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Integrierte Flüssigkeitskühlung für HAMUEL Maschinenbau

: Rittal


Beim CNC-Fräsen ist das Potenzial zum Energiesparen noch lange nicht ausgereizt: Das zeigt die neueste Weiterentwicklung von CNC Dreh-Fräszentren der HAMUEL Maschinenbau GmbH & Co. KG aus Meeder. Neben einer effizienten Prozesskühlung mit Kohlendioxid nutzt der Hersteller für seine Baureihe HSTM eine integrierte Flüssigkeitskühlung. Ein Chiller und zwei Luft-Wasser-Wärmetauscher von Rittal kühlen in einem einzigen flüssigkeitsbasierten Kältekreislauf sowohl die Motoren der Maschine als auch die Antriebsmodule im Schaltschrank. Damit reduziert sich der Energieverbrauch im Vergleich zur bisherigen Lösung um 24 %.

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Die HSTM arbeiten mit horizontaler Werkstückanordnung. Sie eignen sich vor allem für die Bearbeitung von Turbinen- und Kompressorschaufeln, Blisks und Radialverdichtern.

Die HSTM arbeiten mit horizontaler Werkstückanordnung. Sie eignen sich vor...

Seit den 90er Jahren beschäftigt sich HAMUEL Maschinenbau, ein Unternehmen der SCHERDEL Gruppe, mit der 5-Achs-Simultanbearbeitung von Freiformflächen. Die neueste Weiterentwicklung sind die im vergangenen Jahr präsentierten CNC Dreh-Fräszentren der Baureihe HSTM 300 und 700 HD mit horizontaler Werkstückanordnung. Sie eignen sich hervorragend für die Einzel- und Serienfertigung komplexer Drehfrästeile wie Turbinen- und Kompressorschaufeln, Blisks und Radialverdichter sowie die Finish-Bearbeitung von Teilen mit hoher Konturkomplexität. Auf der großen Maschine können sogar komplette Schaufelräder bearbeitet werden. Die Reihen der HSTM zerspanen trocken, nass sowie unter Hochdruck und liefern Oberflächen entsprechend Ra 0.8 µm, der derzeit höchsten Klasse in der Schaufelfertigung. Die HSTM 700 HD hat eine maximale Werkstücklänge von 900 mm und eine voll bearbeitbare Kanallänge von 700 mm. Zu den Kunden des Maschinenbauers zählen Unternehmen der Energieerzeugung sowie Hersteller von Flugzeugturbinen und Turbi-nenschaufeln für Großturbolader in Schiffsmotoren. Zusätzlich zum Maschinenbau unterstützt HAMUEL seine Kunden auch bei der kompletten Prozessauslegung – angefangen von der Software über die Werkzeuge bis hin zum weltweiten Service.

Nur ein Kühlkreislauf

Eine wichtige Voraussetzung für das Präzisionsfräsen ist die richtige Kühlung. Für die Prozesskühlung setzt Hamuel erstmalig auf Kohlendioxid als Kühlmittel, eine effiziente Lösung zur Bearbeitung hochlegierter und warmfester Stähle sowie Titan oder Inconel. Dies gewährleistet eine deutliche Verbesserung der Zerspanung sowie eine Reduzierung der Bearbeitungszeiten. Damit generiert der Hersteller erhebliche Einsparpotenziale
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An der Mensch-Maschine-Schnittstelle setzt HAMUEL auf Bediengehäusetechnik der Serie VIP 6000 von Rittal.

An der Mensch-Maschine-Schnittstelle setzt HAMUEL auf Bediengehäusetechnik...

für den Betreiber der Maschine. Denn für den Anwender fällt die Pflege des Kühlmittels – einer der höchsten Energieträger – weg, da die herkömmliche Umwälzung von Ölen und Ölemulsionen während der Standzeiten nicht mehr erforderlich ist.
Zusätzlich zur Prozesskühlung stand die Optimierung der Schaltschrank- und Maschinenkühlung im Fokus. Neben ausreichender Kühlung der Antriebsmodule im Schaltschrank müssen die Motoren in der Spindel sowie die Rotationsachsen auf einer definierten Temperatur gehalten werden, da sich ansonsten die Geometrien während der Bearbeitung verändern können. „Im Zuge der Neuentwicklung stellten wir uns dabei zwei Fragen: Welche Kühlleistung wird bei der Schaltschrank- und Maschinenkühlung unserer Maschinen überhaupt benötigt und welche Möglichkeiten gibt es, dass diese noch effizienter und besser arbeiten“, erläutert Dr. Markus Stanik, Geschäftsführer von HAMUEL Maschinenbau. Und ergänzt: „Oft schießt man über das Ziel hinaus, geht auf Nummer sicher und überdimensioniert die Kühlung.“

