Die Energiespartechnologie für EBM-Maschinen ist von einem Marketing-Punkte zu einem harten kommerziellen Erfordernis geworden. Für die meisten Maschinen für Blasfolgenverarbeitung ist Strom inzwischen die zweitgrößte kontrollierbare Kostenpost nach Harz, und in Regionen mit hohen Tarifen oder CO2-Meldungsverpflichtungen ist dies die Kostenpost, die am schnellsten wächst. Eine einzelne Extrusionsblasformmaschine, die drei Verschiebungen am Tag für HDPE-Flasken durchläuft, kann in einem Jahr mehr Strom verbrauchen als ein ganzes Bürogebäude mit vergleichbarer Nutzfläche. Die gleiche Maschine, wenn sie richtig spezifiziert ist, kann bei deutlich weniger Energie denselben Gehalt erzeugen.
Apollo, ein Wanplas-Werk in Zhangjiagang bei Shanghai, baut seit mehr als zwanzig Jahren automatische Extrusionsblasformmaschinen; über 4.000 Anlagen laufen in mehr als 90 Ländern. In dieser installierten Basis zeichnet sich ein durchgängiges Muster ab: Der Unterschied zwischen einer effizienten und einer ineffizienten Maschine ist selten eine einzelne Durchbruchskomponente. Es ist die Summe eines Dutzends bewusster Konstruktionsentscheidungen, von denen jede einem anderen Untersystem ein paar Prozentpunkte abnimmt.
In diesem Artikel wird genau aufgezeigt, wohin die Energie in einer Extrusions-Blasformmaschine fließt, und jedes Untersystem wird nacheinander bearbeitet: Der Extruder-Antrieb, die hydraulische Energieeinheit, das Aufwärmen von Hüllrohr und Werkzeugkopf, Komprimierluft und der Werkzeugkühlprozess. Es wird die messbare Differenz zwischen Festverdrängerpumpen, Last-sensiblen Variatorenpumpen, Servohydraulikeinheiten und vollständig elektrischer Antriebslösungen erklärt. Die Heizmethode Mica, Keramik, infrarot halogen und Induktionsaufwärmung werden auf einer gleichen Grundlage verglichen. Es wird quantifiziert, was die Rückgewinnung von Blasluft tatsächlich gebracht. Und das Kapitel schließt mit einem prioritätenbasierten Nachrüstplan, den jede Anlage an Maschinen anwenden kann, die bereits im Betrieb sind, unabhängig davon, ob sie ein Apollo-Schild oder eines von Bekum, Kautex Maschinenbau, Uniloy oder Graham Engineering tragen.
Die Energieeffizienz wird immer in derselben Weise angegeben, wie es von Ingenieuren gefordert wird: als spezifischer Energieverbrauch in kWh pro Kilogramm produzierter Ware und kWh pro tausend Teile, gemessen an der Maschinengrenz. Relativer Kosten- und Amortisationsgrad werden in qualitativen Banden und Indexlinien angegeben, nicht aber in absoluten Zahlen, da Tarife, Zölle und lokale Arbeitskosten zu unterschiedlich sind, um damit eine sinnvolle Aussage treffen zu können.
Warum Energieverbrauch jetzt eine Kernspezifikation der EBM ist
Der Energieverbrauch ist nicht länger eine sekundäre Spezifikation beim Extrusionsblowmolding; er ist das primäre Auswahlkriterium, das unmittelbar darüber entscheidet, ob eine Behälterlinie über die gesamte Lebensdauer von zehn Jahren konkurrenzfähig bleibt. Drei Einflussfaktoren haben zusammengewirkt, sodass dies heute so ist, und keiner davon wird sich wahrscheinlich in den nächsten Jahren wieder ändern.
Die erste Ursache ist die Tarifvolatilität. Die Strompreise in vielen exportierenden Regionen sind mittlerweile viel weniger vorhersehbar als noch vor zehn Jahren. Die Blasfolie ist von Natur aus ein stromintensiver Prozess. Im Gegensatz zu den Kunststoffkosten, die häufig über indizierte Verträge an den Kunden weitergegeben werden können, werden die Stromkosten im Allgemeinen ganz von dem Verarbeiter getragen. Eine Maschine, die ausschließlich nach Kaufpreis und Produktionskapazität ausgewählt wurde, kann über ihre Lebensdauer weit mehr Geld für Strom verbrauchen als ihr eigener Kapitalwert.
Die zweite Kraft sind regulatorische und vom Kunden erdachte Karkonbudgetberichte. In den Bereichen Lebensmittel- und Getränkeverpackungen, Verpackungen für tägliche chemische Produkte und Pharmazie fordern Markeninhaber zunehmend CO2-Emissionsdaten nach Artikelscope 3 von ihren Verpackungslieferanten. Diese Daten lassen sich nicht ohne die energiemäßige Messung pro Maschine erstellen. Ein Konverter, der nicht pro Tausend Stück die Kohlenstoffdioxid-Emissionen pro Behälter darstellen kann, hat unabhängig von der Ausstrahlung der Teile einen Wettbewerbsnachteil.
Die dritte Kraft ist die Reife der Enabler-Technologie selbst. Servohydraulische Antriebe, Synchronmotoren mit Permanentmagneten und Induktionsrohrwärmer waren vor fünfzehn Jahren teure Neuheiten. Heute gehören sie zu den gängigen Produkten, werden von verschiedenen Zulieferern unterstützt und sind erhältlich, was sowohl den Preisvorteil als auch das technische Risiko verringert. Was einst eine experimentelle Option war, ist heute eine widerlegbare Standardlösung im Ingenieurwesen.
Wirtschaftlichkeit des spezifischen Energieverbrauchs
Die nützlichste Kennzahl bei dieser Diskussion ist der spezifische Energieverbrauch, der in kWh pro Kilogramm fertiger Produkte angegeben wird. Dieser berücksichtigt Größe der Anlage, Geometrie der Behälter sowie Schichtarbeitsgänge und ermöglicht so die Vergleichbarkeit einer Maschinenlinie für 200 ml Flaschen und einer Maschine für Trommeln mit 220 Litern. Bei einer gut konfigurierten HDPE-Extrusions-und Blasformmaschine liegt der Gesamtenergieverbrauch pro Kilogramm im Allgemeinen zwischen 0,55 und 0,95 kWh. Maschinen, die vor der massentypischen Einführung von Extruderantrieben mit variabler Frequenz, Isolierjacken und geschlossenen Luftsystemen gebaut wurden, weisen oft Werte von mehr als 1,2 kWh/kg für die gleichen Teile auf.
Diese Lücke von etwa 0,4 kWh/kg klingt zunächst nicht dramatisch, bis man sie mit dem jährlichen Produktionsvolumen multipliziert. Eine Maschine, die jährlich 400 Tonnen HDPE produziert und dabei einen Nachteil von 0,4 kWh/kg aufweist, brennt jährlich 160.000 zusätzliche Kilowattstunden, ohne dass es sich um zusätzliche Leistung handelt. Ausgedrückt als Indizes, bei denen eine moderne effiziente Maschine mit 100 Indizes als Ausgangspunkt dient, befindet sich eine schlecht konfigurierte Altersmaschine für das gleiche Produktionsprogramm im Bereich von 140 bis 165 Indexpunkten.
Die Energieeffizienz beim Extrusionsblasformen wird nicht durch eine einzelne Komponente erzielt. Sie wird durch eine systematische Angriffe auf sechs Untersysteme erreicht, von denen jedes zwischen 3 und 60 Prozent der Gesamtmaschinenbelastung verursacht, und durch die Messung des Ergebnisses und nicht durch das Annahmen.
Wo die Energie eigentlich hingeht: Energiekennwerte einer EBM-Maschine
In einer typischen Extrusionsblasformmaschine für 5-liters HDPE-Kosmetikdosen liegt die Antriebsenergie des Extruders mit einem Anteil von 45 bis 60 Prozent des Gesamtstromverbrauchs am höchsten; darauf folgen die Energiekosten für den hydraulischen Antrieb, die Aufwärmung von Behälter und Werkzeuge, die energieschwächende Wirkung komprimierter Luft sowie die Kühlung der Formen. Nur wer diese Verteilung genau kennt, kann ein rationelles Energiesparprogramm entwickeln, denn die Optimierung eines Untersystems, das 4 Prozent der Leistung umfasst, kann niemals in Konkurrenz kommen zu einer bescheidenen Verbesserung eines Untersystems, das 50 Prozent der Leistung beansprucht.
Die folgende Aufschlüsselung spiegelt eine repräsentative Konfiguration wider: eine Einzelstationsmaschine mit 90-mm-Einschneckenextruder, L/D 25:1, Kontinuierextrusion mit einschichtigem Werkzeugkopf, hydraulischer Schließeinheit und maschinenmontiertem Entgraten. Der Durchsatz liegt bei etwa 60 bis 80 kg/h HDPE mit einem Schmelzindex um 0,3 g/10 min bei 190 °C und 2,16 kg, gemessen nach ASTM D1238. Das Behältergewicht beträgt rund 180 bis 220 g. Die Umgebungstemperatur wird mit 25 °C angenommen.
