Neue „Blue-e+“-Chiller von Rittal Exakt regeln und effizient kühlen

Kühlung einer Werkzeugbearbeitungsmaschine in Kombination mit Schaltschrankkühlung mittels „Blue-e+“-Chiller
Kühlung einer Werkzeugbearbeitungsmaschine in Kombination mit Schaltschrankkühlung mittels „Blue-e+“-Chiller

Für eine präzise Bearbeitung von Metall müssen Werkzeugmaschinen die Temperatur ihres Kühlmediums exakt regeln können. Gleichzeitig soll die Kühlung energieeffizient arbeiten, flexibel einsetzbar und zuverlässig sein sowie eine einfache Wartung ermöglichen.

Diese Anforderungen hat Rittal bei der Entwicklung einer komplett neuen Chiller-Generation umgesetzt: der Serie „Blue e+“. Das Ergebnis ist eine Flüssigkeitskühlung für Maschinen und Prozessanlagen, die am Markt einen neuen Standard setzt.

Moderne Werkzeugmaschinen zur spanenden Bearbeitung von Metall benötigen in aller Regel eine Kühlung. Vor allem die Antriebstechnik in den Spindeln produziert Wärme, die gezielt abgeführt werden muss. Die Kühlung der Spindeln geschieht dabei mit einer Flüssigkeitskühlung. Das dazu benötigte Kühlmedium wird oft von einem Chiller bereitgestellt, der dafür sorgt, dass die Werkzeugmaschine unabhängig von einer externen Kühlmedium-Versorgung betrieben werden kann. Im Chiller erzeugt ein Inverter-geregelter DC-Kompressor die notwendige Kälteleistung: Ein Kühlmedium-Kreislauf transportiert das Kühlmedium dann zu Verbrauchern wie etwa Spindeln oder auch wassergekühlten Antrieben. Über einen Luft-Wasser-Wärmetauscher kann der Chiller gleichzeitig auch den Schaltschrank der Werkzeugmaschine effizient im Verbund klimatisieren.

Energieverschwendung vermeiden

Bis zu 15 Prozent des gesamten Energieverbrauchs einer Werkzeugmaschine entfällt auf die Kühlung. Hier bietet sich ein lohnender Ansatzpunkt, um die Energieeffizienz der Werkzeugmaschine zu steigern. Grund für den hohen Energieverbrauch ist eine besondere Anforderung: Die Temperatur des Kühlmediums muss präzise geregelt werden; die Hysterese darf maximal 0,5 K betragen. Größere Temperaturschwankungen würden wegen der Wärmeausdehnung der Komponenten zu Ungenauigkeiten am bearbeiteten Werkstück führen. Weil herkömmliche Kompressor-Kältemaschinen mit einer Zwei-Punkt-Regelung arbeiten, die eine deutlich höhere Hysterese von etwa 4 K hat, kommt eine sogenannte Heißgas-Bypass-Regelung zum Einsatz. Dabei läuft der Kältekompressor stets unter Volllast. Die gewünschte Temperatur wird dadurch geregelt, dass heißes Kältemittel aus dem Rücklauf über ein Regelventil dem Vorlauf zugeführt wird. Diese Methode arbeitet zwar sehr genau, ihre Energieeffizienz ist aber vergleichsweise schlecht, weil ein Teil der Kälteleistung künstlich vernichtet wird.

Rittal hat in einer detaillierten Kundenbefragung die wichtigsten Anforderungen an die Chiller untersucht. Insgesamt 33 Kunden aus dem Maschinenbau, der Laserindustrie, Elektrotechnik, Automatisierung, Prozessindus­trie, Druckindustrie und einigen weiteren Branchen wurden dabei nach ihren Erwartungen befragt. Die Ergebnisse wurden mit einer QFD-Analyse ausgewertet. Das größte Verbesserungspotenzial sehen die Kunden demnach in der Energieeffizienz. Weitere wichtige Anforderungen, die Kunden im Rahmen der Befragung gestellt haben, sind eine genaue Temperaturregelung, eine intuitive und einheitliche Bedienung, eine Drehzahlregelung der Antriebe sowie eine hohe Verfügbarkeit. Um diese Anforderungen zu erfüllen, bringt Rittal die neue Chiller-Serie „Blue e+“ auf den Markt, die einen großen Sprung bei der Energieeffizienz ermöglicht. Maß für die Energieeffizienz bei der Kälteerzeugung ist die sogenannte Energy Efficiency Ratio (EER), die aus dem Verhältnis der Kühlleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung gebildet wird. Herkömmliche Chiller mit Heißgas-Bypass-Regelung haben ein EER von 1; mit den Blue-e+-Chillern ist ein EER von 3 möglich. Grundlage für die hohe Energieeffizienz ist ein drehzahlgeregelter Kompressor. Statt wie bei der Heißgas-Bypass-Regelung den Kältekompressor unter Volllast zu betreiben und einen großen Teil der Kälteleistung zu vernichten, kann der Inverter-geregelte DC-Kältekompressor genau so viel Kälteleistung bereitstellen, wie aktuell erforderlich ist. Damit lässt sich die Hysterese klein halten, ohne dass unnötig Kälteleistung verschwendet werden müsste.