Bislang erfolgte die Kühlung der CNC Dreh-Fräszentren über zwei getrennte Kreisläufe: einer für die Schaltschrank-Klimatisierung mittels herkömmlicher Kühlgeräte und der andere für die Kühlung der Spindel sowie der Rotationsachsen in der Maschine über einen Rückkühler. „Jetzt decken wir beide Bereiche mit nur einem einzigen Kühlkreislauf ab – das ist deutlich energieeffizienter“, betont Dr. Stanik. Bei der neuen integrierten, flüssigkeitsbasierten Lösung erfolgt die Kühlung der Maschine über einen Rückkühler der Serie „TopTherm Chiller“, mit dessen Kühlflüssigkeit auch der Schaltschrank mittels zweier
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Mit dem TopTherm Chiller von Rittal setzt HAMUEL auf eine neue modulare, standardisierte Rückkühllösung auf Basis des TS 8-Schalt¬schrankssystems.

Mit dem TopTherm Chiller von Rittal setzt HAMUEL auf eine neue modulare, standardisierte...

Luft-Wasser-Wärmetauscher klimatisiert wird – beides Lösungen aus dem Hause Rittal. Neueste Entwicklungen realisieren die Schaltschrank-Klimatisierung mittlerweile sogar über einen einzigen Luft-Wasser-Wärmetauscher.

Eine Vergleichsrechnung mit der bisherigen Lösung und ihren zwei getrennten Kreisläufen zeigt, wie effizient die neue Kombination aus „TopTherm Chiller“ und Luft-Wasser-Wärmetauschern arbeitet. Bei einer Betriebsdauer der CNC Dreh-Fräsmaschine von beispielsweise 2.000 Stunden im Jahr und 0,12 Euro/KWh liegt die Ersparnis bei 24 % – das entspricht circa 334,- Euro pro Jahr. Der Wert errechnet sich wie folgt: Betrachtet man die Chiller im Vergleich, so ist der TopTherm Chiller von Rittal mit einer Kühlleistung von 12 kW und einer Leistungsaufnahme von nur 5,9 kW bei maximaler Last deutlich effizienter als die bisherige Lösung. Deren Kühlleistung lag bei 10 kW, bzw. 6,5 kW Leistungsaufnahme. Ähnlich sieht es bei den Werten für die Schaltschrank-Kühlung aus. Hier stehen aktuell 4,2 kW Kühlleistung und 0,46 kW Leistungsaufnahme früheren Werten von 4 und 1,85 kW gegenüber. Zu mehr Effizienz tragen auch die Reduzierung auf einen Kältekreislauf mit nur einem Kompressor sowie ein effizienteres Kältemittel bei. So wird mit dem Kältemittel R410A die gleiche Kühlleistung mit einem im Vergleich kleineren Kompressormotor erzielt.

Modularer Aufbau des Chillers

Mit dem TopTherm Chiller von Rittal setzt HAMUEL dabei auf eine neue modulare, standardisierte Rückkühllösung auf Basis des TS 8-Schaltschrankssystems. Sie integriert Wasser- und Kältemodule sowie ein Elektromodul
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Der TopTherm Chiller von Rittal sorgt über einen integrierten, flüssigkeitsbasierten Kühlkreislauf für effiziente Kühlung der Motoren sowie der Antriebsmodule im Schaltschrank.

Der TopTherm Chiller von Rittal sorgt über einen integrierten, flüssigkeitsbasierten...

für die Steuerung. Grundsätzlich lassen sich damit die gängigsten Leistungsbereiche von 8 bis 40 kW abdecken. Das Wassermodul besteht aus Tank und Pumpe, das Kältemodul aus Kompressor, Verflüssiger und Verdampfer. Beide werden separat voneinander vorgefertigt. Die Vorteile für den Anwender sind dabei geringere Kosten und kürzere Lieferzeiten, da alles serienmäßig und ab Lager sofort verfügbar ist. Auch das Ersatzteilemanagement ist einfacher, da der Service aufgrund weniger standardisierter Komponenten deutlich schneller reagieren kann. Anstelle der üblichen langwierigen Untersuchungen vor Ort, welches Bauteil denn nun defekt ist, muss im Servicefall nur das entsprechende Modul ausgetauscht werden. Weitere Vorteile der Rückkühlanlage sind die 50 und 60 Hz-Ausführung für den Weltmarkt sowie der integrierte Wasserbypass.