Tabelle 1: Energiekostendistribution einer EBM-Maschine für 5-litermäßige HDPE-Trommel
| Untersystem | Anteil an der gesamten Maschinenleistung | Lastmuster | Wichtige Sparmuskeln |
|---|---|---|---|
| Extruderantrieb (Motor, Getriebe, Schraube) | 45–60 % | Kontinuierlich, nahezu konstant | Motorklasse IE4/IE5, Sperrschraube, gerilltes Zuführrohr, Schmelztemperaturkontrolle |
| Hydraulische Antriebsaggregat (Klemmung, Wagen, Schlagstift, Entschleimen) | 10–20 % | Stark intermittierend, lange Leerlauf- und Haltphasen | Die Servohydraulikpumpe, die sich an die Last anpasst, ermöglicht eine Gliederdimensionierung des Akkus und einen voll elektrischen Antrieb. |
| Heizen von Behälter, Adapter und Werkzeugkopf | 8–15 % | Hoch beim Starten, niedriger Dauerschaltkreis im Gleichgewicht | Isolationsmantel, Induktions- oder Infrarotheizung, selbstregelnde PID, Zusammenlegung der Bereiche |
| Komprimiertes Luft (Bläserventil plus Pneumatik) | 8–15 % | Pulsgesteuertes, zeitlich begrenztes Nachfragespurte | Blasluft-Rückgewinnung, Leckerkennnung, zweistufiges Vorblasen und Hauptblasen, Druckrechtsbemessung |
| Kühlerschaltung und Schimmelkühlung | 6–12% | Kontinuierlich mit saisonalen Schwankungen | Erhöhter Wassersollwert, Freikühlung, Plattenwärmetauscher, drehzahlvariable Pumpen |
| Zusatzgeräte (Mühle, Förderband, Lader, Trockner) | 3–6 % | Periodisch, oft unbegrenzt laufend | Bedarfsgesteuerte Sperren, Schleifscheiben der Kegelmaschine, optimal dimensionierte Förderungen |
Aus dieser Tabelle ergeben sich drei praktische Schlussfolgerungen. Erstens geht ein beliebiges Energieprogramm, das die Extruder überlässt, auf weniger als die Hälfte des Problems ein. Zweitens ist die Hydraulikaggregat die Untereinheit mit dem größten Abstand zwischen durchschnittlicher und maximaler Nachfrage, weshalb sie so stark auf Servosteuerung reagiert. Drittens haben Druckluft und Heizung einen Anteil, der dem des Hydrauliksystems vergleichbar ist, und beide lassen sich in der Regel erheblich günstiger verbessern.
Es ist auch wichtig zu beachten, was diese Aufschlüsselung bewusst ausgeschlossen hat. Maschinenniveaublutungen wie das zentrale Kompressorraum, Lüfter im Kühlturm, Beleuchtung und HVAC sind außerhalb der Maschinengrenze. Ein Konverter, der Maschinen von verschiedenen Lieferanten verglichen wird, muss überprüfen, ob die angegebenen Verbrauchsangaben am Maschinenende gemessen werden oder einen Anteil dieser Anlagen umfassen, weil der Unterschied mehr als 20 Prozent betragen kann. EUROMAP
Servo-Hydraulikantriebstechnik und die Grenzen der Pumpeneffizienz
Die hydraulische Leistungseinheit ist das Teilsystem, in dem der Unterschied zwischen installierter Leistung und nutzbarem Arbeitseffekt am größten ist, was sie zum höchsten Hebelpunkt pro Einheit des Entwicklungaufwands macht. Bei der Extrusionsblasformen erfordert die Klemmeinheit, die Schwenkbewegung des Wagens, die Führungsbewegung der Blasdüse und die Ententschmiegungskörper kurze, hohe Durchflüsse, die durch lange Phasen mit nahezu null Nachfrage getrennt werden. Eine konventionelle, festgestellte Leistungspumpe kann diese Zustände nicht unterscheiden.
Warum eine festrechtemenge-Pumpe so viel Energie verschwendet
Eine Pumpe mit fester Fördermenge, die von einem Induktormotor mit konstanter Drehzahl angetrieben wird, liefert die gleiche Volumenmenge jedes durch den Motor befahrten Sekundes, unabhängig davon, was die Maschine braucht. Wenn die Spannenanordnung geschlossen ist und einfach den Spannung zusammenhält, oder wenn die Maschine wartet, bis der Falzstoff die gewünschte Länge erreicht hat, hat der strömende Fluid keine verwertbare Verwendung. Er fließt über ein Entlastungsventil, und die gesamte hydraulische Energie wird in Wärme des Ölmediums umgewandelt. Diese Wärme muss anschließend durch einen Ölkühler beseitigt werden, der zur Überkühlung selbst Kraftstoff und Pumpenergie verbraucht. Entsprechend zahlen die Anlagen doppelt: einmal für die Erzeugung des unnützen Fließstroms und ein weiteres Mal für das Entfernen der von ihm erzeugten Wärme.
In einem typischen EBM-Zyklus wird nur ein Bruchteil der gesamten Zykluszeit für nützliche Hydraulikarbeit verwendet. Der Rest entspricht Totzeiten, Standzeiten oder Stillstand, ein struktureller Ineffizienz, die die Servotechnologie beseitigt.
Lastabhängig geregelte Verstellförderpumpen
Eine Pump mit variabler Hubkraft steuert den Winkel der Schwingscheibe, so dass der Fließgebühr entsprechen und der Systemdruck der Last sowie einem kleinen Margin entspricht. Dadurch wird der größte Teil der Entlastungen durch die Entlastungsventile vermieden. Dies stellt eine echte Verbesserung gegenüber einer Konfiguration mit fester Hubkraft dar. Allerdings läuft der Hauptantrieb weiterhin in Vollgeschwindigkeit, sodass der Auftrieb, die Lagerreibung, die interne Leckage der Pumpe und der Standby-Druck über einen kleinen Margin weiterhin Strom verbrauchen, selbst wenn die Maschine nichts tut. Last-sensing-Systeme reagieren zudem langsamer auf plötzliche Fließanforderungen als ein gut gekalibriertes Servosystem, da die Schwingscheibe mechanische Trägheit aufweist.
Servomotor plus Getriebepumpe
Eine Servohydraulik-Einheit verbindet einen permanentmagnetischen Servomotor mit einer festverdunnbaren Zahnpumpe und schließt den Kreislauf für Druck und Fluss durch den Antriebsmechanismus selbst. Wenn die Maschine einen Fluss benötigt, beschleunigt der Motor; wenn nicht, verzögert sich der Motor oder hält er sogar ganz still. Während der Haltephase liefert der Servo-Antrieb nur den kleinen Fluss, der erforderlich ist, um interne Lecks zu kompensieren. Daher sinkt die gemessene Eingangsleistung während der Haltephase auf einen geringen Bruchteil des Betriebswerts, anstatt bei voller Pumpenlast zu bleiben.
In einem vollständigen EBM-Zyklus beträgt die resultierende Reduzierung des Verbrauchs der Hydraulikaggregats normalerweise zwischen 15 und 40 Prozent im Vergleich zu einem Referenzwert mit festem Hubvolumen. Wo die Maschine in diesem Bereich liegt, hängt weitgehend vom Arbeitszyklus ab. Eine Makine für kleine Behälter mit schnellem Zyklus und kurzen Aufbewahrungszeiten liegt nahe dem Untergrenze, da die Pumpe die meiste Zeit wirklich ausgelastet ist. Eine Makine mit großem Speicherkopf, die 200-Liter-Drums produziert, in der das Klemmwerk für einen längeren Abkühlzeitraum bei jedem Zyklus gehalten wird, liegt nahe der Obergrenze.
Servohydraulische Systeme bringen drei Nebenvorteile, die in vielen Fällen gleich viel wert sind wie die Stromersparnis. Die Öltemperatur sinkt deutlich, wodurch die Lebensdauer der Dichtungen und Schläuche verlängert wird und die Last auf dem Kühlkreislauf für das Öl gesenkt wird. Der Lärm an der Maschine lässt spürbar nach, was für die Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen am Arbeitsplatz relevant ist. Und die Wiederholgenauigkeit von Druck und Durchfluss verbessert sich, was die Stabilität der Scheibenprogrammierung und die gleichmäßige Wanddickenverteilung ermöglicht.
1 und
Gänzlich elektrisch betriebene Maschinen ersetzen die hydraulische Antriebseinheit vollständig durch servoangetriebene Gleitringe und Kippmechanismen für die Klemmung, die Bewegung der Kette und die Blow-Pins. Da es keine Flüssigkeit, keine Entspannungsventile und keinen Ölkühler gibt, betragen die Standbyverluste Null und der Antriebsstrom wandelt die elektrische Eingabe in mechanische Arbeit mit der höchsten Effizienz aller hier besprochenen Architekturen um. Die Serie vollständig elektrischer Maschinen von Apollo umfasst Behälter von 200 ml bis 20 Liter und wird am häufigsten für pharmazeutische, medizinische und Anwendungen für hochreine Alltagskräfte empfohlen, bei denen ein Risiko der Schmutzung mit Öl nicht akzeptiert werden kann.
Die Anwendungsgrenzen sind wichtig. Ein vollständig elektrischer Antrieb ist am sinnvollsten dort, wo die Zyklen kurz und oft sind, die Jahresbetriebshour niedrig, die Containergrößen klein bis mittel und die Anforderungen an die Sauberkeit streng sind. Mit zunehmender Behältergröße wird er immer weniger praktikabel, weil die Klemmkraft und der Schwenkweg, die für große Industriewannen erforderlich sind, die Baulänge von Kugelgewinden und Toggellenkachsen in ein Gebiet führen, in dem hydraulischer Antrieb kompakter, robuster und wirtschaftlicher ist. Für die Apollo ABLD-Serie mit einem Volumen von 20 bis 1500 Litern bleibt der Servohydraulik-Antrieb die empfohlene Architektur.
Tabelle 2: Vergleich der Hydraulik- und Antriebsarchitektur für EBM-Maschinen
| Architektur des Triggers | Energieverbrauchs-Klasse | Ansprechgeschwindigkeit | Wartungsanforderungen | Ölkühlbelastung | Relativer Kapitalaufwand |
|---|---|---|---|---|---|
| Starredisplanzpumpe, Konstantlaufmotor | Höchster Verbrauch (Referenzwert 100) | Medium | High | High | Low |
| 2 wurden speziell entwickelt, um diese Unsicherheit zu beheben, indem die Messgrenze und den Referenzzyklus festgelegt werden. | Mittlere Kategorie (Index 78–88) | Medium | Medium to High | Medium | Medium |
| Servomotor mit fester Zahnradpumpe (servohydraulisch) | Niedrig (Index 60–85) | Schnell | Medium | Low | High |
| Duale Servopumpe mit unabhängigen Sinnes- und Spankreisen | Sehr niedrig (Index 55–75) | Sehr schnell | Medium | Low | Very High |
| Voll-elektrische Ausführung (Servohochdrehzahlsschraube und Schaltventil) | Niedrigster Wert (Indikator 50–70) | Sehr schnell | Low | Keiner | Premium |
Die angegebenen Indexwerte beziehen sich nur auf die hydraulische und akti-onierende Energie und wurden gegen einen Festklageverbrauch von 100 Indexpunkten bei einem repräsentativen Konfigurationsverlauf von 5 Liter Massentanks festgelegt. Sie beziehen sich nicht auf den Gesamtverbrauch der Maschine. Da die hydraulische Energieeinheit 10 bis 20 Prozent der Gesamtenergie der Maschine ausmacht, führt eine Umstellung vom Festklageverbrauch auf den Servohydraulikbetrieb in der Regel zu einer Verringerung des Gesamtverbrauchs der Maschine von 3 bis 8 Prozent, was sinnvoll ist, aber in Relation zu verstehen ist.
