Bis zu 80 Prozent Energieeinsparung und sichere Produktion selbst bei Stromausfall: technotrans entwickelt Großkühlanlage für OTTO FUCHS
Sassenberg – Um Spitzenqualität in der Metallverarbeitung zu erreichen, müssen alle Prozessparameter optimal ineinandergreifen – ein präzises und effizientes Thermomanagement ist dabei unerlässlich. Für die OTTO FUCHS Gruppe am Standort Meinerzhagen entwickelte technotrans eine kundenspezifische Kühllösung für den Einsatz im Horizontalstrangguss. Das Ergebnis: eine Zwei-Megawatt-Kühlanlage mit höchster Betriebssicherheit, die dank der Kombination aus unterschiedlichen technischen Maßnahmen eine Energieersparnis von 70 bis 80 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ermöglicht.
Im Jahr 1910 als Messinggießerei gegründet, ist die OTTO FUCHS KG heute eines der international führenden Unternehmen der NE-Metallindustrie mit Standorten in Deutschland, Ungarn, China, Südafrika und den USA. Die Produkte des Unternehmens zeichnet vor allem eines aus: höchste Qualität für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrttechnik, Automobil- und Bauindustrie sowie in der Industrietechnik. Am Standort Meinerzhagen investierte OTTO FUCHS 2019 in eine Gießereierweiterung, um die Produktionskapazitäten zu steigern. Mit der neuen Anlage stellt der Metallverarbeiter je nach Bedarf Stangen im Durchmesser von 40 bis 82 Millimetern und einer Länge von bis zu sieben Metern in zwei verschiedenen Aluminiumlegierungen her. Die Gießerei produziert die Stangen ausschließlich für die interne Weiterverarbeitung bei OTTO FUCHS.
Eine Besonderheit der Erweiterung liegt im Einsatz eines für OTTO FUCHS neuen Gießverfahrens: dem Horizontalstrangguss. Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass auch kleinere Durchmesserbereiche wirtschaftlich gegossen werden können: „Unter anderem durch den Wegfall bestimmter Arbeitsprozesse, etwa dem nachträglichen Homogenisieren, Sägen, Aufheizen und Strangpressen, arbeiten wir schneller sowie material- und kosteneffizienter“, sagt Victoria Gebhardt, Projektingenieurin Gießerei bei OTTO FUCHS. Im Horizontalstrangguss spielen Kühltechnik und Wasserqualität eine essenzielle Rolle, weshalb OTTO FUCHS auf eine maßgeschneiderte Anlagenlösung der technotrans solutions GmbH setzt. Am Standort Meinerzhagen arbeiten die Unternehmen seit mehr als 25 Jahren zusammen. Von den bis dato mehr als 50 gemeinsamen Projekten ist die Kühlanlage für die neue Gießerei mit einem Auftragsvolumen im siebenstelligen Bereich der bis dato größte Auftrag, den der Thermomanagement-Spezialist für OTTO FUCHS realisiert hat.
Maximale Betriebssicherheit und Qualität als Grundvoraussetzung
Die Anforderungen an die neue Kühlanlage waren dabei besonders hoch: maximale Prozess- und Betriebssicherheit zu jeder Zeit, eine hohe Regel- und Prozessgenauigkeit, größtmögliche Energieeffizienz, optimale Instandhaltungsmöglichkeit, enge Schallschutzanforderungen und die Bauweise als geschlossenes System. In der Vergangenheit setzte OTTO FUCHS auf Kühltürme, die jedoch aufgrund ihrer Anfälligkeit für Verschmutzungen und der Anreicherung von Legionellen im Kühlwasser für dieses Projekt nicht mehr infrage kamen. Außerdem ist eine exakte Regelung und das Halten der Vorlauftemperatur bei hohen Außentemperaturen mit ihnen nicht möglich. Im Gegensatz zu Kühltürmen besteht bei der neuen Anlage keine Gefahr, dass Pollen, Insekten, Dämpfe, Öle oder Stäube aus der Außenumgebung in das Kühlwasser gelangen. Außerdem entfallen der Aufwand für eine Anmeldung und eine regelmäßige Prüfung der Anlage durch Sachverständige gemäß der 42. Bundes-Immissionsschutzverordnung zum Schutz vor Legionellen aus Verdunstungskühlanlagen, Kühltürmen und Nassabscheidern (42. BImSchV). „technotrans erfüllt mit seiner Anlagentechnik all unsere Anforderungen“, sagt Florian Franze, Projektingenieur Versorgung bei OTTO FUCHS.
