Industriekühler (Chiller) richtig auslegen: Berechnung Schritt für Schritt

Ein falsch ausgelegter Chiller fällt schnell auf. Ist er zu klein, wird das Wasser im Sommer wärmer und die Zykluszeiten werden länger. Ist er zu groß, taktet er ständig, verbraucht mehr als nötig und altert früher. Einen Industriekühler richtig auszulegen ist nicht schwer: Es braucht eine einfache Rechnung, verlässliche Prozessdaten und ein paar Korrekturen, die fast immer vergessen werden. Dieser Leitfaden geht sie anhand eines realen Beispiels aus dem Kunststoffspritzguss durch.

Chiller, Kaltwassersatz oder Prozesskühler: worum es geht

Es ist dasselbe Gerät unter verschiedenen Namen. In Spanien sagt man enfriadora, Wasserkühler oder zunehmend Chiller. In Mexiko und großen Teilen Lateinamerikas spricht man von Chiller, Wasserkühler oder Kaltwasseranlage. Im Deutschen sind Kaltwassersatz und Industriekühler üblich. In allen Fällen ist es eine Kältemaschine, die ein Medium (Wasser oder Wasser-Glykol) kühlt und im geschlossenen Kreislauf zum Prozess schickt. Nicht zu verwechseln mit einem Temperiergerät für Werkzeuge, das das Werkzeug auf einer Solltemperatur hält, normalerweise oberhalb der Temperatur des Netzwassers.

Die Formel: Q = m · cp · ΔT

Die Kälteleistung, die der Prozess benötigt, ist die Wärme, die pro Zeiteinheit abgeführt werden muss:

• Q: Kälteleistung (kW).
• m: Massenstrom (kg/s) des zu kühlenden Produkts oder des umlaufenden Wassers.
• cp: spezifische Wärmekapazität (kJ/kg·K). Wasser: 4,18. Wasser mit 30 % Glykol: ca. 3,8.
• ΔT: Temperaturdifferenz (K oder °C).

Im Kunststoffspritzguss ist es praktischer, mit der Enthalpie des Polymers zu rechnen: der Wärme, die jedes Kilo beim Abkühlen von Massetemperatur auf Entformungstemperatur abgibt. So muss man die fühlbare Wärme und bei teilkristallinen Werkstoffen die Kristallisationswärme nicht getrennt berechnen.

Richtwerte der Enthalpie je Polymer

Ungefähre Werte zwischen Masse- und Entformungstemperatur. Sie genügen für eine erste Rechnung; für ein konkretes Projekt sollten sie mit dem Datenblatt des Werkstoffs abgeglichen werden.

Polymer	Abzuführende Wärme (kJ/kg)	Entspricht (kWh/kg)
PS	250–300	0,07–0,08
ABS	300–380	0,08–0,11
PC	300–380	0,08–0,11
POM	420–500	0,12–0,14
PA6 / PA66	550–650	0,15–0,18
PP	550–650	0,15–0,18
PE-HD	600–700	0,17–0,19

Teilkristalline Werkstoffe (PP, PE, PA, POM) brauchen pro Kilo fast doppelt so viel Kälte wie amorphe (PS, ABS, PC). Deshalb können zwei gleiche Spritzgießmaschinen sehr unterschiedliche Chiller benötigen.

Beispiel: Spritzgießmaschine mit 50 kg/h PP

1. Wärme aus dem Material. 50 kg/h × 600 kJ/kg = 30.000 kJ/h. Geteilt durch 3.600 s: 8,3 kW.
2. Zusätzliche Lasten. Heißkanal, Wärmeeintrag in Leitungen und Pumpe: Bei einem Werkzeug mit Heißkanal ist ein Zuschlag von 10–20 % sinnvoll. Wir nehmen 15 %: 8,3 × 1,15 = 9,6 kW.
3. Sicherheitsreserve. Zwischen 15 % und 25 %, je nachdem, wie stabil die Produktion ist und wie wahrscheinlich eine Erweiterung ist. Mit 20 %: 9,6 × 1,2 = 11,5 kW.
4. Korrektur für reale Bedingungen (Wasser- und Umgebungstemperatur, siehe unten). Arbeitet das Gerät außerhalb der Nennbedingungen, sinkt seine nutzbare Leistung und es muss ein größeres Modell gewählt werden.

Muss derselbe Chiller auch das Hydrauliköl der Spritzgießmaschine oder die Einzugszone kühlen, addieren Sie diese Lasten. Den verlässlichen Wert liefert der Maschinenhersteller; Schätzungen führen meist zu einem zu kleinen Gerät.