Energieeffizienz des Extruder: Motorklasse, Schraubengeometrie und kWh/kg
Der Extruder ist beim kontinuierlichen Extrusionsblowmoulding der dominante Energieverbraucher. Eine Verbesserung um einen Prozentpunkt hier ist also wertvoller als eine Verbesserung um zehn Prozent im Kratzerkreis. Die Effizienz des Extruders wird von drei aufeinander bezogener Faktoren bestimmt: der elektrischen Effizienz des Motors und des Antriebs, der mechanischen Effizienz des Getriebes und der thermodynamischen Effizienz, mit der die Schraube die Arbeit des Wälzreifens in Schmelz umwandelt bei der erforderlichen Temperatur und Homogenität.
Effizienzklassen der Motoren in Anlehnung an IEC 60034-30-1
Die IEC 60034-30-1 definiert Effizienzklassen IE1 bis IE5 für strombetriebene Wechselstrommotoren. Diese Klassifikation ist für einen Maschinenkäufer die eindeutigste Spezifikationsangabe. Der Unterschied zwischen einem IE2-Motor und einem IE4- oder IE5-Motor mit derselben Leistung beträgt wenige Prozentpunkte an Effizienz, die jedoch kontinuierlich auch unter der größten Last des Geräts, und das rund um die Uhr, gelten.
Ein Standard-AC-Induktormotor, der von einem Wechselfrequenz-Inverter angetrieben wird, ist weiterhin der häufigste Antriebsmechanismus für Extruder und als IE3-Spannungsklasse eine vollkommen akzeptable Wahl. Der wichtigste Aspekt ist, dass die Effizienz von Induktormotoren bei Teilbelastung und vermindertem Drehmoment abnimmt. Extruder werden sehr häufig mit 50 bis 75% der Nenndrehzahl gearbeitet, genau in dem Bereich, in dem die Wirkungsgradkurven des Induktormotors beginnen abzubauen, und wo sich der Leistungsfaktor des Motors verschlechtert.
Ein Permanentmagnet-synchroner Motor, kurz PMSM, verhält sich anders. Da das Rotorfeld durch Magnete und nicht durch induzierte Ströme erzeugt wird, sind die Rotorverluste deutlich geringer und die Effizienzkurve bleibt in einem weit größeren Drehzahlbereich konstant. PMSM-Extruderantriebe erreichen im Regelfall IE4 und bei größeren Aufbauschritten sogar IE5. Sie laufen außerdem kühler, was die Verlustleistungen des Motorfans reduziert und die Lebensdauer von Lager und Isolierung verlängert. Bei einer Direktantriebskonfiguration kann ein PMSM manchmal das Getriebe gänzlich entfallen lassen und so zwei bis vier Prozent Übertragungsverluste beseitigen.
Schraubeneuheiten und griffgeschmierte Förderröhren
Die Schneckenkonstruktion bestimmt, wie viel der Wellenarbeit zu nützlicher Schmelze wird und wie viel zu unnötiger Scherungswärme, die später von Zylinderkühllüftern abgeführt werden muss. Eine herkömmliche Einschnecken-Ausgleichsschmelzeschnecke verlässt sich auf Schleppströmung und Scherung, um das Polymer zu schmelzen. Eine Barrierschnecke trennt das Feststoffbett physikalisch mit einem Sekundärgang vom Schmelzepool und schmilzt das Polymer so gleichmäßiger bei niedrigeren Scherraten. Bei HDPE und PP senkt eine gut ausgelegte Barrierschnecke mit Mischelement typischerweise den spezifischen Energieverbrauch messbar und verbessert zugleich die Schmelzehomogenität und senkt die Schmelzetemperatur um mehrere Grad.
Ein gerastertes Zufuhrrohr verändert die Physik am anderen Ende der Schraube. Axiale Rillen, die in der intensiv gekühlten Zufuhrzone hineingenäht wurden, steigern die Effizienz der Feststofftransport erheblich, so dass die Durchsatzkapazität viel weniger empfindlich gegenüber dem Kopfdruck ist und die Schraube die gleiche Leistung bei niedrigerer Drehzahl liefern kann. Eine niedrigere Schraubendrehzahl bedeutet eine geringere Generation von Scherwärme, eine niedrigere Schmelztemperatur, weniger Kühlanforderungen im Nachlauf und einen geringeren spezifischen Energieverbrauch. Gerastertes Füttern ist besonders wertvoll, wenn hochmolekulares HDPE mit geringer Schmelzfließrate verarbeitet wird, was genau die Materialklasse ist, die für Kraftstoffbehälter, chemische Fässer und Tankflaschen verwendet wird.
L/D-Verhältnis: 24:1 gegenüber 30:1
Der Längenzu-Durchmesser-Verhältnis wird oft diskutiert, als ob länger immer besser wäre. Energiebedingt gilt diese Beziehung nicht monoton. Ein 24:1 Barrel ist kürzer, hat eine geringere Oberfläche bei der Erwärmung und verursacht weniger Gesamtwiderstand, sodass er bei moderatem Durchsatz eine effizientere Wahl sein kann. Ein 30:1 Barrel bietet eine bessere Speicherdauer und eine bessere Eignung zum Schmelzen und Mischen, was eine höhere Durchsatzleistung pro Umdrehung und eine bessere Verarbeitung von Regranulat und Masterbatch ermöglicht. Allerdings erhöht die zusätzliche Länge auch die Oberflächenerwärmung, den Tragkraftbedarf und die erforderliche Zeit für die Erwärmung.
Die praktischen Leitlinien, die Apollo anwendet, sind einfach. Für Einstoffbehälter aus HDPE und PP mit undem gemässigem Recyclinganteil liefert ein Verhältnis von 24:1 bis 25:1 den geringsten spezifischen Energiefress. Wenn das Rezept einen beträchtlichen Anteil an Recyclingmaterial, Farbmasterbatch enthält oder bei Mehrschichtsextrahierung beteiligt ist, ist ein Verhältnis von 28:1 bis 30:1 gerechtfertigt, da die Alternative, einen kürzeren Schraubenwälz zu härter zu drehen, mehr Reibungswärme erzeugt, als die zusätzlichen Barrellänge kostet.
Tabelle 3: Extruderkonfiguration und spezifischer Energieverbrauch für HDPE
| Konfiguration des Extruders | Typischer spezifischer Energieverbrauch (kWh/kg) | Schmelzetemperaturtendenz | Am besten geeignet für |
|---|---|---|---|
| Glattbore-Munition, herkömmliche Dosierschraube, IE2-Induktormotor | 0,40-0,48 | Hoch, scherungsgetrieben | Alte Geräte, Operations mit geringer Belastung |
| Glatter Leittrommel, Barrieren-Schraube mit Mischungsabschnitt, IE3-Transformatorantrieb | 0,33–0,40 | Moderat | Allround-HDPE- und PP-Fächen. |
| Rillenförderbare Schenkel, Sperrbuchse, IE3 Inverterschaltgerät | 0,29–0,36 | Niedrig bis mittel | Hohem Molekulargewicht von HDPE, niedrige MFR-Klassen |
| Geflüstert Förderhülse, Sperrschraube, PMSM bei IE4/IE5 | 0,25-0,32 | Low | Hochbelasteter Dreischichtbetrieb, Projekte mit Energiepriorität |
| Wie oben bei Direktantrieb (Getriebe eliminiert) | 0,24 bis 0,30 | Low | Ausgewählte Maschinengrößen, bei denen Drehmoment und Geschwindigkeit direkt übereinstimmen |
Diese Zahlen stellen den energiespezifischen Verbrauch pro Extruder für HDPE dar, allerdings ohne Hydraulik, Komprimierluft und Kühlung. Sie gehen von einem Forstabeinsatz bei 70 bis 85 Prozent der nominalen Schraubendrehzahl sowie von korrekt abgestimmten Schmelz-Temperaturprofilen aus. Verschiedene Harze verschieben die Basis beträchtlich: PP liegt im Allgemeinen leicht unter HDPE, hartes PVC benötigt ein schwaches Scherbein und eine sorgfältige Wärmemanagement, PC und PA verlangen höhere Schmelztemperaturen und somit einen höheren Energiemaßstab, und PETG liegt zwischen den Polyolefinen und den technischen Harzen.
Ein häufig übersehenes Mittel ist die Einhaltung der Schmelztemperatur. Jede zusätzliche 10°C unnötige Schmelztemperatur muss zunächst durch Motortorque und Heizleistung erzeugt und anschließend durch die Kühlung der Form wieder entfernt werden, was die Zykluszeit verlängert. Überflüssige Schmelztemperaturen werden also dreifach bestraft. Die Inbetriebnahme-Ingenieure von Apollo finden routinemäßig, dass ältere Maschinen 15 bis 25°C heißer laufen, als es die Harzstreichmasse erfordert, allein wegen des Faktors, dass ein Temperaturprofil aus einem nicht verwandten Auftrag aus früheren Jahren kopiert und nie wieder überprüft wurde.
