Energie sparen mit effizienten Wasser-Kühlsystemen Energieeinsparung im Automobilwerk durch Umrüsten der Werkzeugmaschinen auf effiziente Wasser-Kühlsysteme

HYDAC – Ihr Partner für energieeffiziente Kühllösungen von Werkzeugmaschinen.

28.09.2021 4 min Lesezeit

Referenz Fluid Engineering Werkzeugmaschine Thermomanagement

Energieeinsparung im Automobilwerk durch Umrüsten der Werkzeugmaschinen auf effiziente Wasser-KühlsystemeHYDAC – Ihr Partner für energieeffiziente Kühllösungen von Werkzeugmaschinen

Das Thema Klimaschutz stellt die Automotivbranche vor große Herausforderungen. Mit dem Wirtschaftszweig im Wandel und der sukzessiven Umstellung auf E-Mobilität steigt der Druck, die gesamte Wertschöpfungskette nachhaltiger zu gestalten. Im Mittelpunkt steht dabei die Senkung der Umweltbelastungen pro Komponente und produziertem Fahrzeug. Zu optimieren sind neben dem Zukauf von grüner Energie auch die Reduzierung von Energieverbrauch, Wasser- und andere Medienverbräuche, Abfall, CO₂-Emissionen und Lösemittel-Emissionen in der gesamten Wertschöpfung.

Energieeffizienz, Ressourcenschonung und Kostenoptimierung von Werkzeugmaschinen mit dem HYDAC Fluid Engineering Ansatz

Unser Kunde ist einer der größten deutschen Automobilhersteller. Die Aufgabe bestand darin, den Werkzeugmaschinenpark in einem seiner Werke energetisch zu optimieren und die Energiekosten zu reduzieren. Zudem sollten diese Optimierungen auch in Neumaschinen einfließen.

Die in der Halle vorhandene Klimaanlage war für den Betrieb weiterer Maschinen nicht ausgelegt und hätte bei einer Erweiterung die maximal zugelassene Hallentemperatur nicht einhalten können. Eine Aufwärmung der Maschinenhalle sollte vermieden werden. Statt die Klimaanlage zu erweitern, entschied sich unser Kunde für eine umweltbewusstere Lösung. Der im Werk bereits existierende Kühlwasserkreislauf sollte erweitert und für die Kühlung der flüssigkeitsgekühlten Antriebe sowie eine teilweise Kühlung der Schaltschränke verwendet werden.

Der Kunde entschied sich für HYDAC als kompetenten Technologie-Partner und definierte die folgenden Zielvorgaben für die Lösung der Kühlaufgabe:

Energieeinsparung von mindestens 20 %
Amortisierung innerhalb von 1 bis 1,5 Jahren
Reduzierung der teuren Servicedienstleistungen im Bereich Kältetechnik
Abfallreduzierung durch geringeren Kältemittelverbrauch
Reduzierte Wärmeabgabe an die Fertigungshalle
Reduzierung der Lärmbelastung
Reduzierter Platzbedarf in den Fertigungshallen

Die Fluid Engineering-Experten der HYDAC führten zunächst mehrere Analysen in dem Automotivwerk durch. Darauf basierend folgte die Empfehlung, die Maschinen mit Kälteaggregaten auf die kompakten Flüssigkeits-Wasser-Kühlsysteme FWKS umzurüsten. Diese sollen an den Kühlwasserkreislauf des Werks angeschlossen werden, um die definierten Ziele des Autobauers zu erreichen.

Die HYDAC Produktlösungen

Durch die Anbindung der Werkzeugmaschinen an das externe, zentrale Kühlwassernetz war es möglich, die vorhandenen Kälteaggregate durch Flüssigkeits-Wasser-Kühlsysteme aus der HYDAC FWKS-Serie zu ersetzen. Das FWKS stellt einen Zwischenkreislauf zwischen der Kühlwasserversorgung und dem Verbraucher dar. Im Tank des FWKS befindet sich Wasser-Glykol, welches zum Verbraucher gepumpt wird und dort die Wärme aufnimmt. Im Rücklauf zum Kühlsystem fließt es durch einen Plattenwärmetauscher und wird dort durch das werkseigene Kühlwasser zurückgekühlt.

