Eine Produktion effizient zu gestalten, gehört zu den Grundlagen unternehmerischen Handelns. Wichtig hierbei ist es, die gesamte Wertschöpfungskette im Blick zu haben. Neben der eigentlichen Produktionstechnik mit Spritzgießmaschine, Werkzeug und Peripherie müssen auch die Mitarbeiter, Gebäudetechnik und Infrastruktur in die Betrachtungen miteinbezogen werden. Auch das Produktdesign und damit einhergehend eine mögliche Prozessintegration können einen großen Einfluss auf die Effizienz haben. Die weiteren Parameter sind die Produktionsplanung und Prozesssteuerung. Diese vielfältigen Stellhebel zeigen, wie komplex und unübersichtlich das Thema ist. Um das Ganze überschaubarer zu gestalten, haben wir die Spritzgießmaschine in den Fokus gerückt und bei einigen Herstellern auf der Fakuma nachgefragt, was für sie die Stellhebel mit den größten Potenzialen für die Steigerung der Produktionseffizienz sind.

So lassen sich laut Herbert Kraibühler, Geschäftsführer Technik, Arburg, bei Auslegung und Ausstattung der Spritzgießmaschine die ersten Weichen für eine effiziente Produktion stellen: „Bei Neuinvestitionen, also in der Planungsphase, gewinnt das Thema Produktionseffizienz zunehmend an Bedeutung, da die Auslegung und Ausstattung der Maschine einen großen Einfluss haben. Dabei gilt es, die Maschine individuell auszulegen, aus der Vielfalt an Ausstattungen auszuwählen und so eine produktspezifisch zugeschnittene Spritzgießlösung zu erhalten. Ist die Produktionseffizienz von Anfang an strategisch verankert, amortisieren sich die Investitionen innerhalb kurzer Zeit.“

Schnelle und unabhängige Bewegungen der Antriebe

Weitere Faktoren sieht Kraibühler in der Zykluszeit und dem Energiebedarf: „Einen entscheidenden Einfluss auf die Effizienz und damit auf die Stückkosten haben die Zykluszeiten. Hier punkten elektrische Antriebe durch ihre schnellen und unabhängigen Bewegungen und erfüllen unter anderem dank kurzer Trockenlaufzeiten und synchronem Auswerferfahren die Anforderungen umfassend. Aber auch die Mehrpumpen- oder Hydraulikspeichertechnik ermöglicht gleichzeitige Bewegungen. Weitere Potenziale bietet ein Reduzieren des Energiebedarfs. So arbeiten beispielsweise servoelektrische Antriebe dank ihres hohen Wirkungsgrads sehr energieeffizient. Bei hydraulischen Maschinen senken Elektromotoren der Wirkungsgradklasse IE2, ein elektromechanischer Dosierantrieb sowie servogetriebene Hydraulikantriebe den Energiebedarf.“

Der Energiebedarf rangiert auch bei Hans Ulrich Golz, CEO Netstal und President Segment Spritzgießtechnik der Krauss Maffei Gruppe, ganz oben auf der Liste: „Ich sehe große Potenziale bei der Senkung des Energieverbrauchs, der Optimierung steigender Anforderungen hinsichtlich Prozessführung und der Qualität der Formteile bei gleichzeitiger Steigerung der Produktionsleistung. Netstal hat reagiert und die Elion-Baureihe um die Schließkraftgröße 3.200 kN erweitert.

Durch ihren konsequent modularen Aufbau lässt sie sich flexibel an individuelle Kundenanforderungen anpassen und die elektrisch angetriebene Schließeinheit kann mit einem hydraulischen Hochleistungsspritzaggregat kombiniert werden. Die Hochleistungsspritzeinheit ist dank der innovativen Doppelventil-Technik in der Lage, Einspritzgeschwindigkeiten von bis zu 2.000 mm/s bei extremen Beschleunigungen zu erreichen. Dünnwandige Verpackungsteile lassen sich mit Füllzeiten unter 0,1 Sekunden ausformen. Mit dieser Einspritzleistung werden Material und Zykluszeit eingespart.