Aufheizen von Rohr und Werkzeugkopf: Heiztechnik, Isolierung und Zonensteuerung
Die Heizung von Barrel und Düsenkopf macht typischerweise 8 bis 15 Prozent der Gesamtmaschinkraft aus und es ist der Teilanschluss, in dem in der gesamten Anlage die günstigsten Energieeinsparungen erzielt werden können. Bei konstanter Arbeitsleistung entsteht der Großteil der Wärme, die die Schmelzwärme erhalten behält, durch viskose Scheuerung durch die Schnecke, und nicht durch die Heizgeräte. Die echte konstante Aufgabe der Heizgeräte besteht darin, Wärme zu ersetzen, die an die Umgebung abgegeben wird, und ein Großteil dieser Wärmeverluste kann vermieden werden.
Vergleiche der Heiztechnologien
Mica-Streifen-Heizgeräte sind die klassische Wahl: ein Widerstandsband, das in Mica-Isolierung in einer Stahlschale gewickelt ist. Sie sind günstig und universell verfügbar, aber der Kontakt mit dem Rohr ist unvollkommen, sie strahlen von ihrer äußeren Oberfläche frei und ihre maximale Oberflächenbelastung ist begrenzt. Keramische Strippenheizgeräte platzieren die Widerstandsspirale in Keramikblöcken mit einer isolierenden Schicht dahinter, was mehr Wärme nach innen lenkt und höhere Betriebstemperaturen mit einer längeren Lebensdauer ermöglicht. Gusseisen-und Gussbronze-Heizgeräte erzielen einen ausgezeichneten thermischen Kontakt, da sie um das Element gegossen sind und Kühlkanäle integrieren können, wodurch sie für Bereiche attraktiv sind, die sowohl Heizung als auch schnelle Kühlung benötigen.
Infrarot-Halogen-Heizstrahler übertragen Energie vor allem durch Strahlung bei kurzen Wellenlängen und nicht durch Wärmeübertragung. Sie erreichen ihre Betriebs-Temperatur schnell und reagieren schnell auf Steuerhinweise, wodurch Überlagerungen vermindert und der Startzeit verkürzt wird. Ihr limitierender Faktor ist, dass die Strahlungsübertragung von der Emissionsfähigkeit und der Sauberkeit der zu beheizenden Oberfläche abhängt. Deshalb können die Leistungs-Kennzahlen schwanken, je nachdem, wie sich die Röhren-Oberfläche oxidiert.
Induktionsheizjacken benutzen einen grundlegend anderen Ansatz. Statt eines externen Elements zu erzeugen und die Wärme nach innen zu leiten, erzeugt eine Induktionsspule Wirbelströme direkt innerhalb der Wand der Stahltrennschicht. Da die Trennschicht selbst die Wärmequelle darstellt, gibt es keine Verluste an den Schnittstellen zwischen Elementen und der Trennschicht, und die äußere Oberfläche des Induktionsheizjackens bleibt relativ kühl. Die Berichte über Einsparungen bei der Aufheizenergie gegenüber ungedämmten Scheiben sind beträchtlich, und das Heizkleid fungiert gleichzeitig als Isolierung. Induktionsheizung eliminiert auch das klassische Fehlermuster eines feuergespannten Heizelements, das unentdeckt in einer mittleren Zone sitzt, während benachbarte Zonen nachkommen.
Tabelle 4: Vergleich der Heiztechnik in den Förder- und Werkzeugfertigung
| Heizverfahren | Effizienzklasse der Wärmeübertragung | Aufwärmgeschwindigkeit | Oberflächenerwärmung ohne Isolation | Servicustund | Relative Kosten |
|---|---|---|---|---|---|
| Mica-Band-Heizung | Low | Medium | High | Kurz bis mittel | Low |
| Keramikbandheizung | Medium | Medium | Medium | Lang | Medium |
| Gusseisenerhitzer mit Kühlkanälen | Medium to High | Medium | Medium | Lang | High |
| Infrarot-Halogenheizung | High | Sehr schnell | Medium | Medium | High |
| Induktionsheizmantel | Sehr hoch | Schnell | Niedrig (die Mantelisolierung ist bereits im Design Ihres Kompressors berücksichtigt) | Sehr lang | Very High |
Isolierjacken: Die Maßnahme mit der höchsten Rendite auf der Maschine
Der Einsatz von abnehmbaren Isoliermanteln über Bandheizungen im Hüllmantel, Adapter und Bockkopf reduziert die strahlungsbedingten und konvektiven Oberflächenverluste um rund 20 bis 40 %. Der genaue Wert hängt von der Schmelzetemperatur, der Umgebungsluftgeschwindigkeit um die Maschine und dem Anteil der zum Isolieren eindeckbaren Oberfläche ab. Höhere Schmelzetemperaturen und luftdichte Anlagenkonfigurationen verlagern die Einsparung in den oberen Bereich.
Drei praktische Aspekte entscheiden darüber, ob eine Maßnahme erfolgreich ist. Erstens müssen Hüllen abnehmbar und sachgemäß zugeschnitten sein, um den Wartungszugang zu Thermoelementen, Heizeranschlüssen und Bildwechselanordnungen nicht zu behindern; Hüllen, die die Wartung behindern, werden entfernt und nie mehr eingesetzt. Zweitens ist der Formkopf oft der wertvollste Bereich für die Isolierung, da er bei hoher Temperatur mit einer großen nackten Oberfläche arbeitet und von der Zylinderklinge keine Schwefeldurchzugswärme erhafft. Drittens verringert die Isolierung die Wärmebelastung, die das elektrische Gehäuse der Maschine und die umliegende Luft erreicht. In klimatisierten Anlagen ermöglicht dies eine zweite, indirekte Einsparung.
Zonenkontrolle, Thermoelementeigenschaften und selbsttunes PIDs
Die Qualitätskontrolle ist ebenso wichtig wie die Heizanlagen-Hardware. Eine schlecht eingestellte PID-Schleife, die um den Sollwert osciliert, verschwendet Energie in zwei Richtungen: Die Heizsysteme überschreiten den Sollwert, dann laufen die Kühllüfter, um die Temperatur wieder zu senken. Jede verbrauchte Kilowattstunde in diesem Zyklus ist völlig verschwendet. Moderne selbsttune-fähige PID-Regler mit automatisch kalibrierungsfunktionen eliminieren den Großteil dieses Problems, indem sie die thermischen Eigenschaften jeder Zone individuell ermitteln.
Die Platzierung des Thermoelements ist wichtiger, als die meisten Betreiber glauben. Ein Thermoelement in einem flachen Becken reagiert eher auf die Oberflächentemperatur der Heizung als auf die Schmelztemperatur, wodurch der Controller die Heizung vorzeitig abschaltet und anschließend überreagiert. Tiefenbecken-Thermelektronen, die so angeordnet sind, dass sie die Behüllung spätestens in der Nähe der Schmelze messen, geben ein präziseres Signal und ermöglichen eine präzisere, energiesparende Steuerung. Apollo verwendet bei allen Maschinen der Series ABLB und ABLD Zone-übergreifende Tiefenbecken-Thermelektronen mit unabhängiger automatischer Kalibrierung.
Schließlich sollten Sie die Startsequenz beachten. Wenn alle Zonen gleichzeitig auf den Sollwert gebracht werden, entsteht ein großer gleichzeitiger Nachfragedruck, der zu Nachfragediensten auf der Stromtarife der Anlage führen kann. Eine stufenweise Anlauf-und Rampenaufheizung, bei der die Zonen in einem kontrollierten Ablauf und mit einer Anlaufzeit, bei der die Wärme über die Fasswand transportiert werden kann, aufheizen, flacht den Nachfragedruck aus und reduziert das Risiko thermischer Belastung der Fässer und der Schnecke.
Druckluft: Die unterschätzte Energiekostenquelle im Spritzgußverfahren
Die Kühlung mit Komprimierluft ist in jedem Blasformwerk die teuerste Energiequelle pro Einheit abgeschlossener Energie und ist gleichzeitig der Ausgang, der am häufigsten Gläubigkeit verpasst wird. Die Erzeugung von Komprimierluft ist von Natur aus ineffizient. Nur ein Bruchteil der elektrischen Energie, die einem Kompressor zugeführt wird, wandelt sich in nützliche pneumatische Arbeit um, wobei der Rest in Wärme ausgestoßen wird. Jede Leckage, jeder unnötige Druck-und jede Kubikmeter Luft, die in die Atmosphäre entweicht, ist daher ein vervielfachtes elektrische Kosten.
Wie viel Luft eine EBM-Maschine tatsächlich braucht
Beim Extrusionsblasformen wird Druckluft für zwei unterschiedliche Zwecke mit ganz unterschiedlichen Anforderungen verwendet. Die Blasluft bläst den Parison gegen die Formenhöhle und arbeitet typischerweise bei 6 bis 10 bar, abhängig von der Behältergeometrie, der Wandstärke und der Harzmenge. Die Steuersäule fördert Ventile, Bläsestachelantriebe, Absauganlagen und Transportvorrichtungen und benötigt in der Regel nicht mehr als 6 bar.
Ein häufiger und kostspieliger Fehler ist die Drähung der gesamten Maschine und häufig auch der ganzen Anlage bei der höchsten Druckspannung, die ein einzelner Verbraucher benötigt. Die Kompressorleistung steigt mit dem Auslassdruck, sodass jeder unnötige Bar eine beständige Belastung für die produzierte Luft darstellt. Die Trennung des Hochdruck-Pressluftkreises vom allgemeinen Steuerluftkreis, entweder mit einem separaten Booster oder mit einem optimal abzonenetem Verteilungssystem, stellt eine der effektivsten Maßnahmen für Druckluft dar, die zur Verfügung stehen.
Zwei-Stufen-Blaseverfahren: Vorblase und Hauptblase
Die zweistufige Entlüftung segmentiert die Aufblasen in einen Niederdruck Vorschub, der den Vorformteil sanft expandiert und ihn gegen die Kavität positioniert, sowie in einen Hochdruck Hauptschub, der die Formgebung abschließt und das Material gegen die Formwand schmiegt, zur Detailgenauigkeit und Kühlung. Der Energievorteil ist unmittelbar: Der Großteil des Behältervolumens wird bei Niederdruck befüllt, und nur die letzte Formungsstufe erfordert den vollen Druck. Die zweistufige Entlüftung verbessert auch die Wandstärkungsverteilung und verringert das Risiko von Ausschüttungen des Vorformteils an dünnen Abschnitten, so dass das Qualitätsargument und das Energieargument in dieselbe Richtung weisen.
