Zukunftssicher und nachhaltig produzieren – dank effizienter Kältetechnik

Wenn es um Antriebstechnik geht, gehört die Burger Group zu den weltweit führenden Lösungsanbietern. Die Unternehmensgruppe ist in zahlreichen Branchen wie Mobilität, Gebäudetechnik, Industrietechnik, Medizintechnik, Uhrenindustrie und Elektrowerkzeugherstellung tätig. Sie umfasst elf Unternehmen an acht Standorten in Europa und Nordamerika, beschäftigt insgesamt mehr als 1.200 Mitarbeitende und erwirtschaftet rund 200 Mio. Euro Jahresumsatz. Eine Besonderheit des Antriebstechnik-Spezialisten ist der hohe Eigenfertigungsanteil. Klassische Zukaufteile sind E-Motoren und Kugellager – darüber hinaus stellt die Burger Group ihre Komponenten selbst her. Das umfasst unter anderem die Produktion von Kunststoffteilen durch die KBS-Spritztechnik GmbH in Schonach. Rund 95 Prozent der hier gefertigten Produkte kommen in der Unternehmensgruppe zum Einsatz, nur fünf Prozent gehen in den freien Markt.

„Wir verarbeiten technische Kunststoffe, vor allem Polyamid, POM und PBT, teilweise im Zweikomponenten-Spritzguss und auch in Kombination mit LSR“, sagt Matthias Fehrenbach, General Manager der KBS-Spritztechnik GmbH. Hybridbauteile, bei denen innerhalb der Gruppe gefertigte Dreh- oder Stanzteile umspritzt werden, sind ein weiterer Schwerpunkt. Mehr als die Hälfte der 50 Spritzgießmaschinen (250 bis 3.500 kN) sind holmlose Hybrid-Spritzgießmaschinen mit hydraulischer Schließ- und elektrischer Einspritzeinheit. Höchste Präzision verlangen die Zahnräder, Schnecken, Spindeln, Zahnstangen, Gehäuse oder Riemenräder aus der Schonacher Spritzgießfertigung. Ein funktionierendes Thermomanagement ist hierzu essenziell. „Das Herz unserer vorherigen Kältetechnik-Anlage stammte noch aus unseren Anfängen seit dem Umzug der Spritzgießfertigung vom Stammsitz an den Fabrikberg in Schonach im Jahr 1999. Mit jedem neuen Bauabschnitt wurden Erweiterungen und Anpassungen an dieser Anlage vorgenommen. Doch mit zunehmenden Ausfällen entschieden wir, in eine komplett neue Kältetechnikversorgung zu investieren“, berichtet Fehrenbach.

Zukunftssicherheit und Effizienz im Fokus der Planung

Im Jahr 2023 reifte das Konzept heran. Unter zahlreichen Anbietern kristallisierte sich schnell technotrans als Partner für die Kältetechnik heraus. „Unser Geschäftsführer Thomas Burger beschäftigt sich intensiv mit Einsatzmöglichkeiten alternativer Energien und hat seine Vorstellungen von Beginn an miteingebracht“, sagt Fehrenbach. „Wir wollten eine Anlage, die technologisch auf dem neusten Stand ist und mit der wir im besten Fall auch für die nächsten 20 oder 25 Jahre gut aufgestellt sind.“ Die ursprüngliche Idee, sämtliche Komponenten der Kältetechnik-Anlage in einen Übersee-Container einzuhausen und auf dem Dach zu installieren, verwarf das Unternehmen, als Thomas Burger einen neuen Vorschlag einbrachte: Wenn der Kaltwassertank in das Erdreich eingebracht wird, können die dort vorherrschenden Temperaturen die Kühlung unterstützen und Kühlleistung einsparen.

