Ideal für Budget und Umwelt

Mit der Entwicklung des ersten europäischen Heißwasser-Hochdruckreinigers Dampfstrahler DS 350 hat Alfred Kärcher 1950 ein Produkt auf den Markt gebracht, dessen großer Erfolg dazu führte, dass heute jeder den Namen des Herstellers kennt. Die Konstruktion für die Erhitzung des Wassers erwies sich dabei als so zukunftsweisend, dass sie noch heute in vielen Geräten eingesetzt wird.

Ein großer Teil des Erfolgs des Unternehmens geht dabei auf moderne Werkstoffe und innovative Verarbeitungsverfahren zurück. Designfreiheit bei der Gehäusegestaltung, geringes Gewicht, Robustheit und gutes Handling sind nur einige der Eigenschaften, die die Hochdruckreiniger auszeichnen und die ohne Kunststoffe undenkbar wären. Dabei bestimmen sowohl bei Zukaufteilen als auch in der Eigenfertigung höchste Qualität und Zuverlässigkeit die Auswahl der Partner.

Ein Beispiel dafür ist die Spritzgießfertigung in Winnenden, in der Kärcher große Kunststoffteile selbst herstellt und dabei sowohl bei der Werkzeugtemperierung als auch bei der Kühltechnik auf die Zusammenarbeit mit gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik in Meinerzhagen setzt.

Die Halle, in der sich die Kunststoffverarbeitung befindet, wurde 2007 am Standort Winnenden errichtet. Gunther Laube von der Fertigungsplanung bei Kärcher erklärt: “Wir fertigen hier vorwiegend auf Engel-Maschinen mit hohen Schließkräften Abdeckhauben für beheizte und unbeheizte Hochdruckreiniger sowie Bodenreiniger.” Diese Geräte werden weltweit verkauft. Dabei handelt es sich um große Teile, die das Unternehmen auch in relativ geringen Stückzahlen, Losgrößen im Bereich von 200 bis 1000 Stück, produziert. Danach steht ein Werkzeugwechsel an, und das nächste Teil wird produziert. “Für uns hieß das immer viel Zeitaufwand, bis die manuell regelbare Wasserverteilung einigermaßen eingestellt war. Wir haben nach Möglichkeiten gesucht, dies zu automatisieren”, erklärt Laube. gwk installierte bereits die Kühltechnik für die Halle und empfahl Kärcher schließlich das itd(integrat direct)-System.

Hohe Flexibilität

“Die Temperierexperten von gwk machen einen guten Job. So setzt die Spritzerei an unserem Standort in Bühlertal ebenfalls auf gwk, genauso wie unser Werk in China, wo eine gwk-Kühlanlage im Einsatz ist.”
Gunther Laube, Fertigungsplaner bei Kärcher
Bild: gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH, Alfred Kärcher GmbH & Co.

Laube erinnert sich vor allem an die hohe Flexibilität der Experten aus Meinerzhagen bei der Planung und Umsetzung des Kühlsystems für die neue Produktionshalle: “Die räumliche Gestaltung beim Einbau der zentralen Kühlanlage war aufgrund des Platzmangels nicht so einfach. Doch die Experten von gwk sind auf unsere Vorstellungen eingegangen, während andere Anbieter uns nur ihre Standardlösungen verkaufen wollten.”

Die zentrale Kühlanlage mit 736 kW Kälteleistung, Wärmerückgewinnung und Wasseraufbereitung ist als Zwei-Kreis-Kühlsystem ausgeführt, mit einem Werkzeug- sowie einem Hydraulikkühlkreis. Die Werkzeugkühlung wird über einen wassergekühlten, energiesparenden Industriekaltwassersatz mit stufenloser Leistungsregulierung und elektronischem Expansionsventil realisiert. Den Kühlkreis für die Hydraulik speist eine hermeticool-hybrid-Einheit.

Hermeticool-Kühlanlagen von gwk nutzen die Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht und den verschiedenen Jahreszeiten, um auf kostengünstigste Weise kaltes Wasser für Produktionseinrichtungen zu erzeugen. Hierbei wird die Laufzeit der zusätzlichen Kältemaschine auf ein Minimum reduziert. gwk-Freikühler sind platzsparende und energieeffiziente Kühlsysteme. Der hermeticool-hybrid-Kreislauf (adiabater Freikühler) stellt ein geschlossenes Kühlwassersystem dar.

