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K 2022

Energieeffizienz als ökologische Verpflichtung

Die Verantwortlichen bei HB-Therm sehen Energieeffizienz bei ihren Temperiergeräten durchaus alls eine ökologische Verpflichtung.

 Energieeffizienz ist für HB-Therm eine ökologische Verpflichtung. Gerade auch beim Bau der neuen Gerätereihe.
Energieeffizienz ist für HB-Therm eine ökologische Verpflichtung. Gerade auch beim Bau der neuen Gerätereihe.

Energieeffizienz ist für HB-Therm eine ökologische Verpflichtung. Angesichts der rapide steigenden Energiekosten gewinnen Einsparpotentiale beim Energieverbrauch auch in der kunststoffverarbeitenden Industrie zunehmend an Bedeutung. HB‑Therm hat genau diesen Umstand bei der Entwicklung und Umsetzung der neuen Gerätegeneration Thermo-6 berücksichtigt. Das Unternehmen bietet gleich mehrere Ausstattungsfeatures für mehr Energieeffizienz im Betrieb der Temperiergeräte an. Dazu gehören die standardgemäße drehzahlgeregelte Pumpe in Kombination mit dem Steuerungs-Assistenten "Energy‑Control" zur Ermittlung des optimalen Betriebspunktes. Die exklusive "Direct‑Drive"-Pumpe weist gegenüber herkömmlichen Pumpensystemen einen bis zu 20 Prozent höheren Wirkungsgrad auf.

Grundsätzlich hat die Hauptpumpe eines Temperiersystems die Aufgabe, Wärmeträgerflüssigkeit vom Gerät zum angeschlossenen Verbraucher und zurück zu leiten. So wird der Wärmeaustausch erst möglich. Die Entwicklung der Pumpentechnik als zentrales Element für Temperiersysteme hat in den vergangenen Jahren grosse Fortschritte gemacht.

Bei den Direct‑Drive-Pumpen verschmelzen Motor und Magnetkupplung. Die Drehmomentübertragung erfolgt von der Motorwicklung durch den Spalttopf direkt auf den Innenrotor. Darüber hinaus sind auch keine Kugellager im Motor vorhanden. Die Pumpen sind zudem sehr kompakt aufgebaut. Bei einem Spalttopf aus dem Kunststoff PPS entstehen keine Wirbelströme und damit weniger Verluste. Sie sind allerdings ebenso aufwendig konstruiert, es sind spezielle Motoren erforderlich, und ihr Einsatzbereich reicht bislang nur bis maximal 100 °C.

Energieeffizienz beim Betrieb von Pumpen

Mit dieser neuen Technologie hat HB‑Therm einen weiteren wichtigen Schritt in Richtung eines nachhaltigen und energieeffizienten Betriebs seiner Thermo-6 gesetzt. Im Vergleich zur Peripheralradpumpe mit Magnetkupplung weist die Direct‑Drive-Pumpe einen um bis zu 20 Prozent höheren Wirkungsgrad auf, da aufgrund eines nichtleitenden Kunststoff-Spalttopfs die sonst typischen Wirbelstromverluste vermieden werden. Die Pumpe arbeitet mit einem wassergekühlten Motor und ist in Ihrer Bauart ohne Magnetkupplung und ohne Lüfter kompakter und kostengünstiger. Aktuell ist der Temperaturbereich dieser neuesten Pumpengeneration auf Temperiergeräte bis maximal 100 °C beschränkt, wird aber weiter ausgebaut.

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Drehzahlgeregelte Pumpen

Die drehzahlgeregelten Pumpen spielen ihren größten Trumpf generell im Bereich der Energieeinsparung aus. Sie sind universell für große und kleine Werkzeuge einsetzbar. Eine Pumpe, die nicht immer unter Volllast läuft, spart nicht nur Energie, sondern zeichnet sich auch mit einer längeren Lebensdauer aus. Zudem reduzieren drehzahlgeregelte Pumpen dank ihrer breiten Verwendbarkeit die Typenvielfalt der Temperiergeräte. Ein Gerät kann also seine Aufgaben über eine große Einsatz-Bandbreite erfüllen.