Die Installation des Erdtanks verantwortete die Burger Group selbst. Der Acht-Kubikmeter-Tank steht unterirdisch auf einem Betonfundament. „Wir haben einen zusätzlichen Schacht eingebracht, damit im Falle von Stauwasser dieses herausgepumpt werden und der Tank nicht aufschwimmen kann. Die in der Erde liegenden Edelstahlrohre mussten zwecks Korrosionsschutzes speziell bebändert werden“, erklärt Fehrenbach. In Summe habe sich dieser Aufwand jedoch ausgezahlt. Insbesondere, weil der Kaltwassertank keine wertvolle Produktionsfläche einnimmt und durch seine Größe – er ist mit 6.000 Litern Wasser befüllt – die Temperaturführung unterstützt. Auf derartige Kundenwünsche einzugehen, ist für technotrans selbstverständlich. Möglich macht das eine Gemeinsamkeit des Thermomanagement-Experten und der Burger Group: das umfangreiche Engineering-Know-how und die sehr hohe Fertigungstiefe. Die passgenaue Berechnung, Planung und Ausführung sowie die schlüsselfertige Montage der Anlage realisierte technotrans aus einer Hand. Tobias Escher, Sales Manager Cooling Solutions bei technotrans, blickt zurück: „Die Burger Group hatte mit der Nutzung von Erdtanks bereits Erfahrungen und stellte die Installation bauseits. Wir berieten unseren Kunden zur Größe des Tanks. Es gab bezüglich der Verantwortlichkeit eine klare Schnittstelle, an der wir mit der Kühlanlage ansetzten.“

Ein Kühlkreislauf ersetzt Zweikreissystem

Für das neue Kühlkonzept änderte technotrans die Temperaturführung. Bis dato arbeitete KBS-Spritztechnik mit zwei Kühlwasserkreisläufen mit Vorlauftemperaturen von 16 Grad Celsius und 25 Grad Celsius. „Die Burger Group fertigt nahezu ausschließlich technische Teile, die hauptsächlich mit höheren Temperaturen gefahren werden. So konnten wir das Temperaturniveau auf der Werkzeugseite anheben. Dadurch kommt der Kunde mit einem generell auf 25 Grad Celsius Vorlauftemperatur ausgelegten Einkreissystem aus“, erklärt Tobias Escher. Vorteil: Je höher die Vorlauftemperaturen, desto geringer die Betriebskosten und desto länger die Laufzeit des Freikühlers, den technotrans mit 300 kW Kälteleistung ausstattete. „Das Delta zwischen dem früheren und dem aktuellen Temperaturniveau führt dazu, dass die Werkzeugabkühlung etwas längerer dauert. Bisher gab es aber bei keinem unserer technischen Teile Probleme“, betont Matthias Fehrenbach.

Ein weiterer Unterschied betrifft das eingesetzte Medium: Bei der vorherigen zentralen Kältetechnik-Anlage nutzte KBS-Spritztechnik ein Wasser-Glykol-Gemisch, während die neue Anlage reines Wasser verwendet. Das ist nicht nur hinsichtlich des besseren Wärmeübergangs von Vorteil, sondern auch vor dem Hintergrund des Wasserhaushaltsgesetzes, da kein wassergefährdender Stoff zum Einsatz kommt. Verbraucher sind die 50 Spritzgießmaschinen (Werkzeug- und Hydraulikkühlung) und deren Temperiergeräte sowie ein Computertomograf, der von einem zusätzlichen Kaltwassergerät mit 18 bis 20 Grad Celsius gekühltem Wasser versorgt wird. Bei 25 Grad Celsius Vorlauf- und 30 Grad Celsius Rücklauftemperatur reicht KBS-Spritztechnik während eines Großteils des Jahres die Leistung der passiven Freikühlung aus. Hierzu installierte technotrans ein hermeticool-Kühlsystem auf dem Gebäudedach. Sobald die Außentemperaturen im Sommer die 25-Grad-Celsius-Grenze überschreiten, übernimmt eine nachgeschaltete aktive Kompakt-Kältemaschine die Kühlung. Der Einsatz des technotrans-Energiesparmoduls in Verbindung mit einem elektronischen Expansionsventil realisiert eine gleitende Kondensationstemperaturregelung. Bei dieser Ausführung sinken die laufenden Betriebskosten gegenüber handelsüblichen Kaltwassersätzen um rund 25 Prozent.

Zukunftsweisend: weg von fossilen Energieträgern

Die Energie aus dem Rücklauf trägt zur Beheizung des Gebäudes bei, das auch das Schwesterunternehmen SBS-Feintechnik beherbergt. Eine von technotrans gebaute und installierte Wärmepumpe erhöht das Temperaturniveau auf rund 60 Grad Celsius und unterstützt damit das zentrale Heizsystem, in das aktuell noch eine bestehende Gasheizung eingebunden ist. Beheizt werden damit eine zu dem Gebäudekomplex gehörende Wohnung sowie das in drei Gebäudeabschnitte unterteilte Werk.

