Spritzgießmaschinen lernen Strom sparen

Um mit möglichst geringem Energiebedarf die größtmögliche Produktivität zu erreichen, hat die KraussMaffei Technologies GmbH, München, die Offensive BluePower gestartet. Das Effizienz-Thema wird dabei in drei große Bereiche aufgeteilt, wie die Geschäftsführung auf der Branchenmesse Fakuma erläuterte. Ein Fokus liegt in der Entwicklung energieeffizienter Antriebskonzepte für Neumaschinen, ein weiterer Schwerpunkt ist die Verbesserung der Verfahrenstechnik des Produktionsablaufs. Die dritte Säule von BluePower ist das Upgrading und Retrofitting bereits installierter Maschinen.

Ein aktuelles Beispiel aus dem Bereich energieeffiziente Antriebskonzepte ist die kürzlich vorgestellte Spritzgießmaschinen-Reihe AX. Diese vollelektrischen Maschinen erhöhen die Energieeffizienz im Vergleich zu modernen hydraulischen Maschinen um mehr als 50 % und vielfach sogar um bis zu 60 %. Aber auch bei den anderen Baureihen arbeitet KraussMaffei kontinuierlich an der Optimierung der elektrischen und hydraulischen Antriebskonzepte. Bei den elektrischen Systemen wird beispielsweise Bremsenergie zurückgewonnen und beim Beschleunigen wieder eingespeist. Anwendungsgerechte Hybridkonzepte kombinieren die verschiedenen Antriebssysteme miteinander und erhöhen den Wirkungsgrad.

Im Bereich der Verfahrenstechnik lässt sich die Energieeffizienz durch Prozessintegration erhöhen. Das Zusammenführen von Einzelprozessen gewinnt sowohl auf der Produktionsseite als auch im Peripheriebereich an Bedeutung. Aus Sicht der Kunststoffverarbeitung ist es beispielsweise verfahrenstechnisch zweckmäßig und zugleich energieeffizient, „in einer Wärme“ zu arbeiten. Mit dem Spritzgießcompounder, einer Kombination aus Spritzgießmaschine und Extruder, lässt sich das mehrfache Aufheizen und Plastifizieren der Werkstoffe vermeiden. Das hat auch qualitative Vorteile, denn so wird die thermische Beanspruchung des Materials reduziert. Das Anwendungsspektrum reicht von der Automobil-, über die Verpackungs- und Elektro-/Elektronikindustrie bis hin zur Nahrungsmittelproduktion.

Die Energieeffizienz bereits installierter Spritzgießmaschinen zu erhöhen, ist eine komplexe Herausforderung, weil zahlreiche unterschiedliche Parameter berücksichtigt werden müssen. Anstelle von Einzellösungen benötigt der Kunststoffverarbeiter umfassende und ganzheitliche Strategien. Deswegen bietet KraussMaffei hier Lösungsstrategien aus einer Hand. Ein Spezialisten-Team begleitet den Kunden von der ersten Situationsanalyse über die Auswahl der geeigneten Maßnahmen bis zur Installation und Inbetriebnahme. Einige Maßnahmen, die zur Verfügung stehen, werden im Folgenden exemplarisch beschrieben.

An elektrisch beheizten Plastifiziereinheiten treten Wärmeverluste durch Abstrahlung auf. Dies lässt sich mit Hilfe einer Vollisolierung des Schneckenzylinders unterbinden (Bild). Allerdings muss zuvor der Energiehaushalt geprüft werden, denn die Isolierung stellt einen Eingriff in den Temperatur-Regelkreis der Maschine dar. Folglich sind beim Auslegen der Isolierung beispielsweise die Viskosität des verarbeiteten Materials, die Schneckengeometrie sowie die Betriebspunkte einzubeziehen.

Ein weiterer interessanter Ansatz sind Plastifiziersysteme, die anstelle von elektrischer Energie mit Erdgas beheizt werden. Sie bieten ihren Anwendern sowohl in technischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht Vorteile. Wirtschaftlich interessant sind erdgasbeheizte Plastifizierungen insbesondere für große Maschinen.

Zu den versteckten Stromverbrauchern gehört der Stand-by-Betrieb. Durch eine in die Steuerung integrierte Energiesparschaltung lassen sich diese Kosten vergleichsweise einfach vermeiden. Registriert die Schaltung keine Maschinenbewegungen, startet ein frei einzustellender Countdown, nach dessen Ablauf der Pumpenmotor abgeschaltet wird. Wahlweise kann auch eine programmierbare Absenkung oder die komplette Abschaltung der Zylinder- und der Werkzeugheizung erfolgen.

Ein besonderes Einsparpotenzial bietet die dezentrale Blindstromkompensation. Hintergrund ist, dass die in Spritzgießmaschinen eingesetzten Elektromotoren im elektrotechnischen Sinne induktive Verbraucher sind, die magnetische Felder zyklisch auf- und abbauen. Die dafür benötigte Leistung – die so genannte Blindleistung oder auch reaktive Leistung – entnimmt der Motor dem Stromnetz. Den Verarbeitern entstehen dabei zusätzliche Kosten: Weil die Blindleistung die Netze belastet und die Leistung der Transformatoren reduziert, stellen die Energieversorger deren Rückführung in Rechnung. Der Economiser von KraussMaffei kompensiert die Blindleistung direkt an der Maschine. Von dort fließt der Blindstrom direkt in den Kompensator, ohne das Netz zu belasten. Das System bewältigt auch die an Spritzgießmaschinen schnellen Laständerungen problemlos.

Ablagerungen in den Leitungen sowie an der Wandung der wärmeübertragenden Systemkomponenten in Maschine und Werkzeug beeinträchtigen die Kühlzeiten erheblich. Mit wachsender Schichtdicke ist ein negativer Einfluss auf die Produktqualität nicht auszuschließen. Beide Effekte haben schließlich enorme Auswirkungen auf die Energie- und Prozesskosten. Kühlzeitverlängerungen um bis zu 60 % sowie erhöhte Betriebskosten von mehr als 30 % gegenüber dem Neuzustand der Produktionsmittel sind keine Seltenheit. Wegen der zahlreichen möglichen Einflussfaktoren ist die Wasserqualität ein komplexes Thema. Zweckmäßig ist es deshalb, eine weitgehend automatische Wasseraufbereitungsanlage einzusetzen. Zusätzlich sollten im Rahmen von Wartungsplänen auch die Leitungen regelmäßig gereinigt werden. Um den Energieverbrauch bei der Kälteerzeugung und damit die Kosten zu senken, ist außerdem eine Wassermengenregulierung hilfreich.

Bei der Modernisierung einer bereits vorhandenen Spritzgießmaschine können beispielsweise Pumpen, Ventile und Schläuche bedarfsgerecht ausgetauscht werden. Je nach Zustand werden auch die Elemente der Schließeinheit und des Einspritzaggregats überarbeitet oder ausgewechselt. Durch diese Maßnahmen lassen sich kürzere Zykluszeiten erreichen und die Stillstandszeiten und Ausschussquoten deutlich reduzieren. Durch die höhere Produktivität verbessert sich auch die Energieeffizienz der Anlage.

Fazit: Die Bedeutung der Umweltverträglichkeit von Produktionen und Produkten nimmt rasant zu. Überlegungen zu energieeffizienten Optimierungen dürfen daher nicht bei der Spritzgießmaschine stehen bleiben. In Zukunft wird die gesamte Prozesskette zu beachten sein – von der Herstellung der Rohstoffe bis zum Fertigprodukt.