Oktober 2010

Wir wollen und müssen unseren Kunden energieeffiziente Handlungsweisen vorleben, da wir auch Produkte im Programm haben, die diesen Ansprüchen gerecht werden“, nennt Herbert Blodig, Mitglied der Geschäftsleitung bei Roth Kunststofftechnik, den Grund für diese ganzheitliche Betrachtungsweise:„Für unsere Vorreiterrolle haben wir uns aber auch aufgrund der an unserem Standort vorherrschenden Energiepreise entschieden. Da diese in den letzten Jahren stetig gestiegen sind, ist uns im Grund nichts anderes übrig geblieben, als energiesparend zu arbeiten, um letztlich auch selbst konkurrenzfähig zu bleiben.“ So wird etwa die entstehende Maschinenabwärme konsequent zur Beheizung der Gebäude genutzt und auch über die Einlagerung von Wärme im Erdreich denkt man bereits intensiv nach. An den Spritzgießmaschinen kommen beispielsweise das elektromechanische Dosieren sowie Antriebsmotoren der Energieeffizienzklasse EFF1 und stufenlos drehzahlgeregelte Hydraulikpumpen als energiesparende Alternativen zum Einsatz. Alle Erkenntnisse, die in dieser Richtung Erfolge nach sich ziehen, werden auf die anderen Werke der Unternehmensgruppe übertragen. Roth Kunststofftechnik Wolfgruben gehört als Zweigniederlassung der Roth Werke, Buchenau, zur Unternehmensgruppe Roth Industries, die ihren Hauptsitz in Dautphetal-Buchenau hat. Roth Kunststofftechnik stellt auf zirka 9000 qm Produktions- und Lagerfläche neben technischen Spritzgießteilen auch gesamte Baugruppen für das eigene Haus sowie für die Bereiche weiße Ware und die Automobil-Zulieferindustrie her.

Das Rezessionsjahr 2009 ging auch an Roth Kunststofftechnik nicht spurlos vorbei. Man nutzte jedoch die Situation, um Prozessverbesserungen nach vorne zu treiben und unter anderem auch in neue Peripherie zu investieren. Dazu gehörten Temperiergeräte der Series 5 von HB-Therm mit externer Durchflussmessung.

Mehrere Kreisläufe zusammenlegen

Dass die Werkzeugtemperierung einen hohen Anteil am Gesamtenergieverbrauch einer Spritzgießanlage ausmacht, weiß man bei Roth schon lange. „Deshalb“, so Harald Niederhöfer, Leiter der Betriebstechnik bei Roth, „versuchen wir, die eingesetzte Energie gleich mehrfach in den Griff zu bekommen, etwa durch die Anpassung der Pumpenleistung sowie durch die Zusammenlegung mehrerer in ihrem Niveau ähnlicher Temperierkreisläufe über die externe Durchflussmessung auf einem Gerät. Damit sparen wir nicht nur Energie-, sondern auch Anschaffungskosten für Temperiergeräte.“

