Um Spritzgießmaschinen und Verarbeitung effizienter zu gestalten, betreibt Phoenix Contact Entwicklungsaktivitäten für die Kunststoffverarbeitung. Analysen zeigen, dass Kunststoffe den längsten Hebel darstellen, um wirksam CO2 einzusparen. „Wir schauen uns drei große Bereiche an: die eingesetzten Rohstoffe, den Fertigungsprozess und die verfügbare Maschinen- und Anlagentechnik“, erklärt Jörg Oblotzki aus der Technologieentwicklung. Den größten Anteil am CO2-Fußabdruck eines Kunststoffeinzelteils hat die Produktion des Kunststoffs. Umso wichtiger ist daher die Vermeidung von Fertigungsabfällen. Durch die Nutzung der Heißkanaldirektanspritzung sind Einsparungen auf bis zu 50 Prozent gehoben worden. Die Verbesserung von Spül- und Anfahrprozessen lieferte ebenfalls einen nennenswerten Beitrag. Direkt in der Spritzgießfertigung steuerbar ist der Energieverbrauch der Spritzgießmaschine und der erforderlichen Peripheriegeräte. „Je mehr Produkte wir pro Zeiteinheit herstellen, desto günstiger erweist sich die Energiebilanz für das einzelne Produkt“, führt die Chemieingenieurin Dr. Frauke Reinders aus. „Unter anderem aus diesem Grund digitalisieren wir unsere Prozesse immer mehr“, erklärt Jörg Oblotzki. „Mit Blick auf die Ressourceneffizienz wollen wir aus den gewonnenen Daten lernen, um Abläufe zu optimieren.“ Die Erfassung der Energieverbräuche aller Spritzgießmaschinenkomponenten und Peripheriegeräte zeichnet ein deutliches Bild der Hauptenergieverbraucher.
Allein durch Prozessverbesserungen lassen sich lediglich kleine Einsparungen realisieren. Die wesentlichen Energieverbraucher müssen deshalb hinsichtlich der möglichen Einsparpotenziale untersucht werden. Hauptverbraucher ist die Spritzgießmaschine mit circa 50 %, doch zusammen konsumieren auch die Peripheriegeräte so viel Energie. Großes Einsparpotenzial bieten an dieser Stelle Temperiergeräte mit frequenzgeregelter Pumpe, deren Pumpleistung auf den tatsächlich notwendigen Bedarf reduziert werden kann, sodass sich bis zu 25 % Energie einsparen lassen.
Mehr Prozessstabilität durch Datenerfassung
Nicht nur die Aufnahme und Visualisierung von Verbrauchsdaten ermöglicht nachhaltigere Spritzgießprozesse. Die Erfassung von Prozessdaten der Spritzgießmaschine, insbesondere sofern diese mit Energiedaten überlagert werden, erlaubt ebenfalls die Erhöhung der Prozessstabilität. „Es muss ja eine Ursache haben, wenn wir dreimal pro Jahr den gleichen Artikel fertigen und dabei stets einen anderen Energiefußabdruck messen“, stellt Frauke Reinders fest. Ein detaillierter Vergleich der aufgenommenen Einstell- und Prozessdaten schafft heute die erforderliche Transparenz bei der Ursachenforschung: Was macht eine Schicht besser als die andere? Welche Umgebungsbedingungen haben sich so geändert, dass sie Auswirkungen auf die Prozessführung haben? Woraus können die Mitarbeitenden lernen, damit sie gemeinsam besser werden?
Frauke Reinders und Jörg Oblotzki sind sich einig, dass es nicht ausreicht, wenn sich Nachhaltigkeit auf die Substitution des fossilen Stroms durch regenerative Energie beschränkt. „Wir müssen uns immer weiter an den minimalen Energiebedarf herantasten“, betont Oblotzki. Und daher sei es wichtig, die Prozesse auf der Grundlage eines genauen Prozessverständnisses sowie der Auswertung der verfügbaren Maschinen- und Energiedaten transparent umzusetzen. Hier arbeitet Phoenix Contact als Anwender mit den Maschinenherstellern zusammen. Ziel ist die Erreichung eines idealen Produktionsprozesses. Wer dann beim Spritzgießen während eines Produktwechsels auch noch die Spülzeiten und -abläufe verbessert, spart zusätzliche Zeit ein und gewinnt Fertigungskapazität. „Die Mindestenergiemenge stellt ohne Frage ein theoretisches Konstrukt dar, doch für uns bildet es eine Ziellinie. Sie ist der Ansporn, beim Spritzgießen stetig nachhaltiger zu werden“, erklärt Frauke Reinders. Auf dem Weg vom angelieferten Granulat bis zum Versand der einbaufertigen Elektronikkomponenten gilt es schließlich sämtliche Formen der Verschwendung zu vermeiden.
Ausweisung des spezifischen CO2-Fußabdrucks
Die Grundlage für einen nachhaltigen Herstellungsprozess beginnt bereits bei der umweltfreundlichen Produktgestaltung. Als Beispiel sei eine Standard-Reihenklemme für die Hutschiene genannt. Um seinen Kunden gegenüber transparent zu sein, hat Phoenix Contact schon damit begonnen, für jedes einzelne Produkt den spezifischen CO2-Fußabdruck auszuweisen. Dafür nutzt das Unternehmen einerseits Ökodatenbanken und greift zu Modellierungsverfahren, die ein digitales Abbild aller Prozessschritte liefern. Der Einsatz neuer Materialien bis hin zur Wiederverwendung in Form von Rezyklat wirkt sich ebenfalls positiv auf den CO2-Fußabdruck aus.
