Einen kühlen Kopf bewahren - Dank Retrofit

Mit verschiedenen Flüssigkeits-Wasser-Kühlsystemen zur energieeffizienten KSS- und Spindelkühlung in Bearbeitungszentren.

4 min Lesezeit

Werkzeugmaschinen Referenz Fluid Engineering

Vermeidung hitzebedingter Maschinenausfälle

Der Klimawandel verursacht weltweit immer mehr Hitzewellen mit schweren gesundheitlichen und wirtschaftlichen Folgen. An diesen heißen Tagen haben es die Fertigungsunternehmen besonders schwer. Nicht nur, dass die Mitarbeiter bei steigenden Temperaturen in den Fertigungshallen einen kühlen Kopf bewahren müssen, die Hitze kann außerdem einen Ausfall der Werkzeugmaschinen zur Folge haben.

Bis zu bestimmten Temperaturgrenzen können Werkzeugmaschinen noch mit der geforderten Genauigkeit arbeiten. Zu hohe Temperaturen und vor allem Temperaturschwankungen führen zu Problemen. Die Maschinenbetreiber haben mit immer höheren Stillstandszeiten zu kämpfen und müssen die daraus resultierenden Kostensteigerungen tragen. Diese können von Branche zu Branche unterschiedlich hoch sein und den Betreiber finanziell stark belasten.

Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und Kosteneinsparung mit dem HYDAC Fluid Engineering Ansatz

Unser Kunde, ein Hersteller von Gussteil-Prototypen, betreibt 18 Werkzeugmaschinen an seinem Produktionsstandort. Die Fertigungshalle ist nicht klimatisiert und in heißen Sommermonaten kam es im Schnitt zu jährlich zehn Ausfalltagen der Maschinen. Grund dafür war die hohe Umgebungstemperatur in der Halle, die neben der Sommerhitze auch durch die Maschinen selbst und deren Kühlsysteme erzeugt wurde.

Die Werkzeugspindeln, Motoren und KSS-Anlagen der Werkzeugmaschinen wurden hauptsächlich durch Kälteaggregate mit luftgekühltem Verflüssiger gekühlt. Während des Betriebs gaben diese enorme Wärmemengen an die Umgebung ab. Diesen Gegebenheiten wurde versucht durch Lüften entgegenzuwirken, was zu hohen Temperaturschwankungen führte, die die Genauigkeiten der Maschinen weiter beeinträchtigten. Die geforderten Fertigungstoleranzen ließen sich nicht mehr einhalten und die Maschinen mussten abgeschaltet werden.

Mit diesem Problem kam der Hersteller zu uns und bat die HYDAC Experten um Unterstützung. Die Analyse vor Ort zeigte, dass die beste Lösung für dieses Temperaturproblem eine Umrüstung der Maschinen auf wassergekühlte Kühlsysteme war, um langfristig die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen und die daraus resultierenden Kosten zu reduzieren.

Der Kunde entschied sich, bei 16 KSS-Anlagen auf den HYDAC Flüssigkeits-Kühlverteiler WTRE und bei zusätzlichen sechs Maschinen auf die Kühlung der Motorspindeln mit HYDAC FWKS (Flüssigkeits-Wasser-Kühlsysteme) umzustellen. Die dafür nötige Kaltwasserversorgung mit entsprechender Verrohrung in der Fertigungshalle wurde durch einen externen Partner umgesetzt.

Der HYDAC Flüssigkeits-Kühlverteiler WTRE

Der HYDAC Flüssigkeits-Kühlverteiler WTRE, der zur Kühlung der KSS-Anlagen eingesetzt wird, besteht aus einem Plattenwärmetauscher mit elektronischer Regelung und einem Kugelhahn zur Regulierung der Kaltwassermenge. Das alles ist in einem kompakten Gehäuse eingebaut, welches eine einfache Verrohrung zum Verbraucher und zur Kaltwasserversorgung ermöglicht.

Eine extern verfügbare Pumpe fördert den Kühlschmierstoff durch den Plattenwärmetauscher. Ein Sensor erfasst dabei die Temperatur, der elektronische Regler wertet die Daten aus und steuert über den Regelkugelhahn die Kaltwassermenge, um die KSS-Temperatur, unabhängig von der Umgebungstemperatur, konstant auf einem festen Wert zu halten. Auch Leistungsschwankungen des Verbrauchers mit höheren Rücklauftemperaturen zum Kühler oder Schwankungen der Kaltwassertemperatur spielen keine Rolle mehr und werden durch die Regelung ausgeglichen.

