Energieeffizienter Spritzgießen dank digitaler Tools

Anhand der Spritzgießzelle zeigt der österreichische Maschinenbauer vom 17. bis 19. Januar auf der Messe in Luzern/Schweiz auf, dass digitale Lösungen es sehr einfach machen, das volle Potenzial einer Produktionszelle auszuschöpfen. Denn sie leisten einen großen Beitrag, Energie zu sparen und den CO2-Fußabdruck zu reduzieren.

Bis zu 67 % Energieeinsparung sind möglich, wenn von der Spritzgießmaschine über die Temperierung bis zu den digitalen Assistenzsystemen alle Komponenten der Produktionszelle perfekt ineinandergreifen und exakt auf die Anforderungen des herzustellenden Produkts abgestimmt sind. Im Falle des Messexponats von Engel ist dies ein Stecker für die Fahrzeugelektronik aus dem teilkristallinen Thermoplast Polybutylenterephthalat (PBT). Die filigranen Strukturen erfordern eine sehr hohe Abformpräzision, die eine vollelektrische Spritzgießmaschine vom Typ E-Mac mit 800 kN Schließkraft sicherstellt. Zum Einsatz kommt ein 4-fach-Werkzeug. Das Gesamtschussgewicht beträgt 28 g. Ein Viper Linearroboter von Engel in der neuen Baugröße 4 entnimmt die Bauteile aus dem Werkzeug und legt sie auf das integrierte Förderband ab.

Für die Verarbeitung von einem Kilogramm PBT benötigt die auf der Swiss Plastics Expo präsentierte Produktionszelle lediglich 0,8 kWh Strom. Die vollelektrischen Antriebe der E-Mac tragen zu dieser hohen Energieeffizienz bei. Einen noch größeren Anteil hat die integrierte Temperiertechnik von Engel in Verbindung mit digitalen Lösungen.

Fast 40 % macht die Werkzeugtemperierung am Gesamtenergieverbrauch einer Produktionszelle aus. Sie ist damit der mit Abstand größte Energieverbraucher beim Spritzgießen. Seit mehr als zehn Jahren befasst sich Engel deshalb intensiv mit der Temperierung von Spritzgießprozessen und hat hierfür ein eigenes Produktprogramm aufgebaut. So ist auch die E-Mac 80 auf der Swiss Plastics Expo mit E-Flomo, E-Temp und IQ Flow Control ausgerüstet.

Die Temperierwasserverteiler E-Flomo überwachen und regeln Durchfluss, Druck, Temperatur und Temperaturdifferenz. Auf Basis dieser Messwerte regelt das intelligente Assistenzsystem IQ Flow Control die Temperaturdifferenz in allen Einzelkreisen aktiv aus. So bleiben auch bei Schwankungen im System die thermischen Verhältnisse zu jeder Zeit konstant. Das Ergebnis ist eine sehr hohe Reproduzierbarkeit und zudem ein minimaler Kühlwasser- und Energieverbrauch.

Eine weitere Energieersparnis ergibt sich durch die Integration der E-Temp Temperiergeräte in die CC300-Steuerung der Spritzgießmaschine über OPC UA. In der integrierten Lösung wird die Drehzahl der Temperierwasserpumpen automatisch dem Bedarf angepasst.

Die E-Mac Maschine auf der Messe in Luzern ist nicht nur mit IQ Flow Control, sondern allen im Inject-4.0-Programm von Engel verfügbaren Assistenzsystemen ausgerüstet. Diese lassen sich jeweils aktivieren und deaktivieren, damit die Messebesucher die Funktionsweise live verfolgen können. Dabei wird deutlich, wie bereits einzelne IQ Lösungen bei den Herausforderungen der täglichen Spritzgießpraxis einen hohen Nutzen stiften. Die Engel-Experten präsentieren verschiedene Szenarien, unter anderem zu den Fragen einer höheren Energieeffizienz oder konstanten Bauteilqualität, selbst wenn das Rohmaterial Chargenschwankungen unterliegt.

Mit dabei ist auch IQ Hold Control, der neue Sollwertassistent zur Ermittlung der optimalen Nachdruckzeit. Bislang wird die Nachdruckzeit vor allem empirisch ermittelt, was viel Zeit und auch viel Rohmaterial erfordert. Das Assistenzsystem IQ Hold Control analysiert die Werkzeugatmung sowie die Position der Plastifizierschnecke, um die optimale Nachdruckzeit zu berechnen und dem Einrichter vorzuschlagen.

Da die Nachdruckzeit objektiv ermittelt wird, können auch weniger erfahrene Prozesstechniker bei einem Chargenwechsel mit nur einem Klick den Prozessparameter anpassen. Ein weiterer Effizienzgewinn ergibt sich, wenn die automatisch ermittelte optimale Nachdruckzeit niedriger liegt als die zu Beginn eingestellte. In diesen Fällen wird die Zykluszeit verkürzt. Zudem sinkt der Energiebedarf.

Ein weiteres Highlight ist der IQ Process Observer, der über alle vier Phasen des Spritzgießprozesses – Plastifizieren, Einspritzen, Kühlen und Entformen – hunderte Parameter im Auge behält. Durch die kontinuierliche Analyse und Aufbereitung der gewonnenen Daten ermöglicht das Tool eine rasche Diagnose von Qualitätsschwankungen. Die Software verfügt über eine intelligente Drifterkennung, womit proaktiv auf Prozessveränderungen hingewiesen werden kann. Erhöhte Ausschussraten lassen sich dadurch in den Griff bekommen.

Sämtliche Bewegungen der E-Mac – auch die Düsenbewegung und das Auswerfen – werden von servoelektrischen Antrieben ausgeführt. Damit erreicht die Maschine einen sehr hohen Gesamtwirkungsgrad. Ihr Spritzaggregat wurde mit Fokus auf eine noch höhere Dynamik von Grund auf neu entwickelt. Es steht in drei Leistungsklassen zur Verfügung, um die Maschine im Sinne einer maximalen Gesamteffizienz exakt an die Anforderungen anpassen. Durch eine optimierte Kniehebelgeometrie bauen die Maschinen kürzer als die bisherigen Ausführungen, ohne dass der Öffnungshub verkleinert wurde. sk