Mit der Verwendung einer drehzahlgeregelten Pumpe kann die Pumpenkennlinie anwendungsbedingt so anpasst werden, dass der gewünschte Durchfluss mit minimalem Energieaufwand erreicht wird. Und das ist der ausschlaggebende Aspekt: Mit möglichst wenig Energie die optimale Temperierung erreichen. Das ist zudem eine ökologische Verpflichtung. Meist ist allerdings nicht von Anfang an klar, welches der richtige Durchfluss für einen Prozess ist. Es bietet sich an, die Temperaturdifferenz in einem Temperierkreis zu regeln. Damit kann die Bauteilqualität garantiert und gleichzeitig der Durchfluss und damit die Pumpenleistung auf das nötige Minimum reduziert werden.

Ökologische Verpflichtung zum Energiesparen

Drehzahlgeregelte Pumpen arbeiten mit Frequenzumrichter und machen benutzerspezifische Anpassungen und damit auch Energieeinsparungen je nach Einsatzzweck möglich. Pumpen ohne Frequenzumrichter laufen dagegen immer auf Nenndrehzahl. Der Energieverbrauch bleibt damit gleich hoch und kann nicht gesenkt werden. Die neuen Thermo-6 mit serienmässigen drehzahlgeregelten Pumpen können verschiedene Betriebsarten umsetzen. Neben dem Normalbetrieb sind dies der Eco‑mode Auto, der Eco‑mode Speed, der Eco‑mode Flow, der Eco‑mode Temp sowie der Boost Mode. Über den großen IPS-Touch-Bildschirm lassen sich die verschiedenen Pumpenbetriebsarten anwendungsgerecht und einfach anwählen. Im Normalbetrieb liegt immer eine definierte Drehzahl (n = 3000 min-1) an, hier erfolgt keine Regelung auf sich verändernde Istwerte. Das bringt in etwa gleiche Verhältnisse wie mit dem Einsatz einer ungeregelten Pumpe und ermöglicht auch keine Energieeinsparungen.

Im Eco‑mode Auto erfolgt die Regelung der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf. Den Sollwert der Temperaturdifferenz setzt der Anwender mittels Einstellung der Überwachungsstufe (fein, mittel, grob) automatisch. Dabei ist "grob" für Kunststoffteile mit eher geringerer mechanischer Genauigkeit optimiert ist, "mittel" für allgemein technische Teile und "fein" für sehr anspruchsvolle Teile mit hohen technischen und mechanischen Anforderungen. So kann das System bei sich veränderndem externem Verhalten die Drehzahl der Pumpe automatisch anpassen. So überschreiten die Werte die gesetzte Temperaturdifferenz nicht. Im Eco‑mode Temp regelt das System im Gegensatz zum Eco‑mode Auto auf eine beliebig einstellbare Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf. Und im Eco‑mode Speed gibt der Anwender eine Drehzahl vor, die dann von der Pumpe konstant eingehalten wird. Diese anliegende Drehzahl muss aber nicht der im Normalbetrieb entsprechen.

Die richtigeDrehzahl sorgt für Energieeffizienz

Im Eco‑mode Flow wird dagegen ein gewünschter konstanter Durchfluss eingestellt. Daraufhin passt die Pumpe ihre Drehzahl an, auch wenn etwa aufgrund von Verschmutzung der Widerstand steigt. Im Boost‑mode dreht die Pumpe mit maximaler Drehzahl, erreicht damit ihre maximale Leistung und auch den maximalen Durchfluss. Die Drehzahl ist aufgrund der die maximalen Leistungsaufnahme des Motors begrenzt. Sie wird vom Frequenzumrichter entsprechend abgeregelt. Diese Betriebsart erfordert allerdings mehr Energie als im Normalbetrieb und führt damit auch zu einem höheren Verschleiss der Pumpe.

Den Energieverbrauch im Prozess kann der Anwender an den Thermo-6 immer ganz leicht und auf einen Blick am Display der Steuerung ablesenden.
Den Energieverbrauch im Prozess kann der Anwender an den Thermo-6 immer ganz leicht und auf einen Blick am Display der Steuerung ablesenden.