Das technotrans-Kühlsystem besteht aus einer Containerlösung, die 22 x 6 x 7 Meter misst und eine Kühlleistung von zwei Megawatt erzeugt – zum Vergleich: Ein neues Einfamilienhaus hat einen Heizleistungsbedarf von ungefähr 8 bis 9 Kilowatt. Dank der Installation von Freikühlern auf dem Dach der Anlage zur Kälteerzeugung mithilfe der Außenluft arbeite diese besonders energieeffizient, sagt Fabian Heuel, Division Manager Sales und Mitglied der Geschäftsleitung der technotrans solutions GmbH: „Die vorab durchgeführte Betriebskostenrechnung belegt, dass OTTO FUCHS je nach Auslastung im Vergleich zu marktüblichen Standardkonzepten mit unserer Anlage rund 70 bis 80 Prozent Energie einspart.“ Die technotrans-Lösung kann über einen Großteil der Jahresstunden die volle Kälteleistung ohne Einsatz von Kältekompressoren zur Verfügung stellen. In puncto Risikominimierung zog technotrans zudem alle Register: „Die Anlage ist hinsichtlich der Betriebssicherheit fast schon einmalig“, erklärt Heuel. „Sämtliche Pumpen und Aggregate sind redundant ausgelegt. Selbst bei einem Stromausfall laufen die Gießförderpumpen weiter, sodass der Strang noch kurzzeitig gekühlt werden kann.“ Ein mitgeliefertes Ersatzteilpaket sorgt für zusätzliche Sicherheit.
Bedarfsgerechte Zwei-Kreisläufe-Lösung
Im Inneren der Anlage arbeiten zwei Kreise: Der Gießkreis, dessen Kühlwasser auf den Guss aufgedüst wird, ist mit einem Wärmetauscher vom Rückkühlkreis getrennt, um eine verfahrensbedingte Verunreinigung zu vermeiden. Denn es handelt sich beim Gießkreis um ein offenes System, das Sauerstoff ausgesetzt ist, was eine Wasserfilterung und -aufbereitung notwendig macht. Im Gießkreis befinden sich zwei Filtereinheiten: Ein Vollstromfilter, der sich automatisch rückspült und ein Nebenstromfilter am Wasserbecken, der permanent Kleinstpartikel filtert. „Das sorgt für eine gleichbleibend hohe Wasserqualität, die essenziell für den Gussprozess ist. Außerdem senken wir durch die möglichst häufige Wiederaufbereitung den Wasserverbrauch“, betont Heuel. Bei verunreinigtem Wasser würde sich das Sprühbild verändern. Im Gießkreis arbeiten zudem frequenzgeregelte Pumpen, um den notwendigen Druck konstant zu halten und zudem unnötige Energie einzusparen
Der zweite Kreislauf ist ein drucküberlagert gebauter Rückkühlkreis. Dieser geschlossene Kreislauf versorgt den Wärmetauscher des Gießkreises sowie mehrere weitere Verbraucher – beispielsweise die Elektrik der Ofenkühlung, Hydraulikaggregate und die Hallenabsaugung. „Der Rückkühlkreis arbeitet mit einer Verbundschaltung: Solange die Außenlufttemperatur niedrig genug ist, nutzt die Anlage ausschließlich die Freikühlung. Ist das nicht mehr möglich, laufen nacheinander zwei große Kältemaschinen stufenlos an, die zunächst die Freikühlung unterstützen und bei hohen Außentemperaturen die volle Kühlleistung übernehmen“, erklärt Heuel. Im Gegensatz zum Wettbewerb baut technotrans die Kältemaschinen selbst und stattet sie mit einem speziellen Energiesparmodul aus, das mittels intelligenter Temperaturregelung dafür sorgt, dass die Maschinen energieeffizient immer im optimalen Wirkungsgrad laufen. „Vereinfacht ausgedrückt heißt das: Nur bei Hochsommertemperaturen laufen die Kältemaschinen im niedrigeren Wirkungsgrad. Bei niedrigeren Außentemperaturen regeln sie die Leistung automatisch entlang des Prozessbedarfs und abhängig der Außentemperatur herunter“, sagt Heuel.