Allerdings muss für ein nachhaltiges energieeffizientes Arbeiten eine gesicherte Datenbasis vorliegen, um auch bei der Einstellung neuer Temperierprozesse entsprechend schnell und effizient vorgehen zu können. Diese Datenbasis wird in Wolfgruben gerade zusammengetragen. Den bisherigen, kosten- und energieintensiven Standard mit einem Temperiergerät pro Kreislauf hat man bei Roth allerdings schon längst hinter sich gelassen. Aktuell betreibt das Unternehmen an seinen Maschinen neben 28 Temperiergeräten der Series 4 auch 14 Geräte der neuesten Series 5. Elf Vierfach-Verteiler mit externer Durchflussmessung kommen an den Series-5-Geräten zum Einsatz.
An den Temperiergeräten der Series 5 mit 60 Litern Pumpenleistung können über zwei Verteilerblöcke bis zu acht Kreisläufe gleichzeitig betrieben werden. Bei Roth hat man erfolgreiche Versuche mit drei gemeinsam betriebenen Kreisläufen gefahren, was einen geringeren Invest in zusätzliche Geräte und weniger Stromverbrauch bedeutet. All das geht nicht auf Kosten der Teilequalität und der Serienproduktion. Trotz der Zusammenlegung sind Qualitätsniveau und Ausstoß gleich geblieben.
Die Wurzeln der Kooperation zwischen dem Kunststoffverarbeiter und HB-Therm reichen in das Jahr 2003 zurück. Die Verantwortlichen bei Roth schätzen vor allem die Unterstützung vor Ort durch den Vertrieb der deutschen Niederlassung des Temperiergerätebauers in Siegburg. Zuverlässigkeit und Termintreue in der Ersatzteilversorgung sind weitere Kriterien, die für den Verarbeiter bei der Auswahl der Zulieferer wichtig sind. Hinzu kommt, so Geschäftsleiter Herbert Blodig, „dass die Geräte der Series 4 und 5 zur Durchführung auch komplexer Temperieraufgaben geeignet und dabei einfach zu bedienen sind.“
Wie funktioniert nun die externe Durchflussmessung? Der Wärmeübergang an der Temperierkanalwand hängt stark von den Strömungsverhältnissen ab, die wiederum primär über den Durchfluss bestimmt werden. Eine veränderte Temperaturdifferenz zwischen Wärmeträger und Werkzeug zeigt sich genauso an der Formnestoberfläche. Damit ist klar: der Durchfluss hat einen direkten Einfluss auf die qualitätsrelevante Temperatur an der Formnestoberfläche. Verändert sich der Durchfluss in einem der parallel geschalteten und überwachten Kanäle, so verändert sich auch die Temperatur an der Werkzeugwand. Damit einhergehend können die veränderten Werkzeugwandtemperaturen maßliche Veränderungen nach sich ziehen.

Messsystem ohne bewegliche Teile

Bei Anwendungen mit seriell geschalteten Temperierkreisen reicht die Durchflussüberwachung des Temperiergeräts, denn hier ist eine etwaige Verstopfung ebenso einfach erkennbar. Für Anwendungen mit parallel geschalteten Temperierkreisen steht als Zubehör die Durchfluss-Überwachungseinrichtung zum Anschluss von maximal vier Temperierkreisläufen pro Einheit zur Verfügung. Sie ist für wasserbasierte Temperiergeräte und Temperaturen bis 180 °C geeignet, wobei sich der Nenn-Meßbereich zwischen 0,4 und 20 l/min. pro Kreis bewegt.

Das Messsystem arbeitet mit Ultraschall und damit ohne bewegliche Teile. Im Vorlauf arbeitet ein gemeinsamer Temperaturfühler, in den Rückläufen vier voneinander unabhängige. Der Anschluss an die Series-5-Geräte erfolgt über die Schnittstelle HB-Therm internal. Die Grundausrüstung lässt bis zu vier Wasserkreisläufe pro Gerät zu, die Erweiterung auf bis zu acht Kreisläufe ist möglich.
Besonders interessant ist für Roth die im Verteiler eingebaute Auswerteelektronik zur Ermittlung einer belastbaren Datenbasis, die in die Steuerung integrierte Bedienung, Anzeige und Überwachung der Durchflussmessung sowie die automatische Grenzwerteinstellung. Damit kann auf die manuelle Grenzwerteingabe pro Werkzeug verzichtet werden. Die Geräte orientieren sich an den Verhältnissen nach dem Anfahren.
Natürlich ist das Erkennen möglicher Verstopfungen in Temperierkanälen, zumal bei der parallelen Temperierung, eine wichtige Funktion der externen Durchflussmessung. Allerdings ist die Zusammenlegung mehrerer Medienkreisläufe mit einem ähnlichen Temperaturniveau an einem gemeinsamen Temperiergerät ein ebenso klarer Vorteil.
Die Überwachung der einzelnen, parallel geschalteten Kreise hilft vor allem bei der detaillierten Kontrolle der Formteilqualität. Bei Roth wird die Durchflussüberwachung vor allem aufgrund der zunehmenden Komplexität von Materialien und Verarbeitung eingesetzt. Über die externen Durchflussmesser kann die effektive Temperierleistung jedes Medienkreises abgelesen werden. Damit lassen sich die einzelnen Kühlkreisläufe auch gezielt beeinflussen und punktgenau temperieren.
Harald Niederhöfer hält dazu fest: „Wir stellen unter anderem Kunststoff-Fittings für den Bereich Fußbodenheiz- und Kühlsysteme her. Durch das Erfassen und Überwachen der Durchflussmengen kann die Teilequalität optimal beeinflusst werden. Die Durchflussmenge wird auf dem Display der Temperiergeräte angezeigt und kann somit zu jedem Kreislauf online kontrolliert werden. Das ist für unsere Serienfertigung, die im 3-Schicht-Betrieb läuft, eminent wichtig, um Temperierprobleme sofort erfassen zu können.“
Die Vorgehensweise bei Roth Kunststofftechnik folgt der Prämisse, Temperierkreisläufe dort, wo ein gleiches Temperaturniveau gefahren wird, mit einem Temperiergerät zu bedienen. Dazu wird die Werkzeugwandtemperatur ermittelt. Dies erfolgt idealerweise beim Beginn einer neuen Serienfertigung.