Folgendes Beispiel zeigt die Einsparmöglichkeiten beim Einsatz einer drehzahlgeregelten Pumpe. Hier konnte der Anwender die die Durchflussmenge auf die Hälfte reduzieren, weil anstelle der ursprünglichen Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf von 0,5 K auch 1 K ausgereicht haben. Die Spezialisten erreichten so bei einer Reduktion der Drehzahl von 3000 auf 1500 min-1 auch einen um 12,5 L/min verringerter Durchfluss. Bei 6000 Betriebsstunden pro Jahr, einer Energieeinsparung von insgesamt 4 200 kWh und einem angenommenen Preis von 0,25 Euro pro kWh bringt das 1050 Euro weniger Energiekosten pro Jahr bei nur einem Gerät. Da sind Einsparungen tatsächlich eine ökologische Verpflichtung.

Der optimale Betriebspunkt als ökologische Verpflichtung

Mit dem Steuerungs-Assistenten "Energy‑Control" lässt sich auch ohne Vorkenntnisse des Anwenders in wenigen Schritten ein immer optimaler Betriebspunkt erreichen. Resultat ist eine um bis zu 85 Prozent geringere Leistungsaufnahme. Die "Energy‑Control" bringt die Größen Drehzahl, Durchfluss, Temperaturdifferenz und Energieersparnis in Zusammenhang. Das Auffinden des besten Betriebspunktes erleichtert eine einfache visuelle Darstellung , die die aktuelle Pumpendrehzahl, die Differenz zwischen Vor- und Rücklauf in Kelvin und die Ersparnis pro Tag in Euro anzeigt. Bei Verstellung einer der Größen seitens des Anwendesr verändern sich die beiden anderen Größen in gleichem Maß mit, die voraussichtliche Auswirkung der Änderung wird sofort ersichtlich. Die Einstellung kann der Nutzer per Knopfdruck übernehmen.

Um die Prozesssicherheit und damit auch einen immer optimalen Energieverbrauch umfassend sicherzustellen, wird in diesem Zusammenhang auch das vorzeitige Erkennen des Pumpenverschleisses wichtig. Damit erreicht man in der Produktion nicht nur eine gleichbleibend stabile Teilequalität, sondern kann Fehlerquellen bei Durchflussveränderungen auch besser eingrenzen.

Eine steigende Abnutzung des Pumpenrades macht sich in einem sinkenden Pumpendruck bzw. Durchfluss bemerkbar. Späne aus dem Werkzeug oder Partikel aus Korrosion oder Verkalkung fördern den Verschleiss. Die Pumpenzustandsüberwachung kontrolliert die Pumpe permanent und gibt beim Unterschreiten eines einstellbaren Grenzwertes eine Warnmeldung aus.

Mit dem Bündeln verschiedener Maßnahmen gelingt Energieeffizienz

Das Erreichen einer optimalen Energieeffizienz beim Temperieren funktioniert nur mit der Bündelung verschiedener Massnahmen, denn einen Bereich auf Kosten anderer zu optimieren, bringt ganzheitlich keinen Nutzen. Der Einsatz einer drehzahlgeregelten Pumpe mit Frequenzumrichter bildet die Basis. Die richtige Pumpendimensionierung erzeugt die geringsten Antriebsverluste. Bei den häufig verwendeten Peripheralradpumpen liegt der maximale Wirkungsgrad bei etwa der Hälfte der maximalen Durchflussmenge. Kann der Anwender etwa wegen eines geplanten universellen Einsatzes nicht auf eine große Pumpe verzichten, so lässt sich dank der drehzahlgeregelten Pumpe die Motorenleistung auf denselben Wert reduzieren wie mit einer entsprechend kleineren Pumpe.

Hinzu kommen die Direct‑Drive-Pumpen mit ihrem höheren Wirkungsgrad an Wassergeräten bis 100 °C. die Kombination mit den verschiedenen möglichen Betriebsarten der neuen Steuerung der Thermo-6 sowie der Steuerungs-Assistent "Energy-Control" für einen immer genau passenden Betriebspunkt. Wenn die Temperierung mit diesen zur Verfügung stehenden Features an den neuen Thermo-6 übergreifend optimiert wird, dann stimmen nicht nur Qualität und Ergebnis. Sondern auch der Energieverbrauch im Prozess – an den Thermo-6 von HB-Therm immer ganz leicht und auf einen Blick am Display der Steuerung abzulesen. rw

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