Mit der Antriebseinheit Eco Powerunit lassen sich im Vergleich zu einer konventionell hydraulisch angetriebenen Kniehebelmaschine mit der Elion Hybrid bis zu 50 Prozent Energie einsparen.“ Auch Georg Tinschert, Geschäftsführer von Wittmann Battenfeld, sieht in der Energiebedarfsoptimierung das größte Potenzial: „Selbstverständlich liegt die größte Möglichkeit in der Antriebstechnik. Servomechanische oder servohydraulische Antriebe ermöglichen Energieeinsparungen von 30 bis 60 Prozent, im Vergleich zu modernen Standar-Antriebssystemen. Verglichen mit 10 bis 15 Jahre alten Maschinen liegt der Wert noch höher. Durch das Nutzen von parallelen Maschinenbewegungen können Zykluszeiten reduziert werden – dies bedeutet oft auch eine substantielle Steigerung der Effizienz.

Die optimale Auslegung von Spritzgießteilen, beispielsweise dünnere Wandstärken oder der Einsatz von Tandemwerkzeugen, bringen auch einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz. Zusätzlich können durch Zylinderisolierung und Ausstattung der Werkzeuge mit Isolierplatten Einsparungen erzielt werden.“

Kompakte Bauweise senkt Betriebskosten

Die kompakte Bauweise einer Spritzgießmaschine stellt Friedrich Mairhofer, Produktmanager bei Engel, in den Vordergrund: „Durch die besonders kompakte Bauweise unserer vollelektrischen E-Mac-Baureihe sparen die Maschinen Fertigungsfläche ein und senken die Betriebskosten. Die Servoantriebe werden in einer modernen Achsverbundlösung mit stabilisiertem Zwischenkreis betrieben, wobei die Bremsenergie mittels Rückspeisung wieder ins Netz abgeführt wird und so eine besonders hohe Energieeffizienz garantiert wird. Dank der Parallelbewegungen der einzelnen Antriebsachsen reduzieren die Spritzgießmaschinen die Zykluszeiten. Produktionseffizienz ist aber nicht alleine von den Eigenschaften der Spritzgießmaschine abhängig, vielmehr kommt es auf das Zusammenspiel zwischen Spritzgießmaschine, Prozesstechnologie, Werkzeug und Automatisierung an.

Während der Fakuma produzierte eine E-Mac 100 mit integriertem Viper-6-Roboter Weinflaschenverschlüsse aus Polypropylen und Flüssigsilikon im neuen UV-Vulkanisationsverfahren. Elmet hat dafür Werkzeuge mit lichtdurchlässigen Kavitäteneinsätzen entwickelt und so gemeinsam mit uns die Tür zu neuen Mehrkomponenten-Anwendungen aufgestoßen.“
Optimal an die Produktionsanforderungen angepasste Spritzgießmaschinen sind auch für Karlheinz Bourdon, Vice President Technologies bei Krauss Maffei, der richtige Weg zum Erfolg: „Neue Maschinen und Produktionszellen lassen sich mit einem großen Modulbaukasten optimal an die Produktionsanforderungen anpassen und überdimensionierte Lösungen werden vermieden. Dieser Gestaltungsfreiraum ermöglicht auch die Integration von Fertigungsschritten in die Maschine, beispielsweise die Montage im Spritzgießwerkzeug in Wendeplattenmaschinen, was die Produktionseffizienz sehr steigert.

Um den Energieverbrauch von Spritzgießmaschinen nachhaltig zu senken, sind aus meiner Sicht noch stärker die Antriebstechnik, der Wärmehaushalt sowie die Prozessabläufe zu betrachten. Mit Einführung der GX-Baureihe präsentierten wir 2012 ein neues, modulares Antriebssystem, dessen Gesamtkonfiguration in der Produktion höchste Effizienz mit hoher Leistungsfähigkeit kombiniert. Die mechanisch-hydraulische 2-Plattenmaschine hat einen bis zu 80 Prozent reduzierten Fahrwiderstand der beweglichen Platte – ermöglicht werden diese Leistungen durch den Führungsschuh GuideX und den zugehörigen Linearführungen. Weiterhin wurde das gesamte Hydrauliksystem speziell auf die Maschine abgestimmt und optimiert. Damit werden die Druckverluste um durchschnittlich 30 Prozent reduziert.