Zitat HYDAC Experte:

"Das WTRE System ist eine einfache und clevere Lösung. Das ursprüngliche Kälteaggregat, das auch elektronisch in die Anlage eingebunden ist, wird beibehalten und die Pumpe des Kälteaggregats fördert den Kühlschmierstoff durch das WTRE. Das spart zwar keinen Platz, dafür aber Kosten und die Lautstärke sowie die Wärmeabgabe in der Halle werden reduziert."

Spindelkühlung mit dem Flüssigkeits-Kühlsystem FWKS

An sechs Maschinen wird die Spindelkühlung auf das HYDAC Flüssigkeits-Wasser-Kühlsystem umgerüstet. Das FWKS stellt einen Zwischenkreislauf inmitten der Kaltwasserversorgung und dem Verbraucher dar. Im Tank befindet sich Wasser-Glykol, das zum Verbraucher, in diesem Fall den Spindeln, gepumpt wird und dort die Wärme aufnimmt. Im Rücklauf zum Kühlsystem fließt es durch den Plattenwärmetauscher und wird dort durch das werkseigene Kaltwasser zurückgekühlt, bevor es in den Tank läuft.

Der Zwischenkreislauf des FWKS Systems hat zwei wesentliche Vorteile:

  1. Die Qualität der Kühlflüssigkeit zum Kühlen der Spindel hat ein gleichbleibend hohes Niveau und der Korrosionsschutz ist jederzeit gewährleistet.
  2. Der nötige Druck und der Volumenstrom sind sichergestellt, auch wenn der Druck der Kaltwasserversorgung schwankt oder generell zu niedrig ist.

Zitat HYDAC Experte:

"Das eingesetzte FWKS Kühlsystem ist ein kleines, kompaktes System mit erstaunlicher Leistung. Das System ist ein Standardprodukt, was eine schnelle und unkomplizierte Abwicklung ermöglicht."

Das Ergebnis

Nach dem erfolgreichen Retrofit wird die Abwärme zum größten Teil über die Kaltwasserversorgung abgeführt. Seit der Umrüstung auf Wasserkühlung arbeiten die Maschinen selbst an heißen Sommertagen störungsfrei.

Die Kosten von bis zu zehn Ausfalltagen im Jahr können nun eingespart werden und führen dazu, dass sich die getätigte Investition in die Retrofit-Lösung innerhalb von 1,5 Jahren amortisiert. Dazu kommt die deutliche Reduzierung der Energiekosten. Flüssigkeits-Kühlsysteme sind, trotz der zusätzlichen Kaltwasserversorgung, weitaus energiesparender als Kälteaggregate.

Das Klima in der Fertigungshalle und damit die Arbeitsbedingungen für die Mitarbeiter wurden deutlich verbessert. Die Flüssigkeits-Kühlsysteme geben kaum zusätzliche Wärme ab, die Halle heizt sich nicht noch mehr auf. Außerdem sinkt der Lärmpegel – anstelle von Lüfter und Luftstrom gibt jetzt nur noch die Pumpe ein Geräusch von sich.

Mit unseren flexiblen Systemlösungen steht es dem Kunden offen, auch nachträglich weitere Maschinen an den zentralen Kühlkreislauf anzuschließen.

Ihre Vorteile mit den Flüssigkeits-Kühlsystemen von HYDAC

Anlagenverfügbarkeit

Anlagenverfügbarkeit

Die Bearbeitungsgenauigkeit der Maschinen ist sichergestellt.

Energieeffizienz

Energieeffizienz

Durch den Einsatz von Flüssigkeits-Kühlsystemen statt Kälteaggregaten werden bis zu 30% der Energie eingespart. Des Weiteren ist die Nutzung der Abwärme für weitere Anwendungen bei Bedarf möglich.

Maschinenausfall

Maschinenausfall

Die wärmebedingten Ausfallzeiten und -kosten werden gesenkt.

Kostenreduzierung

Kostenoptimierung

durch Reduzierung der hitzebedingten Ausfallkosten und Nutzung der Abwärme.

Schnelle Amortisationszeit

Schnellere Amortisation

Die Reduzierung der Ausfallkosten verkürzt die Amortisationszeit der Investition.

Verlängerung der Anlagenverfügbarkeit

Verlängerung der Anlagenlebensdauer

Durch die optimale Kühlung verlängert sich die Anlagenlebensdauer.

Modularität

Flexible Systemlösungen

Modulare und kundenindividuelle Erweiterungen der Lösungen sind jederzeit möglich.

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