Direkte vs. indirekte Kühlung in Temperaturregelungsgeräten

Zwei Ansätze zur Kühlung – eine wichtige Entscheidung

Jede Temperaturregelungseinheit benötigt eine Möglichkeit, überschüssige Wärme aus dem Prozesskreislauf abzuleiten. Die beiden grundlegenden Ansätze – direkte und indirekte Kühlung – haben jeweils unterschiedliche Vorteile und Einschränkungen, die sich direkt auf Ihre Prozesssicherheit, Wartungskosten und Temperaturstabilität auswirken.

So funktioniert die Direktkühlung

In einem Direktkühlsystem wird das Kühlwasser aus der Fabrik (aus einem Kühler oder Kühlturm) über ein Magnet- oder Regelventil direkt in den Prozesskreislauf eingespeist. Das kalte Wasser vermischt sich mit dem heißen Prozesswasser und senkt dessen Temperatur schnell. Überschüssiges Wasser wird aus dem System abgelassen, um den richtigen Flüssigkeitsstand aufrechtzuerhalten.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Die Direktkühlung bietet die schnellstmögliche Kühlreaktion und eignet sich daher ideal für Prozesse mit hoher Wärmebelastung oder wenn eine schnelle Temperaturabsenkung erforderlich ist. Die Konstruktion ist einfacher und umfasst weniger Komponenten, was in der Regel geringere Anschaffungskosten bedeutet. Bei Anwendungen, bei denen die Zykluszeit entscheidend ist – wie beispielsweise beim Spritzgießen mit hohen Stückzahlen – kann die schnelle Kühlreaktion eines Direktkühlsystems die Zykluszeiten erheblich verkürzen und den Durchsatz steigern.

Der Nachteil dabei ist, dass das Kühlwasser aus der Fabrik direkt in den Prozesskreislauf gelangt. Wenn das Kühlwasser Verunreinigungen, kalkbildende Mineralien oder Schadstoffe enthält, sammeln sich diese mit der Zeit in Ihrem Prozesskreislauf an. Dies kann zu einer verminderten Wärmeübertragungseffizienz, Verstopfungen in den Kühlkanälen der Formen, erhöhtem Wartungsaufwand und einer möglicherweise verkürzten Lebensdauer der Anlagen führen.

Wie indirekte Kühlung funktioniert

In einem indirekten Kühlsystem ist der Prozesskreislauf durch einen Wärmetauscher – in der Regel ein gelöteter Platten- oder Rohrbündelwärmetauscher – vollständig vom Werkskühlwasser getrennt. Die Wärme wird vom Prozesswasser über den Wärmetauscher an das Werkskühlwasser übertragen, aber die beiden Flüssigkeiten vermischen sich nie.

Diese Trennung bietet mehrere wesentliche Vorteile: Der Prozesskreislauf bleibt ein geschlossener Kreislauf mit kontrollierter Wasserqualität, Verunreinigungen aus dem Kühlwasser der Fabrik können nicht in Ihren Prozess gelangen, die Wärmeübertragungsleistung bleibt über die gesamte Lebensdauer des Geräts konstant und der Wartungsaufwand ist deutlich geringer. Der geschlossene Kreislauf ermöglicht auch den Einsatz von Korrosionsinhibitoren und Wasseraufbereitungschemikalien im Prozesskreislauf, ohne dass die Gefahr besteht, dass diese durch das einströmende Kühlwasser ausgespült werden.

Der Kompromiss besteht in einer etwas langsameren Kühlreaktion im Vergleich zur Direkteinspritzung und den zusätzlichen Kosten für den Wärmetauscher. Bei den meisten industriellen Anwendungen beträgt der Unterschied in der Reaktionszeit jedoch nur wenige Sekunden und hat selten Auswirkungen auf die Produktion.

Wann sollte man sich für welche Option entscheiden?

Direkte Kühlung ist die richtige Wahl, wenn: Die Qualität des Kühlwassers in Ihrer Fabrik durchgehend gut ist (geringe Härte, gefiltert, aufbereitet). Ihr Prozess die absolut schnellste Kühlreaktion erfordert. Die Kostensensibilität ein möglichst einfaches System erfordert. Die Anwendung unkritisch ist oder regelmäßige Wartungsintervalle zulässt.

Indirekte Kühlung ist die richtige Wahl, wenn: Die Qualität des Kühlwassers in Ihrer Fabrik schwankt oder schlecht ist. Sie maximale Betriebszeit und minimalen Wartungsaufwand benötigen. Die TCU in einer sauberen oder lebensmitteltauglichen Umgebung betrieben wird. Die langfristigen Gesamtbetriebskosten wichtiger sind als der Anschaffungspreis. Sie teure Formen verwenden, bei denen eine Verstopfung der Kühlkanäle kostspielig wäre.

Der hybride Ansatz

Einige fortschrittliche TCU-Konstruktionen bieten sowohl direkte als auch indirekte Kühlung in einem einzigen Gerät, sodass der Betreiber je nach Prozessbedingungen den geeigneten Modus auswählen kann. Dies bietet maximale Flexibilität, erhöht jedoch die Komplexität und die Kosten. In der Regel ist dies nur für Betriebe gerechtfertigt, die sehr unterschiedliche Prozesse auf denselben Anlagen durchführen.

Auswirkungen auf die Gesamtbetriebskosten

Direkte Kühlsysteme haben zwar geringere Anschaffungskosten (in der Regel 10 bis 15 % weniger als vergleichbare indirekte Systeme), doch über einen Betriebszeitraum von 10 bis 20 Jahren gesehen sind indirekte Kühlsysteme oft kostengünstiger. Geringerer Wartungsaufwand, weniger Ersatzteile, konstante Leistung und Schutz der nachgeschalteten Anlagen (Formen, Matrizen, Prozesswerkzeuge) können die höheren Anschaffungskosten leicht ausgleichen.

Für eine detailliertere Bewertung, welche Kühlmethode für Ihre spezifische Anwendung am besten geeignet ist, wenden Sie sich bitte an das technische Team von Boe-Therm. Wir können die Kühlwasserbedingungen in Ihrem Werk, die Prozessanforderungen und die Produktionsprioritäten bewerten, um Ihnen die optimale Konfiguration zu empfehlen.