DE3212796C1 - Spritzgießmaschine mit einer Abwärmenutzung aus dem Hydrauliköl über eine Niedertemperaturheizvorrichtung - Google Patents

Description

• Erfindungsgemäß wird dies entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 erreicht durch einen Heizkörper, der über Ventile und Rohre mit dem Hydrauliköl verbunden ist. Dabei wird auf Zwischenschaltung und Verwendung weiterer Maschinen, Antriebselemente und energieverbrauchende Aggregate verzichtet.
• Ein besonderer Vorteil der Abwärmenutzung über die erfindungsgemäße Niedertemperaturheizvorrichtung liegt in der geringen Wartung, da das Hydrauliköl frei von den bei Kühlwasser bekannten Kalkablagerungen ist. Korrosion in Form von Rost tritt ebenfalls nicht auf. Die direkte Ausnutzung des Hydrauliköls als Wärmeträger und Kontaktmedium erlaubt geringen Aufwand an Installationsmaterial und -arbeiten. Es wird mit der erfindungsgemäßen Niedertemperaturheizvorrichtung die Wärmeenergie im Hydrauliköl wirtschaftlich nutzbar gemacht.
• Eine Spritzgießmaschine mit Abwärmenutzung wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Spritzgießmaschine im schematischen Aufbau, F i g. II die Darstellung des Hydraulikschemas einer Spritzgießmaschine, F i g. III ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Niedertemperaturheizkörperverfahrens, F i g. IV ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Niedertemperaturheizkörperverfahrens.
• Der Spritzgießvorgang wird als Stand der Technik bekannt vorausgesetzt.
• Bei einer Spritzgießmaschine mit Plastifiziereinheit, Schließeinheit A mit Spritzgießwerkzeug C und Maschinengestell B wird das Hydrauliköl vom Tank H mit ein oder mehreren Druckpumpen D den einzelnen Arbeitseinheiten F, z.B. der Plastifiziereinheit, über Steuerventile E zugeführt. Das Hydrauliköl fließt von den Arbeitseinheiten F über die Steuerventile E über mehrere oder einen gemeinsamen Rücklauf G zum Tank Hzurück. Druck, Reibung und Scherung erzeugen Wärme im Öl bei den ölhydraulischen Arbeitseinheiten Fin den Steuerventilen Eund selbst im Rohrleitungssystern. Würden keine Gegenmaßnahmen getroffen, würde das Hydrauliköl sich weiter aufheizen und thermisch geschädigt. Aus diesem Grunde ist bei Spritzgießmaschinen im Rücklauf G und/oder am Tank H ein meist wasserbetriebener Ölkühler K angebracht.
• Über ein Thermostatventil Ll wird die benötigte Kühlwassermenge im Vor- oder Rücklauf der Wasserleitung des Ölkühlers Kje nach Öltemperatur geregelt Eine Öltemperatur von 500C hat sich als geeignet erwiesen. Die Wärmeenergie des Hydrauliköls wird nun durch ein Niedertemperaturheizkörperverfahren zur Raumheizung verwendet. Der Ölkühler K wird durch einen, zum direkten Durchfluß des Hydrauliköls angeschlossenen Niedertemperaturheizkörper M ersetzt. Beim Niedertemperaturheizkörper M sind die wärmeaustauschenden Flächen mit Lamellen und Rohrschlangen entsprechend der Wärmeleitfähigkeit des Hydrauliköls ausgelegt, und ermöglichen somit einen intensiven Kontakt der wärmetauschenden Medien.
• Das in dem Rücklauf G ankommende heiße Öl durchfließt den Niedertemperaturheizkörper M und gibt Wärmeenergie an einen von einem Ventilator erzeugten Luftstrom ab. Das (um 10-20"C) heruntergekühlte Hydrauliköl fließt in den Tank H zurück und steht für neue Arbeitstakte ein den Druckpumpen D und Arbeitseinheiten F zur Verfügung. Über ein Raumthermostatventil L 11 kann der Luftstrom und/oder die Drehzahl des Ventilators geregelt werden. Es ist auch eine Regelung über den Rücklauf G möglich, in dem nur eine bestimmte Ölmenge dem Niedertemperaturheizkörper Mzugeführt wird. Bei Sommerbetrieb mit einem Niedertemperaturheizkörper M kann, wenn weniger oder keine Raumwärme benötigt wird, die Warmluft ins Freie geführt werden. Es hat sich jedoch für den Sommerbetrieb und Anfahrbetrieb zur konstanten Regelung als vorteilhaft erwiesen, den standardmäßig eingebauten Olkühler K nach F i g. III je nach Bedarf zusätzlich zu- oder abzuschalten. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird nach F i g. IV vom Tank H je nach Wärmebedarf Hydrauliköl über eine Pumpe, welche durch das Raumthermostatventil L II gesteuert wird, dem Niedertemperaturheizkörper M zugeführt.
• Sinkt die Öltemperatur unter den Schaltpunkt des Ölthermostatventils Ll, so wird der Kühlwasserfluß unterbrochen bzw. gedrosselt und die Wärmeenergie ausschließlich im Niedertemperaturheizkörper M umgewandelt. Es ist damit eine Kombination von Ölkühler K und Niedertemperaturheizkörper M geschaffen, welche eine Überhitzung des Hydrauliköls vermeidet, da beide Teile je nach Bedarf zu- und abgeschaltet werden und sich eine Raumheizung je nach erforderlichen Temperaturen von selbst regelt. Es können darüber hinaus die bereits bekannten und bei anderen Heizverfahren eingesetzten Regelanlagen verwendet werden. Hier kann die Nachtabsenkung oder Außenthermostatregelung und dergleichen verwendet werden.
• Es ist auch bei kleineren Spritzgießmaschinen mit nur geringen Öltankinhalten die Koppelung mehrerer Maschinen an einen Niedertemperaturheizkörper M möglich. Bei großen Spritzgießmaschinen mit einigen 100 Liter ölfassenden Tanks H wird zweckmäßig ein Niedertemperaturheizkörper M installiert. Auch die Übertragung der Wärmeenergie auf andere Räume aus der Spritzmaschinenhalle ist möglich. Dies ist vorteilhaft bei maschinenintensiven Produktionen. Die Verbindungsleitungen müssen nur entsprechend dimensioniert und isoliert sein.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Spritzgießmaschine mit einer Abwärmenutzung aus dem Hydrauliköl über eine Niedertemperaturheizvorrichtung mit Regelventilen, durch die die Abwärme der Spritzgießmaschine über den Wärmeträger einem Niedertemperaturheizkörper zur geregelten Kühlung des Hydrauliköls zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Nieder~ temperaturheizkörper (M) für einen direkten Durchfluß des heißen Hydrauliköls als Wärmeträger an den Tank (H) und/oder den Rücklauf (G) für das Hydrauliköl der Spritzgießmaschine angeschlossen ist und daß zur erforderlichen Rückkühlung des Hydrauliköls ein erzeugter oder sich selbst einstellender Luftstrom zur Raumheizung über ein Raumthermostatventil (L II) und/oder die durch den Niedertemperaturheizkörper fließende Hydraulikölmenge über ein Ölthermostatventil (L I) regelbar ist 2. Spritzgießmaschine mit einer Abwärmenutzung aus dem Hydrauliköl über eine Niedertemperaturheizvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niedertemperaturheizkörper (M) parallel oder hintereinander zum Ölkühler (K) der Spritzgießmaschine mit dem Tank (H) verbunden ist und daß für den Anfahr- und Sommerbetrieb der Niedertemperaturheizkörper (M) und der Ölkühler (K) gemeinsam oder unabhängig voneinander regelbar ist.