Der Zwischenkreislauf des FWKS hat zwei wesentliche Vorteile: Zum einen liegt die Qualität der Kühlflüssigkeit auf einem konstant hohen Niveau und der Korrosionsschutz ist jederzeit gewährleistet. Zudem sind der nötige Druck und der Volumenstrom sichergestellt, selbst wenn der Druck der werkseigenen Kühlwasserversorgung schwankt oder generell zu niedrig ist.

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Die Maschinen mit einer benötigten Kühlleistung bis zu 5 kW wurden mit der FWKS-0 Lösung umgerüstet, bei Kühlleistungen über 5 kW wurden die Baugrößen FWKS-2 und FWKS-3 eingesetzt.

HYDAC FWKS sind bereits deutlich energiesparender als Kälteaggregate, die meist standardmäßig in Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Um den Kühlwasserverbrauch weiter zu reduzieren, können die Systeme mit Wasserregelventilen ausgestattet werden, die entweder mechanisch oder elektronisch angesteuert werden:

Mechanisch geregelte Proportionalventile müssen dafür nicht zusätzlich elektrisch angeschlossen werden. Sie können die Kühlwassermenge so regulieren, dass das Wasser-Glykol im Vorlauf zum Verbraucher auf einem fest eingestellten Wert, mit einer Abweichung von ± 2 K, verbleibt. Das bedeutet, bei einer auf 30 °C festgelegten Vorlauftemperatur darf sich die Wasser-Glykol-Temperatur in einem Bereich von 28-32 °C bewegen.
Mit elektronisch geregelten Proportionalventilen ist auch eine Differenztemperaturregelung mit einer Abweichung von ± 0,5 K möglich. Die Wasser-Glykol-Temperatur orientiert sich an der Maschinenbett-Temperatur. Diese steigt und fällt entsprechend der Leistung des Verbrauchers und der Umgebungstemperatur und bewegt sich in einem Bereich von 0,5 K zur Referenztemperatur. Temperaturschwankungen, die die Genauigkeit der Maschine beeinträchtigen könnten, werden so auf jeden Fall vermieden.

Das Ergebnis

Im Testlauf wurden bei unserem Kunden zunächst acht Werkzeugmaschinen erfolgreich umgebaut. Hierfür wurden vier FWKS-Varianten als kundenspezifische Seriengeräte aufgebaut und eingesetzt. Nach dem erfolgreichen Testlauf wurden 140 weitere Maschinen umgerüstet, im nächsten Schritt folgte die Umrüstung von mehr als 80 Maschinen.

Um den gesetzten Kühlstandard nachhaltig auch für neue Maschinen festzulegen, wurden die HYDAC FWKS-Lösungen im Konzern-Lastenheft des deutschen Automobilherstellers spezifiziert. Die zuliefernden Maschinenhersteller setzen seitdem die HYDAC Flüssigkeits-Kühlsysteme in ihren Maschinen ein.

Zitat HYDAC Automotivexperte:

„Der Fokus der Automotivbranche liegt auf einer kostenreduzierten, ressourcenoptimierten und energieeffizienten Produktion mit einer angestrebten CO₂-neutralen Energieversorgung.“

Die folgenden Vorteile resultierten aus der Umrüstung der Kühlsysteme:

Ressourcenschonung

Es ist kein FCKW oder Kältemittel nötig. Zudem sorgt die Proportionalventiltechnik für eine bedarfsoptimierte Kühlwasserentnahme. Das bedeutet, eine unnötige Belastung des Kühlwassernetzes wird vermieden.

Kostenoptimierung

Geringere Kosten für Einkauf und Service im Vergleich zu den ursprünglich verwendeten Kälteaggregaten. Die Kosten für extern beauftragte Servicedienstleistungen für Kältetechnik wurden deutlich reduziert. Die werksinterne mechanische Instandhaltung kann die Wartung durchführen, da keine spezielle kältetechnische Ausbildung vorausgesetzt wird.