Wärmetauscher-Lösung

Auch die Wärmetauscher-Lösungen von Rittal zeigen, dass bei flüssigkeitsbasierten Kühlsystemen für die Schaltschrank-Klimatisierung noch Potenzial für mehr Effizienz vorhanden ist. So kommt beispielsweise bei der neuesten Gerätegeneration eine neue intelligente Eco-Mode-Regelung zum Einsatz. Diese schaltet den Lüfter bedarfsgerecht in Abhängigkeit von der Temperatur im Schaltschrank aus bzw. an. Liegt die Innentemperatur um 10°C unter der eingestellten Temperatur, schaltet der Lüfter ab. Um die effektive Schaltschrank-Innentemperatur zu messen, schaltet die Regelung den Lüfter alle zehn Minuten für 30 Sekunden ein und sorgt so für eine Zirkulation der Luft im Schaltschrank.
Darüber hinaus bieten die neuen Geräte deutliche Montagevorteile. Die Luft-Wasser-Wärmetauscher
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lassen sich in weniger als zwei Minuten an den Schaltschrank montieren. Sie werden dabei durch einfaches Einrasten in die bereits angebrachten Befestigungen an Ort und Stelle gehalten. Lediglich zwei Schrauben sind nötig, um die Geräte sicher zu befestigen. Die Montage erfolgt komplett von außen, ohne dass der Monteur den Luft-Wasser-Wärmetauscher von innen fixieren muss. Sie sind wartungsfrei und unabhängig von Außentemperaturen sowie Mindestluft-Eintrittsabständen. Neben dem Standard-Anschluss mit Flex-Schlauch und Steckverbinder, beziehungsweise -kupplung sind optional weitere Anschlussarten erhältlich. Dazu gehören Innengewinde, Schnellverschluss, Schlauchdirektanschluss oder das Ermeto SV-System. Diese Vereinfachungen im Handling sparen bei der Inbetriebnahme und im laufenden Betrieb Zeit und damit Kosten.

Umgebungsluft wird nicht belastet

Einen weiteren Vorteil der kombinierten Lösung von Rittal erklärt Dr. Stanik: „Der flüssigkeitsbasierte Kreislauf ist ein integrierter Prozess, der die Umgebungsluft nicht belastet.“ Gerade Betreiber, bei denen viele Maschinen in einer Halle im Einsatz sind, suchen nach einem Ersatz für den üblichen luftbasierten Kühlprozess. Der Grund dafür ist, dass die Abwärme auf andere Maschinen übergehen und dort zu Maßproblemen führen kann. Insgesamt sind flüssigkeitsbasierte Kühllösungen nicht nur unabhängig von Außentemperaturen, sondern auch von Mindestlufteintrittsabständen und Staubeinwirkungen.

Was die Absatzs-Chancen der neuen Maschinen betrifft, sieht der HAMUEL-Geschäftsführer positiv in die
Zukunft: „Der Bedarf an Hightech-Maschinen wie der Serie HSTM wird sich insgesamt in den nächsten zwei bis vier Jahren verdoppeln.“
Die HSTM arbeiten mit horizontaler Werkstückanordnung. Sie eignen sich vor allem für die Bearbeitung von Turbinen- und Kompressorschaufeln, Blisks und Radialverdichtern.
An der Mensch-Maschine-Schnittstelle setzt HAMUEL auf Bediengehäusetechnik der Serie VIP 6000 von Rittal.
Mit dem TopTherm Chiller von Rittal setzt HAMUEL auf eine neue modulare, standardisierte Rückkühllösung auf Basis des TS 8-Schalt¬schrankssystems.
Der TopTherm Chiller von Rittal sorgt über einen integrierten, flüssigkeitsbasierten Kühlkreislauf für effiziente Kühlung der Motoren sowie der Antriebsmodule im Schaltschrank.



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Schaltschranksysteme, Ressourceneffizienz

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