   Die Erfindung betrifft eine Spritzgießmaschine mit einer Abwärmenutzung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

   Die Erfindung beinhaltet die Rückgewinnung der im Arbeitsmedium-Ol bei ölhydraulischen Arbeitseinheiten entstehenden bzw. injizierten Wärmeenergie. Es ist dabei ein Niedertemperaturheizkörper über Ventile und ein Rohrleitungssystem mit dem Hydrauliköl verbunden und in regenerativer Arbeitsweise gekoppelt. Die fortschreitende Automatisierung brachte in der Vergangenheit eine Explosion auf dem Markt der ölhydraulischen Maschinen und Anlagen. Es wurden neue Arbeitsmethoden und Verfahren durch den Einsatz von Ölhydraulik wirtschaftlich möglich. Der Baumaschinenmarkt und die Schwerfahrzeugindustrie sind als Beispiele charakteristisch zu nennen, ebenso wie der gesamte Maschinenbau mit seinen einzelnen Fachbereichen. Dazu gehört auch der Spritzgießmaschinenbereich. In der Kunststoffverarbeitung und speziell im Spritzgießbereich vollzog sich die Entwicklung der mechanisch getriebenen und gesteuerten Maschinen zu den mechanisch/hydraulisch oder auch rein hydraulisch arbeitenden Spritzgießmaschinen. Bekanntlich bestehen Spritzgießmaschinen aus einer Plastifiziereinheit zum Zwecke der Aufschmelzung und anschließender Injektion des Kunststoffs in das jeweilige Spritzgießwerkzeug und einer Schließeinheit zur Aufnahme und zum Öffnen und Schließen des Spritzgießwerkzeuges. Das bereits bei der Herstellung von Werkstoffen vorhandene geringe KG.-Öl-Äquivalent je Liter Werkstoff, welches beim Kunststoff 1/4-1/2 vom Stahl beträgt, wird durch den Einsatz der Ölhydraulik in der Spritzgießverarbeitung weiter fortgesetzt. Trotz dieser vorhandenen günstigen Energiebilanz werden in Zeiten der Rohstoffverknappung und -verteuerung energiesparende oder energierückgewinnende Möglichkeiten gesucht.