Effiziente Kühlung

Die vollautomatisch arbeitende kompakte Kühlwasseraufbereitungsanlage active von gwk sorgt für das notwendige saubere Wasser.
Bild: gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH, Alfred Kärcher GmbH & Co.

Doch gwk sorgt bei Kärcher nicht nur für effizienteste Kühlung, sondern auch für das notwendige saubere Wasser. Aufgrund der vielen Bögen wäre herkömmliche Wasserqualität ein Problem. Mögliche Verstopfungen der Kühlkanäle an diesen Stellen hätten immer wieder mechanische Reinigungen zur Folge, um instabile Prozesse und ungeplante Ausfallzeiten zu vermeiden. Dies wird dank der Wasseraufbereitungsanlage active von gwk verhindert. Sie vereint alle Verfahren zur Aufbereitung, Konditionierung und Pflege von Zusatz- und Kreislaufwasser für offene und geschlossene Wärmeübertragungssysteme in einem Gerät.

Dank der permanenten Kreislauffiltration im Nebenstrom werden Schwebestoffe entfernt, und das Kühlwasser bleibt stets sauber. Der Filter spült bei einem hohen Verschmutzungsgrad automatisch zurück und reinigt sich damit selbsttätig.

Die bei Kühlung und Wasseraufbereitung begonnene erfolgreiche Zusammenarbeit umfasste auch die lückenlose Integration der Werkzeugtemperierung. Nachdem die Experten von gwk die Ist-Situation bestimmt und die Aufgabenstellung festgelegt hatten, wurde ein projektspezifisches Temperierkonzept erstellt.

Trends μ-genau
hermeticool hybrid von gwk

• arbeitet in einem geschlossenen Kühlwasserkreislauf
• funktioniert sauber, wartungsfrei und ohne Wasserverlust
• ersetzt offene Verdunstungskühltürme, vermeidet die Nachteile der Verschmutzung, Salz- und Sauerstoffanreicherung
• arbeitet nach dem Luftkühlerprinzip
• senkt die Temperatur der Kühlluft auf den Taupunkt ab
• stellt Kühlwasser mit einer Temperatur unterhalb der Außentemperatur zur Verfügung
• gibt es in Leistungsstufen von 50 kW bis 6 MW Nennkühlleistung

Prozessüberwachte Temperierung

Im nächsten Prozessschritt wurden die Temperiergeräte von den gwk-Fachleuten so ausgelegt, dass die exakte Temperaturregelung in allen Bereichen der Spritzgießform sichergestellt ist. Dabei bringt bei Kärcher die segmentierte Mehrkreistemperierung beste Resultate. Ihr Grundprinzip liegt darin, den pro Flächenelement unterschiedlichen Wärmeeintrag vom Formteil in das Spritzgießwerkzeug in der Weise zu berücksichtigen, dass über das gesamte Formteil ein einheitliches Temperaturprofil erzielt wird.

Das modular aufgebaute Mehrkreis-Temperiersystem integrat direct von gwk sorgt für die segmentierte Werkzeugtemperierung.
Bild: gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH, Alfred Kärcher GmbH & Co. KG

In Verbindung mit einer direkten Kühlung wird nach Meinung der Beteiligten eine optimale Formteilqualität bei kürzestmöglicher Zykluszeit und niedrigstem Energieverbrauch erreicht. An einer vorhandenen Spritzgießmaschine mit 3200 t Schließkraft von Engel waren bereits zwei große Temperiergeräte teco wd 150 von gwk in alter Bauform installiert, die in den Werkzeugen für definierte Temperaturen sorgen sollen.

Laube blickt zurück: “Aufgrund der vielen Werkzeugwechsel haben wir immer viel Zeit aufwänden müssen, um die Wasserverteilung manuell zu regeln.” Um dies zu optimieren, wurde die Maschine mit dem modular aufgebauten Mehrkreistemperiersystem integrat direct (itd) von gwk für die segmentierte Werkzeugtemperierung ausgerüstet. Das Temperiersystem verteilt das Wasser individuell auf die einzelnen Werkzeugkreise.