Lüftungswärmerückgewinnungssysteme
Am Ende der Blasphase befindet sich der Luftinhalt im fertigen Behälter noch immer bei oder nahe dem vollen Blasdruck. In einer herkömmlichen Maschine fließt diese Luft einfach über eine Abblaseventil ins Umgebungsklima, wobei die gesamte Druckenergie verschwendet wird und dabei ein lautstarker Schallimpuls erzeugt wird. Ein Blasluftwiedergewinnungssystem leitet stattdessen die entblästete Luft über eine Sperrklappe in einen Gefäß mit niedrigem Druck, das anschließend Vorblase Luft, Maschinenpneumatika oder die Blase Luft an den Zwischenstufen des Kompressors liefert.
Realistische Rückgewinnungsraten liegen zwischen 25 und 50 Prozent des Druckluftvolumens. Wo ein bestimmter Installationsort liegt, hängt von mehreren Faktoren ab. Größere Behältervolumen erzeugen mehr absolutes Luftvolumen pro Zyklus. Höhere Druckluftdrehzahlen lassen mehr Energie zurückgewinnen. Kurze Zyklen bedeuten mehr Rückgewinnungseinzelfälle pro Stunde. Sollte auf der anderen Seite der Behälterraum zu klein sein, die Zyklen zu lang und der Druck zu niedrig, so sinkt die Attraktivität der Rückgewinnung, da die Fixkosten des Empfängers, der Ventile und Rohrleitungen über ein geringeres zurückgewinnbares Volumen verrechnet werden müssen. Die Rückgewinnungssysteme haben außerdem den Vorteil, dass die Geräuschkulisse der Maschine deutlich reduziert wird, da die Druckluft nicht mehr direkt in die Atmosphäre entfällt.
Leckerkennung und Verteilerdesign
Ein Kompressionslüftungsbetrieb, der niemals systematisch ein Lecksuchprogramm durchgeführt hat, weist in der Regel eine erhebliche Menge an Lecks auf. Da Lecks rund um die Uhr, inklusive Wochenenden und Stillstandszeiten, bestehen, verbrauchen sie Energie, wenn überhaupt keine Produktion stattfindet. Ultrasonische Lecksuchgeräte identifizieren Lecks durch ihre charakteristischen Signatur in Hochfrequenz. Ein Techniker kann während des normalen Betriebs eine gesamte Anlage überprüfen, ohne dass etwas abgeschaltet werden muss. Ein Vierteljährliches Ultrasonikgutachten mit gekennzeichneten Reparaturmessungen ist eine der kostengünstigsten und am besten abrechnungsbaren Energie-Messungen, die ein Kondenstaromatiker vornehmen kann.
Der Entwurfsplan für die Verteilung ist beinahe ebenso wichtig. Überdimensionierte Rohrleitungen verursachen einen Druckverlust, den Betreiber meist dadurch kompensieren, dass sie die Austrittsdrucke der Kompressoren erhöhen; dies hat negative Auswirkungen auf das gesamte System. Eine korrekt dimensionierte Ringleitung, eine ausreichende lokale Empfängerkapazität in der Nähe der Maschine zur Pufferung der pulsierenden Blausequenz und kurze, groß bemessene Abschlussanschlüsse ermöglichen es der Kompressor, bei der geringsten realisierbaren Einstellung zu arbeiten. Lokale Empfänger sind besonders wichtig bei Blowmoulding, weil die Nachfragestruktur stark pulsierend ist; ohne Pufferung unterliegt die Kompressor mehrmaligen Druckeinbrüchen und arbeitet unnötig in Zyklen.
Tabelle 5: Maßnahmen zur Komprimierluft-, die EBM-Maschinen betreffen:
| Messgröße | Wirkung auf die Druckluftenergie | Sekundäres Plus | Relativer Investitionsaufwand |
|---|---|---|---|
| Vierteljährliche Ultraschallprüfung auf Lecks und Reparatur | Hohe Reduktion, wiederholte Anwendung | Stabilisiert den Systemdruck | Low |
| Trenne Druckluft und Kontrollluft und stelle die Luftdruckebenen ein | Mittlere bis große Reduzierung | Längere Lebensdauer von Ventil und Dichtungsmaterial | Low to Medium |
| Zweistufiges Vorblasen plus Hauptblasen-Sequence | Gemäßigte Reduktion | Bessere Wanddickenverteilung | Low |
| System zur Wiedergewinnung der Blasluft (25–50 %) | Die große Reduzierung | Markante Geräuschreduzierung | Medium to High |
| Lokaler Empfänger für die Blasenansprüng bei Pulszyklen | Gemäßigte Reduktion | Reduzierte Anzahl von Komprimiererlad- und -entladezyklen | Low |
| Kompressor-Wärmewiedergewinnung für die Vorheizung von Trinkwarmwasser | Keine Veränderung der Luftenergie, Offset von Heizöl | Reduziert die Kessellast | Medium |
Kühlung der Form und Chiller-Effizienz
Die Kühlung des Schmelzgefäßes verbraucht 6 bis 12 Prozent der an der Maschine benötigten Energie und reguliert gleichzeitig die Zyklusdauer. Dies macht sie zum Untersystem, in dem Energieoptimierung und Produktivitätsoptimierung in Konflikt geraten können. Kälteres Wasser verkürzt die Kühlzeit und erhöht die Leistung, aber für die Herstellung des kälteren Wassers wird unproportional mehr Kühlluftenergie benötigt. Die richtige Antwort ist nicht das am kältesten mögliche Wasser, sondern die höchste Wassertemperatur, die immer noch die erforderliche Zyklusdauer und Maßhaltigkeit sicherstellt.
Wassertemperatur und Kühlertreibleistungsfaktor
Die Energieeffizienz wird durch den Wirkungsgrad, also den Verhältnis der abtransportierten Wärme zur verbrauchten elektrischen Energie beschrieben. Der Wirkungsgrad steigt signifikant, je höher der Schwellpunkt für die gekühlte Wasserpumpe ist, da der Kühlkreislauf dabei weniger Temperaturanstieg überwinden muss. Als allgemein verwendetes, in der Industrie bei der Kühlung häufig verwendetes Regel, verbessert jeder Grad Celsius höhere Emittertemperatur den Wirkungsgrad der Kühlung um einige Prozent.
Die meisten Extrusionsblasformanwendungen mit HDPE und PP fahren Formkühlwasser zwischen 8 und 15 °C. Viele Werke wählen aus Gewohnheit das untere Ende des Bereichs. Praktisch bestimmen Behältergeometrie, Wanddicke und Materialkristallinität, was tatsächlich erforderlich ist. Dickwandige Industriebehälter profitieren wirklich von kälterem Wasser. Dünnwandige Flaschen kühlen oft ausreichend bei 12 bis 15 °C, und der Unterschied in der Kälteleistung zwischen 8 °C und 14 °C summiert sich über ein ganzes Jahr erheblich. Das Risiko zu kalten Fahrens ist nicht nur Energie: Unter dem örtlichen Taupunkt bildet sich Kondensat auf Formoberflächen und Kühlleitungen, was Oberflächendefekte am Behälter und Korrosion an der Form verursacht.
Freie Kühlung und Plattenwärmetauscher
Das kostenlose Kühlen, das auch als "Energieeinsparungsmodus" bezeichnet wird, nutzt die umgebendenen Bedingungen, um Prozesswärme abzugeben, ohne den Kompressor in Betrieb zu nehmen. Wenn die Außentemperatur des feuchten Luftverschleppers niedrig genug ist, kann eine Kühlturm oder ein Trockenerkühler Wasser bereitstellen, das für den Prozess direkt durch einen Plattenwärmetauscher genutzt werden kann, wobei der mechanische Kühler im Standby-Betrieb oder bei Teillast arbeitet. In temperierten Klimazonen kann dies einen erheblichen Teil der jährlichen Kühlstunden abdecken; in kalten Klimazonen kann dies den größten Teil des Winters erledigen.
Zum Revierkonzept gehört unbedingt ein Plattenwärmetauscher zwischen dem Kühlturmkreislauf und dem geschlossenen Prozesskreislauf. Er trennt das offene Turmwasser mit seinem gelösten Sauerstoff, der biologischen Belastung und den Suspensionsstoffen von dem reinen geschlossenen Kreislauf, der die Spritzformen versorgt. Ohne diese Trennung verstopfen die Kühlkanäle der Formen rasch, der Wärmeübergang verschlechtert sich, die Durchlaufzeiten verlängern sich, und die Anlage verliert weit mehr als die Kosten für die freie Kühlung einsparen.
Conformale Kühlkanäle und Thermendesign der Ausformung
Das Design des Kühlkanals im Formschlauch bestimmt, wie effektiv das Wasser tatsächlich die Wärme entfernt. Herkömmliche richtet gebohrte Kanäle sind durch die Bohrgeometrie eingeschränkt und verursachen oft heiße Stellen an Griffen, Schädelenden, Zugschlussbereichen und Ecken des Bodens. Konformale Kühlkanäle, die durch additive Fertigung oder durch die Herstellung des Formschlauchs aus verschweißten Schichten hergestellt werden, folgen der Kontur der Formschachtel bei einem konstanten Versatz. Die Ergebnisse sind eine einheitlichere Wärmeentnahme, weniger heiße Stellen, kürzere Kühlzeiten und eine reduzierte Verformung.
Die konformale Kühlung hat einen hohen relativen Kostenanteil im Werkzeug für die Form und ist für jede Aufgabe nicht gerechtfertigt. Sie macht wirtschaftlich Sinn bei hohen Volumina und langlaufenden Formen, in denen eine Verkürzung der Zykluszeit, und zwar selbst schon eines tatsächlichen Zehntels einer Sekunde, zur Erzeugung eines signifikanten Jahresertrags führt, und bei denen Verformung oder Schrumpfungsvariationen in der Vergangenheit zu Abfällen geführt haben. Für kurze Produktionen oder häufig wechselnde Formen bieten herkömmliche Kanäle mit besonderer Aufmerksamkeit für turbulente Strömungsraten den größten Nutzen zu einem Bruchteil der Kosten.
