersatz hat den Vorteil, dass eine aufwändige Verknüpfung und Programmierung über eine Gebäudeautomation nicht erforderlich ist“, erklärt Markus Braun, Projektleiter des Anlagenbauers Lurz hierzu.

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