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Kältetechnik: Kälte in Handwerk und Industrie


Professional Tools - epaper ⋅ Ausgabe 3/2019 vom 27.09.2019

Sowohl im Handwerk als auch in der Industrie dürfte die häufigste Anwendung von Kälte wohl in der Kühlung der Getränke für die Mitarbeiter liegen. Doch auch jenseits des Pausenraums gibt es in Werkstatt und Produktion spannende Anwendungsmöglichkeiten von Kälte.


Häui g werden Kälte- und Klimatechnik in einem Atemzug genannt. Das liegt daran, dass der häui gste Anwendungsbereich von Kälte der ist, Räume zu kühlen – sei es mithilfe der Klimaanlage im Betrieb oder seien es Kühlräume in der Lebensmittelindustrie. In der Folge des Klimawandels kommt der Klimatisierung und Kühlung von Räumen zukünt ig sicher ...

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Bildquelle: Professional Tools, Ausgabe 3/2019

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... noch eine stärkere Bedeutung zu. Doch das sind andere h emen. Hier soll es in erster Linie um Anwendungen von Kälte bei der Reparatur und in der Produktion gehen.

Bei der Fehlersuche und beim Prüfen elektronischer Bauteile kommt häufig Kältespray zum Einsatz


Reparatur, Wartung und Kontrolle von Bauteilen

Im Bereich von Elektrik und Elektronik gibt es viele Bauteile, die sich im Betrieb erhitzen. Dadurch kann es sowohl mechanisch, etwa an Kontaktstellen, als auch im Inneren der Bauteile selber, etwa bei Halbleiterbauteilen, zu temperaturbedingten Funktionsstörungen kommen. Viele Bauteile weisen eine Temperaturdrit auf. Die Veränderung der elektrischen Parameter mit der Betriebstemperatur wird hier meist schon einkalkuliert. Hier gilt es häui g zu prüfen, ob die Bauteile bei unterschiedlichen Temperaturen im vorgesehenen Toleranzbereich bleiben. Auch bei der Überprüfung und Justage von Sensoren für verschiedene Umweltaspekte kann es sinnvoll sein zu prüfen, ob diese in einem weiten Temperaturbereich richtig arbeiten.

Montage/Demontage von Passteilen

Bei der Montage und Demontage von Passteilen wie Wellen und Lagern, die formschlüssig verbunden sind, nutzt man häui g den Ef ekt, dass sich viele Materialien, besonders Metalle, bei Kälte zusammenziehen. Die Bauteile auf Temperaturen deutlich unterhalb ihrer Betriebstemperatur abzukühlen erleichtert zum Beispiel das Aufstecken von Lagern auf Wellen oder Achsen.

Bei der Montage von Maschinenlagern nutzt man gerne die Tatsache, dass sich Metalle bei Kälte zusammenziehen


Kühlen bei der Montage

Wenn unter Zeitdruck gearbeitet wird, hat man einerseits selten Zeit zu warten, bis erhitzte Bauteile abgekühlt sind; zum anderen kann man ot nicht warten, bis das komplette System abgekühlt ist, wenn es nachher schnell wieder betriebsbereit sein soll. Beispiele i ndet man etwa im Motorsport, wenn laufende Motoren während des Boxenstopps mit Trockeneis gekühlt werden, damit sie im Stand nicht überhitzen. Auch Arbeiten an Produktionsanla gen, die man nicht völlig herunterfahren kann oder wenn es darum geht, Arbeiten und engen Zeitfenstern durchzuführen, kann es erforderlich sein, Maschinenteile abzukühlen. Hier kommen vorwiegend Kältespray oder Trockeneis zum Einsatz.

Mithilfe der Rohrvereisung können auch große, unter Druck stehende Leitungen sicher abgesperrt werden. Bild: TAS Schwinghammer,www.rohrvereisung.de


Vereisen

Müssen Arbeiten an wasserführenden Rohrleitungen durchgeführt werden, ist das Vereisen eine ef ektive Methode, um die Leitung, an der gearbeitet werden soll, abzusperren. Die Leitung muss weder an unter Umständen weit entfernten Stellen abgesperrt noch entleert werden. Auch druckführende Leitungen können mithilfe der richtigen Technik zuverlässig durch Vereisung abgesperrt werden. So lassen sich Reparaturen, Erweiterungen oder der Einbau von Schiebern oder Ventilen etc. problemlos durchführen. Die Vereisung erfolgt mithilfe spezieller Manschetten, die das Rohr mit l üssigem Stockstof kühlen.