Neue Hydraulikpumpen mit besserem Ansprech-verhalten und höherem Wirkungsgrad reduzieren die pumpeninternen Verluste um 50 Prozent. Damit ist die Baureihe die derzeit energieeffizienteste 2-Plattenmaschine mit hydraulischem Antrieb im Markt und erreicht durchschnittlich einen um 20 Prozent geringeren Energieverbrauch. Mit dem Einsatz einer elektrischen Spritzgießmaschine erreicht der Verarbeiter heute das erreichbare Maximum an Energieeffizienz. Bei unseren Maschinen ist die Energierückspeisung (Rekuperation) im Standard enthalten und ermöglicht bei der AX eine Rückspeisung von etwa zwei Drittel der benötigten Bewegungsenergie für die Schließeinheit.“

 

„Ist die Produktionseffizienz von Anfang an strategisch
verankert, amortisieren sich die Investitionen schnell.“

Herbert Kraibühler, Geschäftsführer Technik, Arburg


„Durch das Nutzen von parallelen Maschinenbewegungen können Zykluszeiten reduziert werden.“

Georg Tinschert, Geschäftsführer, Wittmann Battenfeld

 

„Die Integration von Fertigungsschritten in die Maschine steigert die Produktionseffizienz.“

Karlheinz Bourdon, Vice President Technologies, Krauss Maffei

 

 

Nachgehakt

Bei Neuinvestitionen kann der Anwender von Anfang an die Produktionseffizienz strategisch verankern. Aber wo sind die Potenziale, um auch bei einer bestehenden Spritzgießmaschine die Produktionseffizienz zu steigern?

Herbert Kraibühler, Geschäftsführer Technik, Arburg: Bei vorhandenen Maschinen empfehle ich, die Prozesse zu optimieren und die Auslastung wenn möglich zu erhöhen. Denn gerade in den Bereichen Prozess-Steuerung und Produktionsplanung kann die Effizienz zum Teil kurzfristig und ohne Neuinvestitionen enorm gesteigert werden. So wird beispielsweise häufig der Zyklusablauf nicht detailliert genau betrachtet. Servoelektrische Antriebe bieten hier viele Möglichkeiten, Zykluszeiten weiter zu reduzieren. In der Produktionsphase ist Zeit und somit eine Verkürzung unnötiger Stillstands- und Rüstzeiten ein wichtiger Faktor. Dazu tragen zum Beispiel eine vorausschauende Produktionsplanung und eine Optimierung von Rüstvorgängen bei.

Für stabile Produktionsprozesse sind Wartung und präventive Instandhaltung unabdingbar. Ein verschmutztes Kühlventil kann beispielsweise mehr Energie verbrauchen, als sich mit einer neuen Hightech-Maschine jemals einsparen lässt. Oft ist auch die Kühlwassermenge und -temperatur nicht passend zur Anwendung gewählt. Können zum Beispiel die Vorlauftemperaturen der Gesamtkühlanlage ohne Auswirkung auf den Spritzgießprozess erhöht werden, führt jedes Grad Celsius zu deutlichen Einsparungen bei den Betriebskosten.

Hans Ulrich Golz, CEO Netstal: Mit unserem gesamten Produktportfolio können Kunden effiziente Prozesse für die Produktoptimierung sicherstellen, beispielsweise durch Ausrüstung mit der energieoptimierten Antriebseinheit Eco Powerunit. Durch Einsatz modernster hydraulischer Antriebskomponenten in Kombination mit einem drehzahlvariablen Synchronmotor wird die Antriebsleistung jederzeit dem Bedarf des aktuellen Produktionszyklus angepasst. Dies bringt je nach Anwendung eine Energieeinsparung von bis zu 30 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen hydraulischen Antriebssystemen ohne Staub- und Wärmeemissionen. Zudem ist das System spannungs- und frequenzunabhängig und arbeitet ohne Blindleistungsverluste.

Da die herzustellenden Produkte immer vielfältiger und komplexer werden, bietet auch eine sehr gute Steuerung Effizienzpotenziale. Unsere Steuerungsgeneration aXos bietet zahlreiche Erleichterungen im Produktionsprozess, beispielsweise durch eine innovative Bedieneinheit sowie einen Ablaufeditor, mit dessen Hilfe beliebig viele Produktionsabläufe grafisch erstellt werden können.