   Eine Betrachtung des Energieflusses an einer Spritzgießmaschine, wie Jürgen Rothe VDI »Rationalisieren im Spritzgießbetrieb«, Seiten 131/159 VDI Verlag 1981, beschreibt, läßt erkennen, daß in den meisten Fällen die gesamte zugeführte Leistung einer Spritzgießmaschine nur zu etwa 43% im Prozeß aufgenommen wird. Der größte Teil wird in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Bei der Gesamtmaschine entfallen über 50% der aufgenommenen Energie auf Konvektion und Abstrahlung. Auf den Vorgang der Hydraulikölkühlung entfallen 25% der Energie bzw. es werden 25% der Energie in Form von Wärme mit dem Kühlwasser entzogen und meist nutzlos vergossen. Es sind aber schon Wärmepumpen oder Wärmetauscher im Handel, die aus Kühlwasser, Abgasen oder warmer Umgebungsluft die Wärmeenergie entziehen und zu Heizzwecken aufbereiten. Sogenannte Wärmepumpen, auch Wärmerückgewin nungsanlagen beschreibt Ing. K. F. Pauldrach VDI in »Rationalisieren im Spritzgießbetrieb VDI Verlag 1981 und sein Fachbeitrag im Kunststoffberater, Heft4/81, Seiten 21 bis 24, und es werden damit Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung aufgezeigt«.

   Ein Nachteil liegt im ungünstigen Wirkungsgrad solcher Anlagen. Selbst günstig erscheinende Wirtschaftlichkeitsberechnungen von Wärmepumpen können nicht darüber hinwegtäuschen, daß diese doch im wirtschaftlich unteren Bereich arbeiten. So ist das bei Spritzgießmaschinen anfallende Kühlwasser mit ca.

   300C für eine Direktauswertung zu Heizzwecken nicht geeignet. Beim Einsatz von Wärmepumpen bei Spritzgießmaschinen muß das Kühlwasser unter Fremdenergie auf ein höheres Niveau gebracht werden, damit eine ausreichende Wärmeabgabe über genauestens berechnete Heizsysteme zu Heizzwecken erfolgen kann.

   Herkömmliche Wärmepumpen arbeiten mit einem Wirkungsgrad von i. d. R. 1:3. Dies bedeutet, daß bei einem zu bestimmenden Wärmebedarfsfall ca. 33% hiervon als Antriebsleistung für die Wärmepumpe installiert sein müssen. Für eine Fabrikationshalle von z. B. 30 000 kWh müßte für eine Wärmepumpe ca.

   10 kWh an Fremdenergie bzw. Antriebsenergie aufgebracht werden. Es sind für den jeweiligen Bedarfsfall durch spezielle Auslegung der Wärmepumpe im Antrieb und Verdampfer geringfügig bessere Wirkungsgrade erreichbar, jedoch ist dafür ein erheblicher Mehraufwand an Zusatzeinrichtungen erforderlich.

   Weiterhin nachteilig sind die hohen Wartungs- und Instandhaltungskosten solcher Anlagen. Notwendige Wärmeträger wie Abgas, Abluft oder Kühlflüssigkeit muß oft erst über zusätzliche Filter oder Aufbereitungsanlagen den Wärmepumpen oder -tauschern zugeführt werden. Nachteilig ist auch die nicht unerhebliche Umweltbelastung durch Lärm, Abgase, Staub und dergleichen.

   Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile der vorbeschriebenen Systeme zu beseitigen und ein Verfahren zu realisieren, das dem Hydrauliköl in Spritzgießmaschinen direkt über ein Gerät/Heizkörper die vorhandene Wärmeenergie entzieht und zu Heizzwecken nutzbar macht.