Pumpe und Fließregelung
Kühlwasserpumpen sind häufig die vergaßene Belastung. Eine Festspedenzahlungspumpe, die für den schlimmsten Betriebskreis dimensioniert ist, läuft mit voller Leistung, unabhängig davon, wie viele Stationen aktiv sind oder welches Formkaltgerät eingesetzt wird. Der Einbau eines variablen Drehzahlantriebs mit Differenzdruckregelung ermöglicht es, die Pumpe so einzustellen, daß sie der tatsächlichen Nachfrage entspricht. Da die Pumpenleistung etwa mit dem Kubus des Durchflusses variiert, führt selbst eine nur geringfügige Reduzierung des Durchflusses zu einer deutlich niedrigeren Leistungsabnahme. Ebenso wichtig ist, daß sich in jedem Zirkel der Durchfluß turbulent und nicht laminar bewegt. Turbulenter Durchfluß transportiert die Wärme mehrmals effektiver. Daher kann ein etwas höherer Durchfluß bei dem richtigen Zirkel die Kühltid weitaus stärker verkürzen als ein viel höherer Durchfluß, der sich willkürlich auf alle Zirkel verteilt.
Messung Ihrer Einsparung: Energiemonitoring, kWh/kg und ISO 50001
Keine Energiersparungsmaßnahme sollte ohne eine Methode zur Verifizierung umgesetzt werden, denn gemessene Einsparungen haben die Neigung, verschwinden zu lassen. Die Energievermessung pro Maschine ist die Basis jedes glaubwürdigen Energiemanagements, und sie ist im Vergleich zu fast allen anderen in diesem Artikel diskutierten Maßnahmen kostengünstig.
Zusätzliches Messen pro Maschine und die richtigen Kennwerte
Ein Dreiphasen-Energiemeter, der in der Hauptabschaltung der Maschine installiert ist und bei kurzen Zeitabständen Aktivleistung, Reaktivleistung, Leistungsfaktor und kumulierte Energie misst, konvertiert Energie aus einer abstrakten Unternehmensebene in einen Betriebsparameter, den ein Dienstbetreuer in die Tat umsetzen kann. Sobald diese Daten bestehen, übernehmen zwei Indikatoren die meiste nützliche Arbeit.
Spezifischer Energieverbrauch in kWh je Kilogramm normiert auf das Teilgewicht und ist die richtige Kenngröße, um Maschineneffizienz, Schneckenkonfigurationen und Materialwechsel zu vergleichen. Energie je tausend Stück, ausgedrückt als kWh je 1.000 Stück, ist die richtige Kenngröße für kommerzielle Angebote und die CO₂-Berichterstattung der Kunden, denn Kunden kaufen Behälter, keine Kilogramm. Ein Werk sollte beides verfolgen. Eine Änderung, die kWh/kg verbessert, während kWh je 1.000 Stück sich verschlechtert, bedeutet meist, dass das Teilgewicht nach oben gedriftet ist — ein Materialkostenproblem, das sich innerhalb einer Energiekennzahl versteckt.
Verknüpfung der Energie mit der OEE
Energiadaten werden noch mächtiger, wenn sie auf die Auslastung der Ausrüstung bezogen werden. Der Grund ist einfach: Eine Maschine, die geheizt, unter Druck gesetzt und ihren Extruder betreibt, jedoch keine verkäuflichen Behälter erzeugt, verbraucht einen großen Teil ihrer Gesamtproduktionsleistung, ohne dabei etwas zu produzieren. Derzeitige und nicht-produktive Zustände verbrauchen in der Regel einen erheblichen Teil der Betriebskosten, weil Heizsysteme, Hydraulikanlagen und der Kühler aktiv bleiben.
Das bedeutet, dass Verfügbarkeitsverluste eine Energieabgabe haben, die in einer herkömmlichen OEE-Berechnung niemals auftaucht. Wenn man die verbrauchten kWh gegen die produzierten guten Teile von Stunde zu Stunde visualisiert, zeigt sich genau, welche Schichten, welche Wechselschichten und welche Störungsmodi am teuersten sind. In vielen Werken zeigt diese Analyse, dass die größte potenzielle Energieeinsparung nicht in einem Technologie-Upgrade besteht, sondern in der Eliminierung des Zeitaufwandes, der bei Wechselschichten und Qualitätsprüfnächten entfällt.
Standardsframeworks
ISO 50001 bietet das Rahmenwerk für das Energiemanagementsystem: Strategie, Grunddaten, Energieverbrauchsindikatoren, Aktionspläne und Managementprüfung. ISO 50006 gibt praktische Hinweise zur Festlegung von Grunddaten und Indikatoren, bei denen die meisten Anlagen Probleme haben. Eine Zertifizierung ist nicht erforderlich, um von den Vorteilen profitieren zu können; allein die Einführung der Grunddaten- und Indikatoren-Disziplin erzeugt den größten Teil des wertvollen Wandels.
Auf Maschinenseite definieren EUROMAP 60.1 und 60.2 standardisierte Messverfahren und Referenzbedingungen für die Energieeffizienz von Kunststoffmaschinen, was die Vergleiche von Lieferanten sinnvoll macht. Ohne eine gemeinsame Messgrenze und einen definierten Referenzzyklus sind die angegebenen Verbrauchswerte von verschiedenen Lieferanten nicht miteinander vergleicherbar. Die IEC 60034-30-1 regelt die Klassifizierung der Motoreffizienz, und Käufer sollten die erforderliche IE-Klasse ausdrücklich in den Einkaufsspezifikationen anführen anstatt zu akzeptieren, was die Standardkonfiguration des Lieferanten umfasst. Die CE-Konformität gemäß der Maschinenrichtlinie mit der EN 422 im speziellen für die Sicherheit von Blowmoulding-Maschinen bleibt eine eigenständige Anforderung und soll nicht mit der Energieeffizienz in Verbindung gebracht werden.
Erstellung einer defensiblen Basislinie
Eine Baseline ist nur sinnvoll, wenn sie die Faktoren berücksichtigt, die den Energieverbrauch legitim beeinflussen. Zu diesen Faktoren gehören die Produkteinstellung, der Resingrad und die Schmelzgeschwindigkeit, das Anteil an Umwandlungsschuppen, die Umgebungstemperatur und die Betriebsstunden. Eine Baseline, die auf einer einzigen Woche der Sommervorbereitung basiert, lässt jedes Wintermonat als Verbesserung erscheinen. Apollo empfiehlt, eine Baseline für mindestens einen kompletten Produktionszyklus zu erstellen, der die normale Produkteinstellung der Anlage umfasst, und diese als Index mit dem Grundgebungszeitraum auf 100 Indexpunkten festzulegen. Anschließend sollte die monatliche Abweichung mit der Normalisierung der Produkteinstellung verfolgt werden.
Die Roadmap zum Energieeinsparungs-Umbau von Apollo
Die korrekte Reihenfolge der Implementierung ist genauso wichtig wie die Maßnahmen selbst, denn frühe, kostengünstige Optimierungen ermöglichen spätere, kostspielige Upgrades, und zuerst muss ein Metrizer eingeführt werden, bevor Investitionen getätigt werden können. Die folgende Roadmap zeigt die Abfolge, die Apollo-Ingenieure ihren Kunden empfehlen, die vorhandene Extrusions-Blow-Forming-Maschinen betreiben, unabhängig davon, ob diese Maschinen von Apollo oder einem anderen Hersteller stammen.
Tabelle 6: Maßnahmen zur Energieeinsparung nach der Priorität
| Messgröße | Energieersparnis in den betroffenen Untersystemen | Ersparnis bei der Gesamtmaschinenleistung | Implementierungskomplexität | Relativer Investitionsaufwand | Amortisationsklasse |
|---|---|---|---|---|---|
| Programm für die Erkennung und Reparatur von Komprimierluft-Lecks | 10–30 % | 1–4% | Einfach. | Low | Kurz |
| Isolierungen für Geräteköpfe und Werkzeugköpfe | 20–40% | 2–5 % | Einfach. | Low | Kurz |
| Energiemessung und Dashboard per Maschine | Aktivierung der Maßnahme | 3–8 % durch Verhaltensänderung | Einfach. | Low | Kurz |
| Überprüfung des Schmelztemperaturprofils und automatische Kalibrierung der PID | 5–15 % | 2-6 % | Einfach. | Low | Kurz |
| Die Temperatur des gekühlten Wassers wurde innerhalb der Prozessgrenzen erhöht | 8–20 %. | 1–3 % | Einfach. | Low | Kurz |
| Kopplungen für Nebenausrüstungen (Krippenbrecher, Förderband und Lader) | 20–40% | 1–2% | Einfach. | Low | Kurz |
| Sequenzierung von zweistufiger Vorblasen und Hauptblasen | 10–25% | 1–3 % | Moderat | Low to Medium | Kurz |
| Schaltgetriebe mit variabler Drehzahl bei Kühlwasserpumpen | 25–45 % | 1–3 % | Moderat | Medium | Medium |
| System zur Wiedergewinnung der Blasluft | 25–50 % | 2-6 % | Moderat | Medium to High | Medium |
| Retrofit der Servo-Hydraulik-Komponente | 15–40 % | 3–8 %. | Schwierig | High | Medium |
| Kostenlose Kühlung mit Plate-Wärmetauscher | 30–70 % saisonal | 2–6 % jährlich | Schwierig | High | Medium |
| Induktionsheizjacken auf der Trommel und dem Matrizenkopf | 30–60 % | 3–7 % | Schwierig | Very High | Mittel- bis Lang zu Mittel |
| Aufrüstung des PMSM-Extrudermotors auf IE4/IE5 | 8–18 % | 4–10 % | Schwierig | Very High | Mittel- bis Lang zu Mittel |
| Wandel von Barrierenschrauben und Rillen-Futterzylinder. | 10–25% | 5 bis 14 % | Schwierig | Very High | Medium |
| Ersatz durch eine voll elektrische Maschine | Veränderung der Gesamtmachinenarchitektur | 15–30 % | Projekt | Premium | Lang |
Wie man die Roadmap liest
Beachten Sie, dass die Prozentzahlen in der zweiten und dritten Spalte nicht additiv sind. Sobald Isoliermäntel die Heizverluste gesenkt haben, liefert eine anschließende Induktionsheizungsnachrüstung weniger Zusatznutzen als die Einzelzahl der Tabelle suggeriert. Gleiches gilt für Druckluft: Nach Leckreparatur und Druckanpassung arbeitet ein Blaslufrückgewinnungssystem auf kleinerer Basis. Sequenzierung hat daher reale finanzielle Folgen, und die günstigen Maßnahmen sollten immer zuerst kommen — sowohl weil sie die teuren finanzieren als auch weil sie die reduzierte Basislinie etablieren, gegen die die teuren gerechtfertigt werden müssen.
