Lahntechnik: Richtig kühlen macht produktiver

Werkstückkühlanlagen finden ihren Einsatz dort, wo eine schnelle und präzise Abkühlung von Werkstücken und Produkten notwendig ist. Hier lässt sich durch zielgenaues Temperieren an Produktivität gewinnen und Energie sparen.

Aktive Kühlprozesse in der Fertigung sind energieintensiv und werden häufig so weit wie möglich vermieden. Alternativ folgen auf Wärmeprozesse häufig lange Abkühlzonen in der Fertigungslinie, die auch als Pufferzonen genutzt werden. Doch sowohl die Produktivität als auch die qualitativen Aspekte einer kontrollierten Abkühlung geraten immer mehr der Anwendungen in den Fokus. Insofern wächst das Bewusstsein dafür, dass je nach Prozess eine zielgenaue Temperierung von Werkstücken einen deutlich besseren Kompromiss zwischen Produktivität und Nachhaltigkeit darstellen kann.

Aktiv kühlen in der E-Mobilität

Die zunehmende Nachfrage nach E-Mobilität führt zu einem gesteigerten Bedarf an Werkstückkühlanlagen zur Kühlung von Statoren und Rotoren, zum Beispiel nach der Erwärmung der Blechpakete eines Rotors, worauf der Fügeprozess der Welle folgt. Im Anschluss hat der gesamte Rotor eine Temperatur von etwa 200°C und muss mithilfe eines Kühltunnels auf Temperaturen unter 40°C abgekühlt werden. Anschließend werden die Rotoren den weiteren Bearbeitungsschritten wie zum Beispiel dem Wuchten zugeführt. Die Statoren, welche in Aluminiumgehäusen gefügt werden, durchlaufen ebenfalls einen Kühlprozess. Anspruchsvoll in Bezug auf die Temperaturführung ist das Verharzen und Backen der Statoren. Hierbei ist es entscheidend, die Werkstücke zwar schonend zu kühlen um ein Reißen des Harzes zu verhindern, aber dennoch das warme Werkstück schnell und effektiv so weit abzukühlen, dass es weiterverarbeitet werden kann.

Kühlung für Komponenten von Verbrennungsmotoren

Aber auch bei den bewährten Verbrennungsmotoren besteht in der Fertigung Kühlbedarf. So werden die Werkstücke nach Fräs- oder Drehprozessen nasschemisch gereinigt, um Späne und Kühlschmierstoffreste zu entfernen. Dabei erwärmen sich die Teile auf bis zu 60°C. Da die nachfolgende Bearbeitung oftmals Raumtemperatur erfordert, durchlaufen die Werkstücke im Anschluss immer häufiger eine Werkstückkühlanlage um innerhalb weniger Minuten zur weiteren Bearbeitung bereitzustehen. Kühltunnel haben sich diesbezüglich als schnelle und praktikable Lösung anstelle von Abkühlbereichen erwiesen, die früher als Pufferzonen dienten und längere Stillstandszeiten verursachten.

Kühlung für Bremsscheiben

Die bevorstehende KFZ-Emissionsnorm EU7, die voraussichtlich 2025 in Kraft treten wird, macht es notwendig, Bremsscheiben mit einer Hartstoffbeschichtung zu versehen, um den Bremsenabrieb zu reduzieren. Solche Beschichtungen werden in der Regel durch ein Laserverfahren aufgebracht, was allerdings eine Erwärmung der Bremsscheiben auf Temperaturen von mehreren 100°C bewirkt. Um trotzdem die geforderte Linientaktzeit einzuhalten und große Stellflächen zur Abkühlung zu vermeiden, kommen auch in diesem Fall Werkstückkühlanlagen zum Einsatz. Sie ermöglichen eine effiziente und gezielte Kühlung der Bremsscheiben ohne dabei die qualitative Integrität der Hartstoffbeschichtung zu beeinträchtigen. Damit tragen Werkstückkühlanlagen maßgeblich zur Optimierung des Herstellungsprozesses von Bremsscheiben bei.

Zwei Modellvarianten zur Kühlung

Je nach Verfügbarkeit der Kühlmedien entscheidet die Duotemp Kältetechnik GmbH, eine 100-prozentige Tochter der Lahntechnik zwischen den Baureihen WKT oder DVT. Beim Modell WKT wird die erzeugte Kaltluft innerhalb des Kühltunnels umgewälzt und kühlt die Werkstücke auf das gewünschte Temperaturniveau ab. Die Abwärme aus dem Kühlprozess wird direkt über einen Kaltwasserwärmetauscher ans kundenseitige Kaltwasser abgegeben. Hierfür ist keine zusätzliche Kältemaschine notwendig. Sowohl die erreichbare Abkühl-Temperatur als auch die Kühlgeschwindigkeit hängt jedoch von der verfügbaren Menge und Temperatur des Kaltwassers ab, diese muss unterhalb der geforderten Werkstücktemperatur liegen. Im Gegensatz dazu sorgt beim Modell DVT ein integrierter Kältekreislauf für die erforderliche Wärmeabfuhr. Durch das Verdampfen des Kältemittels wird dem Kühlluftstrom und indirekt den Werkstücken, die Wärme entzogen. Die aus dem Prozess aufgenommene Wärmeenergie kann an ein Kühlwassernetz oder an die Hallenluft abgegeben werden. Durch den Kältekreislauf lässt sich nahezu jede beliebige Kühltemperatur erzeugen und ein von den Standortbedingungen weitgehend unabhängiger Prozess realisieren. Grundsätzlich wird die Kühlleistung nach den Vorgaben des Kunden berechnet. Dazu gehören Taktzeit, Werkstückgewicht, Werkstoff sowie Ein- und Austrittstemperatur des Werkstücks.

Diesbezüglich hat die Duotemp Kältetechnik GmbH 47 Jahre Erfahrung im Bereich der industriellen Kältetechnik. Zur Produktfamilie gehören Werkstück- und Prozesskühlung sowie die Schwadenkondensation. Die Abkühlgeschwindigkeit wird im ersten Schritt aufgrund von Erfahrungswerten geschätzt. Um jedoch genaue Ergebnisse und Planungssicherheit zu erlangen, erfolgt die Ermittlung der Abkühldauer empirisch im Versuch. Diese hängt von verschiedenen Faktoren wie der Form, dem Werkstoff, der Oberfläche und der Dicke der Werkstücke ab.

In einer Versuchsanlage wird die Abkühlkurve ermittelt, um die Länge der Kühlstrecke festzulegen. Im Versuchsaufbau wird der Prüfling zunächst auf die erwartende Eintrittstemperatur erwärmt. Anschließend wird eine Kühlzone simuliert, bei der Düsen Kühlluft auf das Werkstück blasen, während Sensoren die Abkühlung auf der Oberfläche aufzeichnen. Wenn möglich, werden auch Kernmessungen durchgeführt. Diese Tests umfassen unterschiedliche Düsenanordnungen, Luftgeschwindigkeiten und Kühllufttemperaturen. Nur durch solche umfassenden Tests lassen sich optimale Angaben über die Ausführung der Kühlzone machen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass die gewünschte Abkühlgeschwindigkeit erreicht wird und die Werkstücke die erforderlichen Spezifikationen für die nachfolgende Bearbeitung erfüllen.

Duotemp Kältetechnik GmbH

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