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EnOptima

       

Strategien zur energetischen Optimierung der Spritzgießtechnologie

Auf Grund steigender Energie- und Rohstoffpreise und der sich verschärfenden Wettbewerbssituation durch Produktionsverlagerung in die sogenannten Billiglohnländer ist die Frage nach effizienter Energieausnutzung und Kostenminimierung in der Produktion für die Spritzgießbetriebe ein Dauerthema.

Während Maschinen- als auch Materialhersteller den Kunststoffverarbeitern bereits vielfältige Lösungen anbieten, findet in der Praxis in der Regel eine gezielte energetische Optimierung des Spritzgießprozesses nicht statt.

Um die Einsparpotentiale im Zusammenhang mit der gewählten Spritzgießtechnologie aufzuzeigen und routiniert erschließen zu können, wurde in der Kunststoff-Zentrum in Leipzig gGmbH (KuZ) das Projekt EnOptima bearbeitet.


Ziel

Erarbeitung einer systematischen und praktikablen Handlungsanleitung für Einrichter zur effektiven energetischen Optimierung der Teilprozesse im Spritzgießen.


Vorgehensweise

  • Systematische Untersuchungen der Teilprozesse des Spritzgießprozesses an einer vollelektrisch und an einer hydraulisch angetriebenen Spritzgieß­maschine
  • Ermittlung des Einflusses prozessrelevanter Parameter auf den Energiebedarf in den einzelnen Teilprozessen
  • Untersuchung von Möglichkeiten zur Verkürzung der Arbeitspunkt- und Prozessoptimierung mittels Simulation und Softwaretools
  • Erarbeitung von Einstellstrategien für die Maschinenbediener zur Energieoptimierung und praktische Erprobung


Fazit Potenziale zur energetischen Optimierung sind vorhanden!

1.

Energetische Prozessoptimierung unter Berücksichtigung der erarbeiteten Handlungsanleitung für Einrichter – im günstigsten Fall bereits in der Phase des Einrichtens – lohnt sich.

Zu den Parametern, über deren Variation eine signifikante Energieeinsparung in der Erprobungsphase realisiert werden konnte, zählen


  • Zylinder- und Heißkanaltemperaturen,

  • Werkzeugtemperaturen,

  • Restkühlzeit,

  • Schließkraft und

  • Schneckendrehzahl bzw. Schneckenumfangsgeschwindigkeit.

Insgesamt lagen die erreichten Energieeinsparungen in 75 % der untersuchten Prozesse über 5 %, bei hydraulisch angetriebenen Spritzgießmaschinen tendenziell etwas höher. Die eigentliche Optimierung nahm bei den konkreten Versuchen zwischen 1,5 h und ca. 5 h in Anspruch. Wurden die Hinweise zur energetischen Optimierung bereits beim Einrichten der Spritzgießmaschine beachtet, stieg der Zeitaufwand im Einrichtprozess um durchschnittlich 2 h.


2.

Im Detail treten hinsichtlich der Einsparpotenziale große Unterschiede in Abhängigkeit von Formteil, Material, Maschine und Umgebungsbedingungen auf.


3.

Kennziffern wie der spezifischer Energieverbrauch [kWh/kg] und der Materialdurchsatz [kg/h] gestatten die innerbetriebliche Bewertung des Energieverbrauchs. Um so besser die Auslastung der Spritzeinheit ist, um so geringer ist der spezifische Energieverbrauch (Bild 1).















Bild 1: Zusammenhang zwischen Auslastung der Spritzeinheit und dem spezifischen Energieverbrauch mit Bezug auf den Materialdurchsatz




4.

Der relativ hohe Aufwand für die konventionelle Optimierung ist natürlich nur bei entsprechenden Produktionsmengen gerechtfertigt, konnte im Projekt aber insbesondere durch den Einsatz der Software STASA QC - ein Produkt der STASA Steinbeis Angewandte Systemtechnik GmbH - zur Prozessoptimierung deutlich verkürzt werden (Bild 2).






Bild 2: Energieeinsparung über den Spritzgießzyklus mittels konventioneller und softwarebasierter (STASA QC) Optimierung im Vergleich zur Arbeitspunkttechnologie, von der ausgehend die Optimierung gestartet wurde




5.

Die hohe Fachkompetenz der Maschineneinrichter ist ein wesentlicher Schlüssel für energieoptimiertes Spritzgießen.


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Bildnachweis: Michael Krämer, „Energiespender“, CC-Lizenz (BY 2.0); http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/de/deed.de
Alle Bilder stammen aus der kostenlosen Bilddatenbank www.piqs.de