Optimale Wassereigenschaften für einen empfindlichen Gießprozess
Um die gewünschten Materialeigenschaften, beispielsweise die erforderliche Duktilität der Stangen, im Horizontalstrangguss zu erreichen, sei das eingesetzte Kühlwasser von entscheidender Bedeutung, so Gebhardt. „Diese neue Gießtechnologie ist empfindlich gegenüber äußeren Einwirkungen, die sich sofort in der Qualität bemerkbar machen. Deshalb müssen besonders enge Toleranzen hinsichtlich Organik, Leitfähigkeit, Druck und Temperatur des Wassers eingehalten werden.“ OTTO FUCHS arbeitet in einem kontinuierlichen Gießbetrieb von 24 bis 36 Stunden ohne Unterbrechung. Verunreinigungen des Wassers würden unter anderem dazu führen, dass sich zum Beispiel Kalk an den Austrittsbohrungen der Kokille ablagert, den Wasserstrahl an der Lauffläche zerstreut und somit die Oberflächenqualität der gegossenen Stangen negativ beeinflusst. Das ist aufgrund der besonderen Filtration des Wassers in der Anlage ausgeschlossen.
Die Qualitätsanforderungen seitens OTTO FUCHS erstrecken sich beim Projekt bis ins kleinste Detail: Alle Rohrleitungen sind zugunsten der Hygiene und Stabilität aus Edelstahl gefertigt, zudem verfügt der Container über sehr viel Freiraum im Inneren, um einen besseren Zugang zu einzelnen Komponenten und somit eine insgesamte leichtere Instandhaltung sicherzustellen. Das begeisterte auch technotrans, sagt Heuel: „Uns hat das Projekt besonders viel Spaß gemacht. Nicht nur, weil es das größte seiner Art mit OTTO FUCHS ist, sondern weil wir uns technisch auf einem sehr hohen Niveau bewegen und das Beste vom Besten umsetzen konnten – ohne dabei Kompromisse einzugehen.“ Darüber hinaus ist die Anlage so ausgestattet, dass jeder Parameter – beispielsweise die Temperaturen und Kühlleistungen – ausgelesen und an die Prozessleitwarte von OTTO FUCHS übergeben werden kann. Auch technotrans kann im Servicefall per Fernwartung vom Firmensitz in Meinerzhagen aus auf die Anlage zugreifen, was die Reaktionszeiten deutlich verkürzt.
Pandemiebedingte Herausforderungen gemeinsam gemeistert
In Bezug auf die Umsetzung konnten technotrans und OTTO FUCHS das Projekt trotz schwieriger Rahmenbedingungen erfolgreich im dafür vorgesehenen Zeitfenster realisieren. Denn die entscheidende Phase begann praktisch mit dem Ausbruch der Coronapandemie. „Dieser Umstand hat uns über das gesamte Projekt hinweg begleitet und uns vor zahlreiche Herausforderungen gestellt – unter anderem Lieferschwierigkeiten für bestimmte Komponenten“, sagt Nico Küls, Geschäftsführer der technotrans solutions GmbH. Der erfolgreiche und schnelle Projektabschluss sei insbesondere durch die jahrelange enge Kooperation möglich gewesen, die OTTO FUCHS und technotrans zu einem eingespielten Team gemacht habe. Das unterstreicht auch Franze seitens OTTO FUCHS: „Bei technotrans stimmt einfach das Gesamtpaket: die örtliche Nähe am gemeinsamen Standort Meinerzhagen, die schnellen Abstimmungen und die vertrauensvolle Zusammenarbeit. Wir sind sehr zufrieden mit der Anlage.“