Das itd vereint laut den Angaben von gwk die Vorteile der bislang weit verbreiteten üblichen Wasserverteiler, der Impulskühlsysteme und der kontinuierlich arbeitenden Temperiergeräte und eliminiert dabei die Nachteile der jeweiligen Systeme. In Abhängigkeit von den an der Regeleinheit vorgegebenen Temperaturdifferenzen oder von den Wassermengen regelt das System dann automatisch die Wassermengen für jeden einzelnen Werkzeugkreis.

Stand der Technik

Die Temperiergeräte teco wd 150 von gwk stellen definierte Temperaturen für die Werkzeuge zur Verfügung.
Bild: gwk Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbH, Alfred Kärcher GmbH & Co. KG

Im Jahr 2011 kam in der Kärcher-Spritzerei in Winnenden eine weitere neue Spritzgießmaschine mit 1000 t Schließkraft von Engel hinzu. Sie wurde ebenfalls mit zwei großen Temperiergeräten teco wd 150 in neuer Bauform, Werkzeug­entleerung und Werkzeugcheck sowie zwei Filtern ausgestattet. Die Ansteuerung erfolgt direkt über die Engel-Steuerung CC200.

Während die Integration der itd-Komponenten bei Engel ausgeführt wurde, hat gwk die Temperiergeräte installiert und an die Schottbleche der Maschine angeschlossen. Jeweils düsen- und auswerferseitig kamen einmal vier und einmal sechs itd-Kreise zum Einsatz.

Zeit sparen beim Umrüsten

Das Konzept von gwk setzt weit vor der Spezifikation von Leistungsdaten für Temperiergeräte und Kältemaschinen an. Das Unternehmen betrachtet beide Bereiche niemals isoliert voneinander. Je feiner die in beiden Systemen benötigten Temperaturen, Drücke und Durchflussmengen aufeinander abgestimmt werden, desto besser wird laut Hersteller das Temperierergebnis und desto niedriger sollen für den Anwender letztlich die Energiekosten ausfallen. Dank einer umfassenden Analyse der Energieströme und der genauen Kenntnis der thermischen Anforderungen und Zusammenhänge im Gesamtprozess waren die Leute von gwk in der Lage, das energetische Potenzial sowohl in den Verarbeitungsprozessen als auch in den Infrastrukturbereichen des Betriebs auszuschöpfen.

Profil
Alfred Kärcher GmbH & Co. KG
Das 1935 gegründete Familienunternehmen Alfred Kärcher GmbH & Co. KG in Winnenden, Baden-Württemberg, entwickelte sich bis heute zu einem Weltkonzern mit rund 10 600 Beschäftigten. 1950 brachte Alfred Kärcher den ersten europäischen Heißwasser-Hochdruckreiniger auf den Markt. Der Weltmarktführer für Reinigungstechnik verkaufte 2013 fast 12,5 Mio. Geräte und erzielte damit ein Umsatz von 2,05 Mrd. Euro. Kärcher hat seit seiner Gründung über 1500 Patente und Designschutzrechte angemeldet.

Überzeugender Ansatz

Die Verantwortlichen bei Kärcher hat dieser Ansatz überzeugt. Eine neue Engel-Maschine mit 1000 t Schließkraft, die kürzlich in Betrieb ging, ist ebenfalls mit dem itd-System mit 20 Regelkreisen und zwei direkt gekühlten Temperiergeräten ausgestattet. Dabei ist das System nahezu identisch zu der bestehenden 1000-t-Maschine. Nur die Ansteuerung erfolgt nicht über die Engel-Software, sondern über das neue 7-Zoll-Touch-Panel von gwk.

Ebenfalls geändert wurde die Werkzeugentleerung, die nun in einem modernen Gehäuse untergebracht ist. Fertigungsplaner Laube fasst zusammen: “Die Temperierexperten von gwk machen einen guten Job. Das hat sich bei Kärcher übrigens herumgesprochen. So setzt die Spritzerei an unserem Standort in Bühlertal inzwischen ebenfalls auf gwk-Technik, genauso wie unser Werk in China, wo eine Kühlanlage des Unternehmens im Einsatz ist.”