Der Wasserdurchfluss

Mit der berechneten Leistung ergibt sich der Durchfluss aus derselben Formel. Bei 11,5 kW und 5 °C Differenz zwischen Vor- und Rücklauf: m = 11,5 / (4,18 × 5) = 0,55 kg/s, also etwa 2 m³/h. Die Pumpe des Chillers muss diesen Durchfluss gegen den realen Druckverlust des Kreislaufs fördern: Werkzeug, Schläuche, Kupplungen und Verteiler. Bei größerer Differenz sinkt der Durchfluss, aber das Werkzeug arbeitet mit einem größeren Unterschied zwischen Ein- und Austritt. Für das Werkzeug selbst lesen Sie unseren Leitfaden wie man den Kühlwasserdurchfluss eines Werkzeugs berechnet.

Wassertemperatur: Jedes Grad zählt

Kataloge geben die Leistung unter Nennbedingungen an, oft Wasser 12/7 °C und 35 °C Umgebung. Außerhalb davon ändert sich die Leistung:

• Kälteres Wasser: Jedes Grad unter dem Nennpunkt kostet Leistung, etwa 3 % pro Grad. 5 °C zu verlangen, wenn der Prozess mit 12 °C gut läuft, ist teuer.
• Unter etwa 5 °C muss mit Glykol gearbeitet werden, was den Wärmeübergang verringert und eine Überdimensionierung erfordert.
• Kondensation: Tritt das Wasser unterhalb des Taupunkts der Hallenluft ins Werkzeug ein, schwitzt das Werkzeug und es entstehen Fehler und Korrosion. Im Sommer bei hoher Luftfeuchtigkeit kann das schon bei 12–14 °C passieren.

Legen Sie die höchste Wassertemperatur fest, die der Prozess zulässt, nicht die niedrigste, die das Gerät liefern kann. Als Referenz dient unsere Tabelle der Werkzeugtemperaturen je Polymer.

Luft- oder wassergekühlte Verflüssigung

Kriterium	Luftgekühlt	Wassergekühlt
Installation	Einfach, nur Strom	Benötigt Kühlturm oder Brunnenwasser
Abgeführte Wärme	An die Luft: in die Halle oder nach außen	An den Kühlturmkreislauf
Einfluss des Sommers	Verliert Leistung bei hoher Umgebungstemperatur	Stabiler, wenn der Kühlturm richtig ausgelegt ist
Effizienz	Geringer bei Hitze	In der Regel höher
Wartung	Verflüssigerlamellen reinigen	Kühlturmwasser gegen Kalk und Legionellen behandeln

Ein luftgekühlter Chiller in der Halle gibt die gesamte entzogene Wärme an sie zurück, dazu die Wärme des Verdichters. In einem kleinen Betrieb kann das akzeptabel sein, in einer geschlossenen Halle im August nicht. Bei Luftkühlung rechnen Sie mit der realen maximalen Umgebungstemperatur am Aufstellort, nicht mit dem Nennwert.

Typische Auslegungsfehler

• Mit der durchschnittlichen statt der maximalen Produktion rechnen.
• Heißkanal, Hydrauliköl oder Lasten vergessen, die innerhalb eines Jahres hinzukommen.
• Nach Nennleistung wählen, ohne Wasser- und Umgebungstemperatur zu korrigieren.
• Nicht prüfen, ob die Pumpe den Druckverlust des gesamten Kreislaufs überwindet.
• Einen luftgekühlten Chiller in einem Raum ohne Lüftung aufstellen.
• „Sicherheitshalber“ doppelt so groß auslegen: Das Gerät läuft in Teillast und regelt schlechter.

Häufige Fragen

Wie viele kW Chiller braucht eine Spritzgießmaschine?

Das hängt vom Material und den Kilo pro Stunde ab, nicht von der Schließkraft. Multiplizieren Sie kg/h mit der Enthalpie des Polymers, teilen Sie durch 3.600 und addieren Sie Zusatzlasten und Reserve.

Welche Sicherheitsreserve ist sinnvoll?

Zwischen 15 % und 25 % über der berechneten Last. Darüber hinaus läuft das Gerät fast immer in Teillast.

Kann ich einen einzigen Chiller für mehrere Maschinen nutzen?

Ja, mit einem zentralen Kreislauf ist das üblich. Addieren Sie die Lasten aller Maschinen, setzen Sie einen realistischen Gleichzeitigkeitsfaktor an und stellen Sie sicher, dass jede Maschine ihren Durchfluss erhält.

Brauche ich zusätzlich ein Temperiergerät?

Wenn das Werkzeug oberhalb der Kaltwassertemperatur arbeitet, normalerweise ja. Wir erklären es in Temperiergerät oder Chiller: Unterschiede und wann man welches einsetzt.

Wir helfen bei der Auslegung

Senden Sie uns Material, kg/h, die benötigte Wassertemperatur und den Aufstellort, und wir prüfen die Berechnung mit Ihnen. Entdecken Sie unser Angebot an Industriekühlern, testen Sie den Geräte-Konfigurator oder sprechen Sie mit einem Techniker.