Beachten Sie auch, dass die Maßnahmen mit dem größten Einfluss auf die gesamte Maschine, die Umrüstung von Schrauben und Behältern sowie die Modernisierung der PMSM-Motoren, diejenigen sind, die den Extruder betreffen. Dies folgt direkt aus Tabelle 1. Ein Betrieb, das alle einfachen Maßnahmen durchführt und noch eine wesentliche Änderung benötigt, muss am Ende auf diese Strategie setzen.
Wie die Apollo Ingenieure den niedrigen Stromverbrauch in jede Serie integrieren
Apollo, ein Werksbetrieb von Wanplas, integriert die Energieeffizienz bereits im Spezifizierungsstadium in die Maschine, und behandelt sie nicht als optionale Zusatzausrüstung, da die Aufrüstung immer teurer ist als die Integration während der Konstruktion. Mit zehn Serien und mehr als achtzig Modellen für Container von 200 ml bis 1500 l variiert die spezielle Konfiguration je nach Anwendung, die grundlegende Engineering-Philosophie ist jedoch für das gesamte Spektrum konsistent.
ABLB-Serie, 200 ml bis 20 l
Die ABLB-Reihe umfasst acht Maschinen, die die Containergrößen abdecken, die in der Lebensmittel-, Getränke-, chemischen und pharmazeutischen Verpackung dominieren. Aufgrund der hohen jährlichen Betriebsstunden und der schnellen Zyklen legt Apollo den Schwerpunkt auf Maßnahmen, die mit der Anzahl der Zyklen skalieren: Servohydraulische Leistungseinheiten für die Spannzylinder und die Lenzirkulationen, eine zweistufige Vorblasen-und Hauptblasensequenz als Standard, isolierte Düsenköpfe und Senkkopflüsterthermometer mit automatischer Optimierung der Bereichen. Der Extruderantrieb wird mit Invertersteuerung als Standard mit IE3 und mit IE4, bei denen die Betriebszeit des Kunden aufgrund der Zyklenbelastung gerechtfertigt ist, spezifiziert.
ABLD-Serie, 20–1500 l.
Die ABLD-Serie umfasst Behälter mit großem Fassungsvolumen, Industriedrums, chemische Zwischenbehälter und große technische Komponenten. Diese Maschinen haben grundlegend unterschiedliche Energieeigenschaften: Die Zyklen sind lang, die Spannkräfte sind hoch, und die Haltphase während des Abkühlens dominiert den Zyklus. Dieser Parameter ist genau das, in dem die Servohydraulik ihre größte relative Vorteile bietet, da eine Pumpung mit fester Auslassleistung bei der überwiegenden Mehrheit jeder Zyklus über ein Entlastungsventil ablaufen würde. Die Dimensionierung des Akkus wird sowohl als Energieentscheidung als auch als Prozessentscheidung betrachtet, da ein korrekt dimensionierter Akku es ermöglicht, dass eine kleinere Pumpe eine hohe Spitzenbelastung abdeckt.
Voll elektrische Serie, 200 ml bis 20 L
Die Fully Electric Series eliminiert den hydraulischen Kraftwagen vollständig. Für Kunden, die pharmazeutische Behälter, medizinische Verpackungen oder hochgradig reine tägliche Chemikalienflaschen produzieren, beseitigt das Fehlen von hydraulischem Öl eine mögliche Kontaminationsquelle, die mit keiner Wartungsdisziplin vollständig geschlossen werden kann. Das Energieargument ist ebenso überzeugend in Anlagen mit hohen Strompreisen und Drei-Schicht-Betrieb, wo der nahezu null-fache Standbyverbrauch über tausende Stunden im Jahr anfällt. Apollo positioniert die Fully Electric Series als die empfohlene Wahl, wenn alle Faktoren, wie Behältervolumen, Zyklusfrequenz und Reinheitsanforderungen in die gleiche Richtung zeigen.
Materialhandling und das umfassendere Wanplas Ökosystem
Die Energieeffizienz endet nicht mit der Maschine. Apollo-Maschinen verarbeiten PE, PP, PVC, PA, PC, ABS, PS, EVA, TPU und PETG, und jedes Material hat sein eigenes Energieprofil. HDPE mit hohem Molekülgewicht und geringer Schmelzflussrate erfordert mehr Drehmoment und profitiert besonders von gelagenen Einlauftrommeln. PVC benötigt geringen Scheibenwiederstand und eine strenge Temperaturregelung, um Verderbung zu vermeiden, was bedeutet, dass die Qualität der Heizsteuerung wichtiger ist als die reine Brennerleistung. PC und PA benötigen sorgfältige Trocknung, und der Trockner selbst wird einen bedeutenden Energieverbraucher. Deshalb sind feuchtepunktgesteuerte Entfeuchter mit bedarfsorientierter Regeneration die Wahl wert.
Wo ein Konverter große Mengen an Recyclingkugeln produziert, wird das Kratzen und die Transportsysteme Teil des Energiebildes, und die Flockenkonsistenz beeinflusst den Energieverbrauch der Extruder. Für Anlagen, die in die vollständige Recycling-Schleife dimensioniert sind, liefert die Wanplas-Werke Polyretec Waschanlagen und Pelletieranlagen, und die Wanplas-Werke Kerke liefert ko-rotierende Parallel-Twin-Schraubensextraktoren für die Verarbeitung und Pelletierung recycelten Materials zu einer konsistenten, gleichbleibenden Rohstoff. Eine konsistente Rohstoffquelle ist selbst ein Energiemaß, da eine stabile Schüttdichte und ein gleichbleibender Schmelzfließrate es der Blasformextruder ermöglichen, auf einem konstanten, optimierten Betriebszustand zu arbeiten, anstatt ständigen Korrekturen vorzunehmen.
Inbetriebnahme, Verifikation und Unterstützung
Apollo testet die Maschinen in seiner 8.000 Quadratmeter großen Fabrik in Zhangjiagang vor dem Versand, und es stehen Ingenieure zur Verfügung für die Montage vor Ort und die Inbetriebnahme. Die Prüfung der Energie während der Inbetriebnahme erfolgt problemlos und sollte im Rahmen des Akzeptanzprotokolls angefordert werden: Notieren Sie die Energie im Maschinenbereich während eines definierten Produktionsbatchs bei dem vereinbarten Durchsatz, berechnen Sie kWh/Kg und kWh/1.000 Einheiten und tragen Sie die Werte als Ausgangswert für die Maschine bei 100 Indizipunkten ein. Dieser Ausgangswert wird dann als Referenz für die gesamte Lebensdauer der Maschine dienen, wodurch zukünftige Verschlechterungen sofort sichtbar sind.
Unter der Marke Wanplas umfasst die geteilte Verpflichtung die Anpassung der Maschinen für Ausgießformen und die Spannung, die Instandsetzung am Standort durch Ingenieure, die Überwachung des Nutzungsstatus, die Fabrikinspektion vor der Lieferung, ein jährliches Gratis-Reservantenbudget, einen Versandgarantie, einen Garantie für die Produktionskapazität und einen Garantie für die Qualitätsstandards. Wettbewerbsfähige Anbieter einschließlich Bekum, Kautex Maschinenbau, Uniloy, Graham Engineering und Automa bieten eigene Energiemaßpakete an, und Käufer sollten sie anhand eines gemeinsamen Messungssystems vergleichen und nicht anhand der allgemeinen Behauptungen. Die in EUROMAP 60.1 und 60.2 definierten Referenzbedingungen dienen genau diesem Zweck.
Frequently Asked Questions
Wie viel Strom verbraucht eine typische Strang-Blown-Formmaschine pro Kilogramm Produkt?
Eine gut konfigurierte HDPE-Maschine mit einer Anlage kann typischerweise zwischen 0,55 und 0,95 kWh pro Kilogramm fertiger Ware verarbeiten, wobei der Prozentsatz der für den Extruder, die Hydraulik, die Trommelheizung und die an der Maschine montierten Pneumatikanlagen aufgehaltene Energie berechnet wird. Der Extruder allein verbraucht gewöhnlich zwischen 0,25 und 0,45 kWh/Kg. Ältere Maschinen mit fest verstellbaren Pumpen, Mica-Bandheizungen und ohne Isolierjacken überschreiten häufig 1,2 kWh/Kg für identische Teile. Stellen Sie immer sicher, ob die vom Lieferanten angegebenen Werte die Betriebskosten des Werks wie den Kompressoranbau und das Kühlgerät umfassen, denn nur diese können die Zahl um mehr als 20 % erhöhen.
Spaltet es wirklich 15 bis 40 % Energie, wenn man eine Servohydraulik-Bläseformmaschine verwendet?
Diese Werte gelten speziell für die hydraulische Leistungseinheit, nicht für die gesamte Maschine. Da die hydraulische Leistungseinheit im Abformblowmolding umgerechnet etwa 10 bis 20 Prozent der Gesamtmaschinenleistung ausmacht, resultiert in der Regel ein Servohydraulik-Upgrade in einem Gesamtverbrauchsvergleich zu konventionellen Systemen zu einer Ersparung von 3 bis 8 Prozent. Maschinen mit langen Haltephasen, großen Speicherköchern oder langsamen Zyklen liegen am oberen Ende, da die konventionelle Pumpe sonst den größten Teil des Zyklus langfließen würde. Maschinen mit kurzen Zyklen und kleinen Behältern liegen am unteren Ende.