Gefriertechnik im Tiefbau

Im Tieb au wird gelegentlich die ursprünglich aus dem Bergbau stammende Technik der Bodenvereisung eingesetzt. Die Bodenvereisung ist eine temporäre Bauhilfsmaßnahme, die die hohe Festigkeit und Wasserundurchlässigkeit von gefrorenem Boden nutzt. Die Technik der Bodenvereisung kann bei allen wassergesättigten Böden und Materialien angewandt werden. Reicht der Sättigungsgrad mit Wasser für eine Vereisung nicht aus, kann der Boden auch durch entsprechende Wasserzuführung vereist werden. Zur Vereisung werden in kalkulierten Abständen Gefrierrohre (Eislanzen) in den Boden eingebracht. Um die Gefrierrohre bildet sich ein Frostkörper im Boden aus, der radial von den Gefrierrohren aus wächst, bis sich die Frosthörper um die einzelnen Gefrierrohre zu einem geschlossenen Frostkörper zusammenschließen. Die eigentlichen Baumaßnahme kann nun im Schutz des Frostkörper ausgeführt werden. Die Vereisung erfolgt mit speziellen Anlagen, die entweder mit l üssigem Stickstof oder mit Sole als Kühlmittel arbeiten.

Reinigen

Zu Reinigungzwecken hat sich die Technik des Trockeneisstrahlens etabliert. Das Prinzip ist dem Sandstrahlen ähnlich: Trockeneispartikel werden durch Drucklut mitgerissen und beschleunigt. Durch eine Düse lässt man das Material dann auf die zu reinigende Oberl äche prallen. Im Gegensatz zu abrasiven Strahlmitteln wie Sand, Glasperlen oder Korund etc., die die Oberl äche regelrecht schleifen, ist Trockeneis vergleichsweise weich. Es entfaltet seine reinigende Wirkung vor allem dadurch, dass das in gefrorenem Zustand rund -79° kalte Trockeneis beim Aut ref en auf die zu reinigende Oberl äche sofort vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht (sublimiert). Dabei erhöht sich das Volumen des gefrorenen Kohlendioxids (CO2), aus dem Trockeneis besteht, um rund das 760-Fache. Durch die fast explosionsartige Volumenvergrößerung werden Verschmutzungen von der Oberl äche weggerissen, ohne dass die Oberl äche selber beschädigt wird. Ein weiterer Ef ekt ist, dass die zu reinigende Oberl äche durch das Trockeneis gekühlt wird. Da viele Verschmutzungen dadurch verspröden, wird der Reinigungsef ekt erstärkt.
Vorteile des Trockeneisstrahlens sind neben der sehr oberl ächenschonenden, nicht abrasiven Arbeitsweise, dass weder chemische Mittel benötigt werden, noch dass man das Strahlmittel auf angen und entsorgen bzw. regenerieren muss. Das gasförmige Kohlendioxid ist in den beim Trockeneisstrahlen freigesetzten Mengen harmlos. Weitere Vorteile sind, dass Trockeneis elektrisch nicht leitend, chemisch inert, ungit ig und nicht brennbar ist. So können auch empi ndliche elektronische Bauteile oder chemisch sensible (z.B. wasserempi ndliche) Oberl ächen gereinigt werden. Auch der Einsatz in der Lebensmittelindustrie oder in feuergefährdeten Bereichen ist problemlos möglich.

Trockeneisstrahlen ist eine effektive, vielseitig einsetzbare Reinigungsmethode


Kryotechnik

Als Kryotechnik bezeichnet man technische Verfahren, die mit Tiefsttemperaturen arbeiten. Das Anwendungsgebiet von Kryotechnik ist weit und reicht von der Petrochemie über das Verl üssigen von Gasen bis zum Schockfrosten in der Lebensmittelindustrie. Auch im Bereich der Elektronik kommt Kryotechnik zum Einsatz – etwa wenn es darum geht, Supraleitungen herzustellen. Darüber hinaus werden verschiedene Materialen und Produkte einer kryotechnischen Bearbeitung unterzogen, da man sich davon bessere Gebrauchseigenschat en verspricht. Das reicht von Metallen wie zum Beispiel Klingenstählen über Golb älle bis hin zu Elektronikbauteilen.

Kältequellen

Neben Kühlaggregaten verschiedener Technologien kommen in den oben aufgeführten Bereichen vornehmlich folgende „Kältequellen“ zum Einsatz.

