Eckdaten

Rittal befragte bei der Entwicklung seiner neuen Kühlgeräte Chiller-Serie Blue e+ seine Kunden nach ihren Bedürfnissen und setzte den Wunschkatalog Stück für Stück um. Im Vergleich zu herkömmlichen Chillern konnte eine Steigerung der Energieeffizienz um 400 Prozent erreicht werden.

Um die Neuentwicklung genau auf die Bedürfnisse der Anwender ausrichten zu können, befragte Rittal Kunden detailliert nach ihren wichtigsten Anforderungen und Erwartungen an Chiller. Insgesamt 33 Befragungen von Kunden aus dem Maschinenbau, der Laserindustrie, Elektrotechnik und Automation, Prozessindustrie, Druckindustrie und einigen weiteren Branchen wurden mit einer QFD-Analyse ausgewertet. Die Antworten bildeten die Grundlage für neue Ideen und vielfältige Optimierungen, die die Ingenieure in der neuen Serie zur Marktreife entwickelten. Ganz oben auf dem Wunschzettel der Kunden stand eine bessere Energieeffizienz. Gefolgt von einer genauen Temperaturregelung, einer intuitiven und einheitlichen Bedienung, einer Drehzahlregelung der Antriebe sowie einer hohen Verfügbarkeit.

Energieeffizienz erhöht

Mit der innovativen Antriebs- und Regelungstechnik lassen sich durch die neuen Blue e+ Chiller im Vergleich zu Chillern mit Heißgas-Bypass-Regelung bis zu 70 % Energie sparen.

Mit der innovativen Antriebs- und Regelungstechnik lassen sich durch die neuen Blue e+ Chiller im Vergleich zu Chillern mit Heißgas-Bypass-Regelung bis zu 70 % Energie sparen. Rttal

Dass sich die Anforderungen der befragten Unternehmen auf einige zentrale Punkte verdichten, liegt in der Natur der Sache. Bei der spanenden Bearbeitung von Metall mit modernen Werkzeugmaschinen entsteht Wärme, die abgeführt werden muss. Vor allem in der Antriebstechnik in den Spindeln muss die Erwärmung gezielt reduziert werden. Die Kühlung erfolgt mittels Flüssigkeit. Dazu steht ein Chiller bereit, der das dazu benötigte Kühlmedium bereitstellt, sodass die Werkzeugmaschine unabhängig von einer externen Kühlmediumversorgung betrieben werden kann. Im Chiller erzeugt ein Kompressor die notwendige Kälteleistung. Ein Kühlmediumkreislauf transportiert das Kühlmedium dann zum Verbraucher, zum Beispiel den genannten Spindeln oder wassergekühlten Antrieben. Zeitgleich kann der Chiller auch den Schaltschrank der Werkzeugmaschine effizient im Verbund über einen Luft-Wasser-Wärmetauscher klimatisieren.

Größere Temperaturschwankungen in Maschinen gilt es zu vermeiden, da die Wärmeausdehnung der Komponenten zu Ungenauigkeiten am bearbeiteten Werkstück führen würde. Herkömmliche Kompressor-Kältemaschinen arbeiten mit einer Zwei-Punkt-Regelung, ihre Hysterese liegt bei etwa 4 K. Um den Anforderungen von maximal 0,5 K Rechnung zu tragen, kommt die sogenannte Heißgas-Bypass-Regelung zum Einsatz. Sie regelt die gewünschte Temperatur dadurch, dass dem Vorlauf heißes Kältemittel aus dem Rücklauf über ein Regelventil zugeführt wird. Diese Methode arbeitet sehr genau, ist aber nicht energieeffizient. Weil ein Teil der Kälteleistung künstlich vernichtet werden muss, läuft der Kältekompressor stets unter Volllast. Da bis zu 15 Prozent des gesamten Energieverbrauchs einer Werkzeugmaschine auf die Kühlung entfallen, sahen die Ingenieure von Rittal darin einen lohnender Ansatzpunkt, um über kreative Alternativen nachzudenken.

Mit der neuen Serie Blue e+ wurde jetzt eine Chiller-Generation auf den Markt gebracht, die bemerkenswerte Werte bei der Energieeffizienz aufweist. Das entscheidende Maß für die Energieeffizienz bei der Kälteerzeugung ist die sogenannte Energy Efficiency Ratio (EER). Sie wird gebildet aus dem Verhältnis von Kühlleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung. Je höher der EER, desto besser. Herkömmliche Chiller mit Heißgas-Bypass-Regelung weisen einen EER von 1 auf. Die Blue e+ Chiller schaffen einen EER von bis zu 3, was einer Verbesserung von 400 Prozent entspricht. Den Kern dieser Effizienzoptimierung bildet ein drehzahlgeregelter Kompressor. Im Gegensatz zum Betrieb des Kältekompressors unter Volllast bei der Heißgas-Bypass-Regelung, stellt der Inverter-geregelte DC-Kältekompressor nur genau so viel Kälteleistung bereit, wie aktuell benötigt wird. So kann die Hysterese äußerst klein gehalten werden, ohne unnötig Kälteleistung zu verschwenden.