Datenbasis hilft beim Wiederanfahren

Die Betrachtung des Durchflusses parallel geschalteter Temperierkreise ist für eine optimale Temperierung von ausschlaggebender Bedeutung. Eine solche perfekte Temperierung ist notwendig, um über verbesserte Kühlzeiten zu optimierten Zykluszeiten und so zu einer wirtschaftlichen Herstellung zu kommen. Durch die genaue Analyse des Temperaturhaushalts für jedes Werkzeug lassen sich Hot Spots ermitteln und durch eine konturnahe Verlegung der Kühlkanäle gezielt vermeiden.

Die damit aufgebaute Datenbasis hilft Roth beispielsweise beim Wiederanfahren der Fertigung nach einer Produktionsumstellung, da sich alle relevanten Parameter über die Temperiergerätesteuerung extern speichern und pro Werkzeug auch wieder einlesen lassen. Dieser Datenpool kann laut Harald Niederhöfer aber zusätzlich dazu genutzt werden, die Einrichtarbeit auch bei neuen Projekten zu erleichtern. Das verkürze die Vorbereitungszeiten und wirke sich damit letztlich positiv auf den gesamten Herstellprozess aus.
Bezogen auf die Serienproduktion bedeutet das: Eine solche Prozessdatenerfassung trägt über eine höhere Prozesssicherheit sowie eine optimierte Pumpen- und Heizleistung zur Energieeinsparung bei.
„Optimierungen werden bei uns neben den Kundenanforderungen durch Preise, die Komplexität der Kunststoffe sowie der Qualität getrieben. Ein höherer Invest für Top-Komponenten in allen Projektbereichen, sei es nun die Spritzgießmaschine, die Peripherie, die Automation oder auch das Material, macht sich, das ist unsere Erfahrung, in der Serie über günstigere Stückkosten bezahlt.“ Dieses Fazit zieht Herbert Blodig: „Man sollte also bei neuen Anschaffungen nicht nur den Anfangsinvest betrachten. Auch die Folgekosten über den Produktionszeitraum hinweg müssen in die Kalkulation einfließen.“

Eine detaillierte Temperaturführung im Werkzeug ist über die Jahre hinweg zu einem essenziellen Bestandteil der Produktion bei Roth geworden, und das nicht zuletzt auch deshalb, weil die Materialien im Bereich Technische Kunststoffe in ihrer Verarbeitung immer anspruchsvoller geworden sind. Deshalb fordert die Geschäftsleitung von Ihren Mitarbeitern, wie es Herbert Blodig ausdrückt, „ZDF“, also Zahlen, Daten und Fakten. Nur so ließen sich die Wettbewerbsfähigkeit steigern und die Kosten im Griff behalten.

Neue Technologien
Externe Durchflussmessung

Die Vorgehensweise mit der Datenerfassung über externe Durchflussmesser, des Einrichtens der Maschinen und Temperiergeräte aufgrund dieser Basis sowie die Zusammenfassung mehrerer Kühlkreisläufe auf einem Gerät rechnet sich. So haben die ersten Erfahrungen bei Roth gezeigt, dass durch die einfache Bedienung der Schulungsaufwand entsprechend gering bleibt. Zum Aufbau einer aussagefähigen Prozessdatenbank ist allerdings das konsequente Fahren von Versuchen pro Werkzeug und Maschine notwendig.
Hinzu kommt die hohe Energieeffizienz der HB-Therm-Temperiergeräte. Da die Series 5 wie auch ihre Vorgänger generell ohne Tank auskommen und so nur mit minimalen Umlaufvolumina arbeiten, muss auch nur eine entsprechend geringe Menge Temperiermedium aufgeheizt werden. Damit bleiben Stromaufnahme und Energieverbrauch immer optimal.

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