Gute Kältesprays gibt es von verschiedenen Herstellern


Kältespray, Eisspray

Einfach in der Handhabung erlaubt es Kältespray, Bauteile kurzzeitig auf Temperaturen zwischen -25 °C und -55 °C herabzukühlen. Typischerweise besteht Kältespray aus Gasgemischen, meist Kohlenwasserstof en und FCKWs. Bei der Auswahl eines geeigneten Kältesprays sollte man auf die Temperatur achten, darauf, dass es rückstandslos verdunstet und ob es brennbar ist. Umwelt- und Gesundheitsverträglichkeit sind weitere Aspekte, auf die man achten sollte.

Trockeneis

Trockeneis besteht aus gefrorenem Kohlendioxid (CO2). Erwärmt es sich, geht es vom festen Aggregatzustand gleich in den gasförmigen über (Sublimation), es gibt also keine l üssige Phase. Die Temperatur von Trockeneis liegt bei rund -80 °C. Trockeneis ist preiswert, leicht zu beschaf en und gut zu transportieren. Es leitet keinen Strom und sublimiert vollständig und rückstandsfrei.

Trockeneispellets, wie sie zum Kühlen oder auch zum Trockeneisstrahlen verwendet werden, sind leicht im Handel zu beschaffen


Flüssigstickstoff

Flüssiger Stickstof hat eine Temperatur von etwa -200 °C. Beschaf ung und Lagerung/ Transport sind aufwendiger als bei Trockeneis. Aufgrund des l üssigen Zustands und der sehr tiefen Temperatur müssen unbedingt entsprechende Arbeitsschutzmaßnahmen eingehalten werden.

Flüssigstickstoff wird in speziellen Isoliergefäßen transportiert und gelagert


Arbeits-/Gesundheits- und Umweltschutz beim Arbeiten mit Kältetechnologie

Der Umgang mit Kälte und Kältetechnik birgt Umwelt- und Gesundheitsgefahren. Diese gehen zum einen von der Kälte und ihrer schädlichen Wirkung auf den menschlichen Körper aus, zum anderen von den Kältemitteln.
Viele Kältemittel, wie sie in Kältesprays versendet werden, basieren auf Kohlenwasserstof en, darunter auch FCKWs. Entsprechend können sie gesundheitsschädlich beim Einatmen oder bei Hautkontakt sein. Darüber hinaus stellen sie eine Umweltgefahr dar.
Gegen den unmittelbaren Einl uss von Kälte muss sich der Anwender schützen. Das heißt zum einen, dass er ggf. warme Kleidung trägt. Besonders geschützt werden müssen in den meisten Fällen die Hände. Hier sind geeignete Handschuhe Pl icht. Beim Kälteschutz unterscheidet die zuständige EN 511 zwischen dem Schutz vor konvektiver Kälte, also etwa der Arbeit in kalten Umgebungen, und Kontaktkälte, also wenn kalte Gegenstände angefasst werden müssen – z.B. nach einer kryotechnischen Behandlung. Auch die Wasserdichtigkeit spielt eine Rolle.
Bei der Arbeit mit l üssigem Stickstof sind weitere Schutzmaßnahmen notwendig. Da Spritzer l üssigen Stickstof s sofort die Augen schädigen, ist hier das Tragen einer Schutzbrille unbedingt zu empfehlen. Auch beim Umgang mit Trockeneis ist eine Schutzbrille empfehlenswert.

Die meisten Kälteschutz-Handschuhe sind multifunktional und schützen auch gegen weitere Risiken wie Feuchtigkeit oder mechanische Einflüsse


Foto: Schwan

Arbeitet man in geschlossenen Räumen mit größeren Mengen an Trockeneis oder l üssigem Stickstof muss auf ausreichende Belüt ung geachtet werden. Gasförmig sind zwar weder Trockeneis (Kohlendioxid) noch Stickstof git ig, allerdings sind beide Gase schwerer als Lut und verdrängen dadurch unter Umständen den lebensnotwendigen Lut sauerstof. Hier besteht in geschlossenen Räumen ohne Belüt ung Erstickungsgefahr.

Bild- und Quellennachweise:
• Caramba Chemie, Duisburg,www.caramba.eu
• Liqui Moly, Ulm,www.liqui-moly.de
• TAS Schwinghammer, Kerpen,www.rohrvereisung.de
• Implenia
• Aug. Schwan, Viersen,www.schwanco.de