Mit DC-Synchronmotoren bis zu 70 Prozent Energieeinsparung

In den vielen Anwendungen kommen AC-Asynchronmotoren zum Einsatz, die allerdings keinen optimalen Wirkungsgrad aufweisen. Rittal setzt deshalb für den Antrieb der Kompressoren auf DC-Synchronmotoren. Die Drehzahl der Motoren wird mit einem Inverter in Verbindung mit DC-Radialventilatoren und einem elektronischen Expansionsventil exakt geregelt. Dank dieser innovativen Antriebs- und Regelungstechnik laufen die Blue e+ Chiller stets mit der optimalen Drehzahl. Dadurch lassen sich im Vergleich zu Chillern mit Heißgas-Bypass-Regelung bis zu 70 Prozent Energie sparen. Auch die Lebenserwartung der Motoren ließ sich erhöhen, da sie nur selten ein- und ausgeschaltet werden. Eine weitere technische Innovation ist die Microchannel-Technologie in den Wärmeüberträgern, womit die Kältemittelmenge um bis zu 55 Prozent reduziert wird, was die Umwelt entlastet. Erreicht wurde das mit der im Verhältnis zum Volumen größeren Oberfläche für den Wärmeaustausch. Insgesamt sind die Wärmeübertrager dadurch auch kompakter und leichter. Die benötigte Aufstellfläche beträgt nur 0,29 m2, womit sie um 30 Prozent verringert wurde. Zubehör wie Lenkrollen, Nivellierfüßen oder Traversen (Sockel) ermöglichen eine flexible Aufstellung. Die Chiller erfüllen die hohe Schutzart IP54. Deshalb ist ein Betrieb im Semi-Outdoor-Bereich – etwa unter einem Vordach oder innerhalb einer offenen Halle – möglich.

Neue Chiller in drei flexiblen Leistungsklassen

Der von Kundenseite gewünschten Flexibilität trug Rittal in der neuen Chiller-Serie Blue e+ mit drei Leistungsklassen mit Kälteleistungen von 2, 5, 4 und 6 kW (regelbar zwischen 20 bis 100 Prozent) Rechnung. Außerdem konnte der Temperaturbereich der Umgebungstemperatur erhöht werden. Er liegt nun zwischen -5 bis 50 °C. Auch der Bereich für die Vorlauftemperatur des Kühlmediums ist jetzt größer, sie kann zwischen 5 bis 35 °C variieren. Für den Anwender bieten die neuen Chiller ein Plus an Sicherheit durch einen integrierten Strömungssensor im Kühlmediumkreislauf und eine Füllstandsüberwachung. Das zusätzlich im Mediumkreislauf verbaute Überströmventil öffnet automatisch, sobald der Kühlmediumkreislauf am Verbraucher unterbrochen wird. Eine Filtermattenüberwachung informiert den Anwender rechtzeitig über den notwendigen Austausch der Filtermatte.

Den Bediener im Blick

Auch die Kundenwünsche nach einer einfachen Bedienung hat Rittal berücksichtigt. Das Steuerungspanel mit Touch-Display stellt alle Meldungen in Klartext dar, wofür 21 Sprachen zur Verfügung stehen. Der Bediener erhält alle wichtigen Informationen und Statusmeldungen schnell und eindeutig, um umgehend reagieren zu können. Die von den Blue e+ Kühlgeräten bereits etablierte Blue e+ App, die über NFC mit den Geräten kommuniziert, ist auch für die Blue e+ Chiller geeignet. Damit lassen sich wichtige Informationen drahtlos übertragen – gerade wenn mehrere Chiller konfiguriert werden, ist dies eine wichtige Arbeitserleichterung. Auch die Parametrier- und Diagnose-Software RiDiag III kann mit der neuen Serie verwendet werden. Entweder weiterhin über USB oder zukünftig über verschiedene Netzwerkprotokolle mittels Com-Modul. Alle Funktionen, Darstellungen und Bedienmöglichkeiten, die das Touch-Display zu Verfügung stellt, gibt es analog auch auf dem Bildschirm. Spezielle Softwarefunktionen ermöglichen die Analyse der Energieeffizienz und helfen bei der Wartung.

Weniger ist mehr

Um dem Kunden die Auswahl des passenden Gerätes zu erleichtern, entschied sich Rittal mit der neuen Blue e+ Chiller-Generation die Varianten deutlich zu reduzieren. Durch den erweiterten Spannungsbereich (380 bis 415 V, 50 Hz, und 440 bis 480 V, 60 Hz, 3~ (±5 Prozent) lassen sich die Geräte weltweit bei allen gebräuchlichen Netzfrequenzen und Netzspannungen einsetzen. Approbationen bestehen für alle wichtigen Märkte wie cULus Listed, EAC, CCC und GS. Maschinenbauer müssen jetzt nur noch mit einem Gerät planen. Außerdem profitieren sie vom modularen Aufbau der Blue e+ Chiller und Blue e+ Kühlgeräte sowie der konsequenten Gleichteileverwendung, was die Vorhaltung von Komponenten und damit die Lagerkosten deutlich reduziert. Zusätzlich steigt die Effizienz im Servicefall. Alle Komponenten sind mit QR-Codes versehen, um die Nachbestellung von Verbrauchsmaterialien und Ersatzteilen zu erleichtern und Fehlbestellungen zu vermeiden.

Für die Blue e+ Chiller sind verschiedene vorkonfektionierte Optionspakete erhältlich: „Verstärkte Pumpe“, „Inverter-Pumpe“, „Laser“ (Anwendung mit deionisiertem Wasser), „Außenaufstellung“ (Outdoor bis -20 °C), „Kühlung von Öl / Emulsion“, „Integrierter Freikühler“ (Free-Cooler) zur maximalen Energieeffizienz (Hybrid-Betrieb) und eine „wassergekühlte Ausführung“ sowie „integrierte Heizung“ zur Mediumvortemperierung. Für alle Varianten gewährleistet Rittal eine TÜV-geprüfte Leistung nach DIN EN 14511.