„Bevor wir die Gasheizung entfernen und komplett durch die Energie aus der Wärmepumpe ersetzen, wollten wir eine Heizperiode nach Installation der neuen Anlage abwarten“, sagt Fehrenbach. „Sollte die Leistung der einen Wärmepumpe für unsere Schwarzwald-Winter nicht ausreichen, stehen Erdwärme oder eine weitere Wärmepumpe zur Diskussion. In jedem Fall wollen wir weg von fossilen Energieträgern.“ Über eine Elektroheizung ist ein eventueller Ausfall der Wärmepumpe abgesichert. Eine weitere bisher nicht genutzte Option für die Burger Group besteht darin, das 30 Grad Celsius warme Wasser aus dem Rücklauf der Spritzerei beispielsweise direkt für eine Fußbodenheizung zu nutzen.

Mit natürlichem Kältemittel rechtssicher und nachhaltig

Sowohl bei der Wärmepumpe als auch bei der Kompakt-Kältemaschine entschied sich die Burger Group für den Einsatz des natürlichen Kältemittels R290 (Propan). Beide Energiewandler arbeiten mit dem natürlich vorkommenden Gas, dessen Global Warming Potential (GWP-Wert) bei lediglich 3 liegt. Zum Vergleich: Der GWP-Wert des als klimafreundlich geltenden, gängigen Kältemittels R513A wird mit 631 beziffert. Darüber hinaus handelt es sich um ein teilfluoriertes Kältemittel, das der F-Gase-Verordnung unterliegt. „Egal ob PFAS-Diskussion oder F-Gase-Verordnung – mit Propan sind wir für die kommenden Jahre auf der sicheren Seite. Schließlich sollte unsere Investition zukunftsfähig sein“, bekräftigt Fehrenbach.

Kühlsysteme mit dem natürlichen Kältemittel R290 (Propan) stoßen inzwischen auf großes Interesse und sind Besuchermagnete auf Fachmessen. So auch die Wärmepumpe und die Kompakt-Kältemaschine für die Burger Group, die technotrans vor ihrem Aufbau Ende 2023 in Schonach auf der Herbstmesse Fakuma in Friedrichshafen präsentierte. „Absolut reibungslos“ funktionierte die anschließende Installation, wie Matthias Fehrenbach betont. technotrans stellte für die Phase des Rückbaus und Ausbaus der Altanlage über mehrere Monate zwei Leih-Kälteanlagen zur Verfügung, sodass KBS-Spritztechnik ohne Unterbrechungen weiter produzieren konnte. „Bei der Installation der Neuanlage selbst waren teilweise bis zu vier Monteure bei uns, die Hand in Hand arbeiteten. Das hat nahtlos geklappt, was nicht selbstverständlich ist“, sagt Fehrenbach.

Effiziente Installation trotz widriger Bedingungen

Die einzige Herausforderung stellte das Wetter dar: „Im vergangenen Winter gab es kaum Schnee. Doch genau während der Installation herrschte hier Chaos. Wir hatten Schneeverwehungen auf dem Dach, wo die beiden Außenaggregate installiert werden mussten. Es hat trotzdem funktioniert“, so Fehrenbach. Im Innenbereich konnte technotrans den Aufstellort der Vorgänger-Anlage für die Installation der Pumpen- und Regelungstechnik nutzen. Durch die Verlagerung der Tanks nach außen reichte die Fläche aus. Aufgrund ihrer geringen Kältemittelmenge konnte der Thermomanagement-Spezialist auch die 44-kW-Wärmepumpe im Gebäudeinneren installieren. Weil die Spritzgießfertigung im Drei-Schicht-Betrieb arbeitet und an ein Wohngebiet angrenzt, hauste technotrans die Kompressoren der auf dem Dach installierten Kältemaschine mit Schalldämmhauben ein und legte auch das Kälteaggregat geräuschärmer aus.

„Beratung, Installation und Inbetriebnahme waren tipptopp. Das Gesamtpaket passt bei technotrans“, resümiert Fehrenbach. „Die Anlage läuft seit Weihnachten 2023 ohne Störung. Wie erwartet funktioniert alles super.“