Georg Tinschert, Geschäftsführer Wittmann Battenfeld: Die Umrüstung auf moderne Steuerungstechnik beziehungsweise der Retrofit mit Frequenzumrichtertechnologie bietet Einsparungspotenziale von 10 bis 20 Prozent. Eine optimierte Blindleistungskompensation ist ebenfalls eine Möglichkeit die Effizienz zu steigern. Darüber hinaus gilt das für Neuinvestitionen gesagte zur optimierten Auslegung von Spritzgießteilen auch bei bestehenden Spritzgießmaschinen. Eine Prozessführung unter Berücksichtigung einer energieoptimierten Maschineneinstellung bringt durchaus auch gute Einsparungen. Aus diesem Grund bieten wir Workshops an, um Verarbeiter zum energieoptimierten Betrieb beim Spritzgießen zu schulen.

Franz Pressl, Produktmanager, Engel: Die größten Effekte lassen sich mittels Prozessintegration und Automatisierung erreichen. Ein sehr gutes Beispiel hierfür zeigten wir auf der Fakuma: Im Mold’n-Seal-Verfahren von Sonderhoff wurden auf unserer Victory Spritzgießmaschine Gehäuse für Feuchtraumleuchten hergestellt. Die Fertigungszelle kombinierte das Spritzgießen und Dichtungsschäumen inklusive Mehrachsroboter auf äußerst kompakter Grundfläche. Platzsparend wirkte sich aus, dass der Mehrachsroboter aufgrund der HolmlosTechnik der Maschine sehr nah an das Werkzeug rücken konnte. Generell bergen die holmlosen Spritzgießmaschinen ein großes Effizienzsteigerungspotenzial, auch im laufenden Betrieb.

Da die Werkzeugaufspannplatten bis an den Rand voll ausgenutzt werden können, lässt sich für viele Anwendungen eine kleinere Maschine einsetzen als es die Werkzeuggröße herkömmlich erfordern würde. Dies senkt die Investitions- sowie die Betriebskosten (geringerer Energieverbrauch!), beschleunigt die Werkzeugwechsel, vereinfacht die Prozessintegration und die Automatisierung und reduziert die Stellfläche der Gesamtanlage. Pro Quadratmeter Hallenfläche lassen sich deutlich mehr Teile produzieren. Die Vorteile der Holmlos-Technik kommen besonders auch bei Mehrkavitäten-Anwendungen zum Tragen, die in der Regel relativ große Werkzeuge, wegen der in Summe aber eher kleinen projizierten Teileflächen nur vergleichsweise geringe Schließkräfte benötigen.

Karlheinz Bourdon, Vice President, Krauss Maffei: Für bestehende Maschinen bieten wir für den Kunden zur Verbesserung der Produktionseffizienz eine Vielzahl an Optionen aus unserem Bluepower-Modulbaukasten an. Servomotorische Pumpenantriebe reduzieren den Energieverbrauch, Isoliermanschetten an der Plastifizierung verringern Wärmeverluste und moderne Schneckengeometrien erhöhen die Aufschmelzleistung und den Energieeintrag in die Schmelze, um nur einige zu nennen. Ein für mich wesentlicher Punkt ist der Einsatz von angepassten Automationslösungen. Damit werden die Prozesse reproduzierbarer und Montagefunktionen in die Spritzgießzelle integriert.

So entstehen direkt an der Maschine fertige Funktionsmodule, die ohne weitere Nacharbeit an die nächste Produktionsstufe geliefert werden. Aber auch richtige Verfahrenslösungen tragen zur Verbesserung der Produktionseffizienz bei. In kombinierten Verfahren, sogenannten Einstufen-Prozessen, steckt ein großes Potenzial zur Effizienzsteigerung. Beispielsweise verbindet das Coverform-Verfahren unseres Unternehmens die Reaktionstechnik mit dem Spritzgießen, um Formteile bereits im Werkzeug mit einer kratzfesten Schutzschicht zu versehen. So kann der separate Lackauftrag eingespart werden und die bislang bis zu 14-stufige Wertschöpfungskette verkürzt sich auf nur einen integrierten Produktionsschritt.

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Oliver Lange