Zukunftssicheres Thermomanagement im Kunststoffspritzguss: Natürliche Kältemittel und variotherme Werkzeugtemperierung

Die wachsende regulatorische Belastung durch die novellierte EU-F-Gase-Verordnung (EU) 2024/573 und der zunehmende Kostendruck zwingen Kunststoffspritzgießbetriebe, ihre Kälte- und Temperierprozesse auf natürliche Kältemittel umzustellen und gleichzeitig die Zykluszeiten zu optimieren. Der aktuelle Fachbeitrag zeigt, wie die Kombination aus Propan (R290) als Kältemittel und der variothermen Werkzeugtemperierung (vario Gekko) nicht nur die gesetzlichen Vorgaben erfüllt, sondern auch Energie einsparen, innere Spannungen reduzieren und die optische Bauteilqualität deutlich steigern kann.

Regulatorischer Rahmen: EU-F-Gase-Verordnung 2024/573

Seit März 2024 gilt die Verordnung (EU) 2024/573, die die Phase-down-Schritte für fluorierte Treibhausgase drastisch verschärft. Ab 2027 gelten für Neuanlagen strenge GWP-Grenzwerte. Für Kaltwassersätze bis 12 kW ist ein maximaler GWP von 150 festgelegt; für Systeme über 12 kW steigt der zulässige GWP auf 750. Das Kältemittel Propan (R290) weist ein Global-Warming-Potential (GWP 100) von lediglich 0,02 auf (IPCC AR6), wodurch es von Kontingentverknappungen und Verboten ausgenommen ist. Diese rechtliche Grundlage liefert die Investitionssicherheit für Unternehmen, die auf R290 umsteigen.

Energie- und Qualitätsvorteile durch R290 und variotherme Prozessführung

Die Umstellung auf das natürliche Kältemittel R290 ermöglicht laut Herstellerangaben Energieeinsparungen von bis zu 40 % gegenüber konventionellen Kältemittelsystemen. Gleichzeitig erreichen die drehzahlgeregelten R290-Chiller eine EER-Kennzahl von bis zu 7,5, was durch gleitende Kondensationstemperaturregelung und frequenzgeregelte Komponenten erreicht wird.

Bei der Verarbeitung von transparenten Thermoplasten wie Polycarbonat (PC) reduziert die variotherme Werkzeugtemperierung innere Spannungen und optische Fehler wie Doppelbrechungen. PC hat eine Glasübergangstemperatur (Tg) von 145-150 °C. Durch zyklussynchrones Aufheizen der Kavitätenwand auf Temperaturen nahe Tg entspannen Scherspannungen vollständig, bevor das Bauteil abkühlt. Das Ergebnis ist ein Bauteil ohne Spannungsdoppelbrechung, was bei Polarisationsprüfungen sichtbar wird.

Technische Daten im Überblick

• GWP-Grenzwert für Kaltwassersätze bis 12 kW (ab 2027): 150 GWP
• GWP von R290 (AR6): 0,02 GWP
• Energieeinsparpotenzial durch variotherme Rücklaufführung: bis zu 40 %
• EER-Wirkungsgrad hocheffizienter R290-Industriekühlsysteme: bis zu 7,5
• Typische Tg von PC: 145-150 °C

Technologieintegration und Partnernetzwerk der Messedemonstration

Auf der Fakuma 2026 präsentierte Technotrans eine vollautomatisierte Fertigungszelle, die eine Sumitomo-Spritzgießmaschine mit dem variothermen System vario Gekko kombiniert. Die Live-Zelle integriert konturnahe Werkzeugeinsätze von Contura MTC, zyklussynchrone Ventil- und Steuerungstechnik von CycleTemp/Technotrans sowie digitale Durchflussüberwachung via Orcinus mit Ultraschallsensorik. Alle Komponenten kommunizieren über die OPC-UA-Schnittstelle (Euromap 82.1), sodass Vorlaufflüssigkeit, Druck und Temperatur in Echtzeit ausgetauscht und visualisiert werden.