Wann macht eine voll elektrische EBM-Maschine mehr Sinn als eine servohydraulische?
Die vollständig elektrische Extrusionsblasformung ist am besten geeignet für Behälter von 200 ml bis zu etwa 20 l, bei hohen Zykluszahlen, in Reinraumbereichen oder pharmazeutischen Umgebungen sowie in Anlagen mit hohen Stromtarifen und langen Betriebsstunden pro Jahr. Über etwa 30 l hinaus, insbesondere jedoch bei Maschinen mit Akkukopf für die Produktion großer Industriekästen, ist jedoch aufgrund der sehr hohen Spannenkraft und der langen Hubwege die hydraulische oder servohydraulische Antriebsweise wirtschaftlicher. Die relativen Kapitaleinrichtungskosten einer vollständig elektrischen Anlage sind hoch, sodass die Geschäftsentscheidung stark von den Betriebsstunden pro Jahr abhängt.
Wie viel Heizenergie können Faserisolierungen sparen?
Isolierende Jäckchen, die über Bandheizungen angepasst werden, reduzieren typischerweise die Strahlungs- und Konvektionsflächenverluste von Trommel und Formkopf um 20 bis 40 Prozent, je nach Schmelztemperatur, Umgebungstrockenluft und dem Überdachungsgrad. Da die Heizung von Trommel und Formkopf etwa 8 bis 15 Prozent der gesamten Maschinenleistung entspricht, bedeutet dies eine Verringerung des Gesamtverbrauchs um 2 bis 5 Prozent. Bei geringen Investitionskosten und einer kurzen Amortisationsdauer ist die Formkopf der am meisten lohnende Bereich für die Isolierung, da sie sehr warm ist, eine große exponierte Oberfläche hat und keine Scheibenwärme von der Schraube erhält.
Was ist ein Blow Air Recovery System und wie viel Luft wird tatsächlich wiedergewonnen?
Ein Blaslufrückgewinnungssystem fängt die am Ende der Blasphase aus dem Behälter entlassene, noch unter Druck stehende Luft auf und führt sie über ein Rückschlagventil in einen niederdruckigen Pufferbehälter, der Vorblasluft, Maschinenpneumatik oder die Zwischenstufe des Kompressors speist. Rückgewinnungsraten von 25 bis 50 Prozent des Blasluftevolumens sind realistisch bei Maschinen, die größere Behälter bei kurzen Zyklen und hohem Blasdruck produzieren. Das System senkt auch die Maschinengeräuschemission erheblich, da Hochdruckluft nicht mehr direkt ins Freie geblasen wird.
Welche Energieeinsparungsmaßnahmen sollten auf einer älteren EBM-Maschine zuerst durchgeführt werden?
Beginnen Sie mit der Entdeckerung von Luftlecks, der Regulierung des Drucks, den Isoliermanteln für Trommel und Matrizenkopf und der Energieerfassung pro Maschine. Alle drei Maßnahmen erfordern geringere Investitionen, sind leicht durchführbar und bieten eine kurze Amortisationsdauer. Die Energieerfassung sollte schon frühzeitig installiert werden, auch wenn sie direkt keine Einsparungen bedeutet, da sie jede nachfolgende Messung aus einem Absicherungsschritt in einen verifizierbaren Ergebnis umwandelt. Erst nachdem diese fundamentalen Maßnahmen gesetzt wurden, macht es Sinn, ein Servohydraulikaggregat, einen PMSM-Extruder Motor oder Induktionsheizung zu evaluieren.
Ändert das Durchlaufen der Neuzerkleinerung den Energieverbrauch einer EBM-Maschine?
Ja. Regrind hat im Vergleich zu Virgin-Pellets eine geringere Fülldichte und eine unregelmäßige Partikelgeometrie, wodurch die Effizienz der Schüttguttransporte in der Zuleitung sinkt und der spezifische Energieverbrauch bei gleichbleibender Schüttgutmengenzufuhr um 3 bis 10 % steigt. Die Zerkleinerungsanlage selbst erzeugt eine parasitäre Last. Rillen im Fülltank, regelmäßige Flockengrößen und ein kontrolliertes Regrind-Gehalt reduzieren die Mehrbelastung weitgehend. Bei großen Qualitätsunterschieden zwischen Regrind können die erzielten Materialien durch Veredlung und Pelletisierung in einem funktionsfähigen Schüttgut hergestellt werden, wobei Twin-Screw-Geräte der Wanplas-Fabrik Kerke die Betreibungspunkt der Extruder stabilisieren und sich häufig bereits durch die Verringerung der Variabilität selbst amortisieren.
Welche Standards gelten für die Messung des Energieverbrauchs einer Blasformmaschine?
EUROMAP 60.1 und 60.2 definieren die Messverfahren und Referenzbedingungen, die zur vergleichenden Bewertung der Energieeffizienz von Kunststoffmaschinen auf Ebene der gleichen Produkte verwendet werden. Die IEC 60034-30-1 klassifiziert die Effizienz von Motoren in die Bandbreiten IE1 bis IE5, und Käufer sollten die erforderliche Klasse explizit in den Kaufanforderungen aufzeigen. Die ISO 50001 stellt das Framework für ein Energymanagementssystem bereit, wobei die ISO 50006 Basislinien und Indikatoren für die Energieeffizienz behandelt. Die Maschinensicherheit wird separat geregelt; die EN 422 geht im Rahmen der CE-Norm auf Blasformen ein, und der Fließgeschwindigkeit der Kunststoffharzschmelze wird nach ASTM D1238 oder ISO 1133 gemessen.
Kann die Erhöhung der Temperatur des abgekühlten Wassers wirklich sinnvolle Energie sparen?
Ja, und es ist eine der günstigsten verfügbaren Maßnahmen. Der Leistungsgrad des Kühlers verbessert sich bei jedem Grad der Anhebung der Evaporator-Einstellung messbar, da der Kühlzyklus weniger Temperaturanstieg überwinden muss. Viele Anlagen lassen das Kühlwasser für die Beschichtung bei 8°C nur aus Gewohnheit laufen, obwohl 12 bis 15°C die Zykluszeit für Dünnwandgefäße erfüllen würde. Der Schwellenwert ist die Kondensation: Wasser unterhalb der lokalen Taupunkt erzeugen Feuchtigkeit auf Formen- und Kühlleitungen, was zu Oberflächenfehlern und Korrosion führt. Stellen Sie die Zykluszeit und die Teilequalität bei der höheren Einstellung vorher sicher, bevor Sie die Änderung dauerhaft durchführen.
Conclusion
Energieeinsparende Technologie für EBM-Maschinen ist kein einzelnes Feature, das auf einer Bestellung angegeben werden kann. Es handelt sich um eine vertikal aufgebaute Ingenieursdisziplin, die beginnt, wo die Energie eingesetzt wird, über die Behebung eines jeden Untersystems entsprechend seinem Anteil und beruht stark auf Messungen, um zu bestätigen, dass die Einsparungen real und dauerhaft sind.
Die Messwerte in Apollo-Systemen zeigen eine klare Hierarchie. Der Extruder-Antrieb, der zwischen 45 und 60 Prozent der gesamten Maschinenleistung darstellt, ist der Bereich, in dem die größten absoluten Einsparungen erzielt werden können. Diese werden über die IE4- und IE5-Motorklassen, die Barrierenschraubengestaltung, Rillen im Speiseschacht und ein diszipliniertes Schmelztemperatur-Management erreicht. Die hydraulische Leistungseinheit, die zwischen 10 und 20 Prozent der Gesamtmaschinenleistung beträgt, reagiert stark auf die Servosteuermotoren, vor allem wegen ihres intermittierenden Arbeitszyklus und kann dadurch 15 bis 40 Prozent der Einsparungen im betreffenden Untersystem erzielen. Die Vorheizung der Schächte und die Druckluft zusammen bilden einen vergleichbaren Anteil und sind viel günstiger zu lösen, wobei die Isolationsmantel die Oberflächenverluste um 20 bis 40 Prozent verringern und die Rückgewinnung der Blasluft 25 bis 50 Prozent des Blasluftvolumens zurückgewinnen lässt. Die Kühlung der Formen schließt den Kreislauf ab, wo die Steigerung des Vorwärmeziels und die freie Kühlung Einsparungen ermöglichen, die kaum etwas kosten.
Die praktische Empfehlung ist unabhängig von der Maschineherkunft oder dem Alter stets unverändert. Installieren Sie zunächst die maschinenspezifische Energiemessung. Anschließend schließen Sie Druckluft-Lecks ab und dichten Sie den Barrel und die Deckelkopfe ab, da dies eine geringe Investition darstellt, leicht umzusetzen ist und eine kurze Rückzahlungsdauer aufweist. Stellen Sie kWh/kg und kWh pro 1.000 Teile als Folienmeldpunkte aus, tracken Sie diese gegenüber einem Basiswert von 100 Indexpunkten und verknüpfen Sie sie mit OEE-Daten, so dass die Totвреitungen sichtbar werden, und investieren Sie erst dann in die teuren Upgrades für Extruder und Hydraulik.
Apollo, ein Wanplas-Werk mit mehr als zwanzig Jahren Erfahrung im Extrusionsblasformen und über 4.000 laufenden Maschinen in mehr als 90 Ländern, spezifiziert diese Maßnahmen über die ABLB-Serie, die ABLD-Serie und die voll elektrische Serie hinweg. Käufer, die neue Kapazität bewerten, sollten energiebezogene Zahlen an der Maschinengrenze unter EUROMAP-Referenzbedingungen anfordern, die IE-Motorklasse ausdrücklich festlegen und einen Energieverifizierungslauf ins Abnahmeprotokoll aufnehmen. Eine Maschine, die zu diesen Bedingungen gewählt wurde, verdient ihr Geld noch lange, nachdem eine nur nach Kaufpreis ausgewählte Maschine zum teuersten Asset in der Halle geworden ist.