Die drehzahlgeregelten Zentrifugalpumpen und das integrierte Pumpeneffizienzmodul (PEM) passen die Energieaufnahme exakt an den Prozessbedarf an. Dadurch sinkt der Stromverbrauch nachhaltig, während stabile Strömungsverhältnisse in allen Kühlkreisläufen gewährleistet bleiben.

Vernetzung nach Industrie-4.0-Standards

• Konturnahe Werkzeugkühlung (Contura MTC)
• Zyklussynchrone Ventil- und Steuerung (CycleTemp/Technotrans)
• Digitale Durchflussmessung (Orcinus) mit Ultraschallsensorik
• OPC-UA-Schnittstelle (Euromap 82.1) für Echtzeit-Datenintegration

Risiken und Gegenmaßnahmen

Die Umstellung auf R290 bringt erhöhte Sicherheitsanforderungen mit sich, da Propan der Sicherheitsklasse A3 (brennbar) zugeordnet ist. Bei Innenaufstellung und größeren Füllmengen sind spezielle Ex-Schutzmaßnahmen, Gaswarnsensorik und Belüftungskonzepte nach DIN EN 378 erforderlich, was die Erstinvestitionskosten gegenüber synthetischen A1-Kältemitteln erhöhen kann.

Der variotherme Ansatz erfordert zudem einen höheren Investitions- und Werkzeugmehraufwand. Die Auslegung konturnaher Kühlkanäle, etwa im Diffusionsschweiß- oder Laseradditiv-Verfahren, ist komplexer und amortisiert sich primär bei anspruchsvollen Optik- oder Dünnwandbauteilen.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Warum betrifft die neue F-Gase-Verordnung industrielle Spritzgießbetriebe so direkt?

Die Verordnung (EU) 2024/573 reduziert die verfügbaren Mengen teilfluorierter Kohlenwasserstoffe (HFKW) schrittweise bis zum Totalausstieg 2050. Ab 2027 gelten strikte GWP-Höchstgrenzen für Neuanlagen, wodurch etablierte Kältemittel teuer werden oder vom Markt verschwinden.

Wie verhindert variotherme Temperierung Spannungsdoppelbrechung bei Polycarbonat?

Das Werkzeug wird während des Einspritzens über der Glasübergangstemperatur gehalten, sodass die Molekülketten an der Werkzeugwand nicht schlagartig in gedehntem Zustand erstarren. Nach vollständigem Druckausgleich erfolgt die Abkühlung, wodurch Doppelbrechungen vermieden werden.

Welche Rolle spielt die OPC-UA-Schnittstelle bei der Temperierung?

Über standardisierte Profile wie Euromap 82.1 tauschen Temperiergerät, Verteilersystem und Spritzgießmaschine Prozessdaten (Vorlauftemperatur, Druck, Ultraschall-Durchflussmenge) in Echtzeit aus. Das ermöglicht eine automatisierte Regelung und lückenlose Qualitätsrückverfolgung.

Fazit

Die Kombination aus dem natürlichen Kältemittel Propan (R290) und der variothermen Werkzeugtemperierung vario Gekko bietet Kunststoffspritzgießbetrieben ein zukunftssicheres Thermomanagement, das sowohl regulatorische Vorgaben der EU-F-Gase-Verordnung 2024/573 erfüllt als auch messbare Energieeinsparungen von bis zu 40 % und eine Reduktion optischer Fehler ermöglicht. Trotz erhöhter Sicherheitsanforderungen und höherer Anfangsinvestitionen schaffen die integrierten Partnerlösungen – von Contura über CycleTemp bis Orcinus – eine Industrie-4.0-konforme Plattform, die Daten in Echtzeit vernetzt und die Prozessstabilität erhöht. Für Unternehmen, die transparente Bauteile wie Polycarbonat produzieren und gleichzeitig ihre CO₂-Bilanz verbessern wollen, stellt diese Technologie eine klare Investitionssicherheit dar.