Digital Twins in der Kunststoffindustrie

Engel auf der JEC World 2023

Vacunite Bottle to Bottle System

Jörg Westphal im Interview

Die neue Gerätegeneration Series 6 von HB‑Therm mit den Temperiergeräten Thermo-6, ist mit verschiedenen Features ausgestattet, um den energieintensiven Temperierprozess bei der Spritzteilherstellung ressourcensparender zu gestalten. Die Stellschrauben sind vielfältig.

Eine der wichtigsten Maßnahmen zur Senkung des Energieverbrauchs von Temperiergeräten und damit der Spritzteilproduktion insgesamt ist die Drehzahlregelung der Pumpen im Medienkreislauf. Die für den Prozess benötigte Förderleistung der Pumpe braucht in den meisten Fällen das Fahren mit Nenndrehzahl nicht. Als stetiger Verbraucher benötigt eine nicht frequenzgeregelte Pumpe immer dieselbe elektrische Leistung, ob diese nun für den Prozess notwendig ist oder nicht. Pumpen mit Frequenzregelung passen über verschiedene Betriebsarten und individuelle Einstellmöglichkeiten ihre Drehzahl dem Prozess an und sind somit sehr viel energieeffizienter im täglichen Betrieb als Pumpen ohne Frequenzumrichter.

Über die Gerätesteuerung lassen sich unterschiedliche Betriebsarten anwählen. Im Eco‑Mode regelt das Gerät wahlweise auf Drehzahl, Durchfluss, Pumpendruck oder auf Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf. Im Boost-Mode läuft die Pumpe mit maximaler Drehzahl, sodass der maximal mögliche Durchfluss erreicht wird. Diese Betriebsart ist aber aufgrund des höheren Energiebedarfs für den Dauerbetrieb nur bedingt einsetzbar.

Erstmals an den Thermo-6-Temperiergeräten kommt eine Direct‑Drive-Pumpe zur Anwendung. Bei den Pumpen verschmelzen Motor und Magnetkupplung. Die Drehmomentübertragung erfolgt von der Motorwicklung durch den Spalttopf direkt auf den Innenrotor. Im Vergleich zur Peripheralradpumpe mit Magnetkupplung weise die Direct‑Drive-Pumpe einen um bis zu 20 Prozent höheren Wirkungsgrad auf, da aufgrund eines nichtleitenden Kunststoff-Spalttopfs die sonst typischen Wirbelstromverluste vermieden werden, so das Unternehmen. Die Pumpe arbeitet mit einem wassergekühlten Motor und ist in ihrer Bauart ohne Magnetkupplung und ohne Lüfter kompakter und kostengünstiger. Aktuell ist der Temperaturbereich dieser neuesten Pumpengeneration noch auf Temperiergeräte bis maximal 100 °C beschränkt, werde aber weiter ausgebaut.

Die Steuerung lässt auch individuelle Einstellungen zu, um den jeweils optimalen Betriebspunkt für jede Herstellung zu finden. Dabei bleibe die visuelle Darstellung mit Pumpendrehzahl, der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf sowie der direkten finanziellen Ersparnis pro Jahr einfach. Die Einstellungen basieren auf dem Zusammenhang zwischen Drehzahl bzw. Durchfluss, der Temperaturdifferenz und der damit zusammenhängenden Energieersparnis. Bei der Anpassung einer der Größen durch den Anwender verändern sich die beiden anderen Parameter in gleichem Maß mit. Die gewünschte Einstellung werde mit einfachem Knopfdruck übernommen.

Heizelemente erreichen während der Heizphase extrem hohe Temperaturen, die weit über dem Sollwert liegen. Ablagerungen bilden eine wärmeisolierende Schicht und verschlechtern den Wärmeübergang zunehmend. Nicht so bei den Heizelementen von HB‑Therm: Die Heizung besteht aus Edelstahlrohren. Die Heizwendel werden um diese Rohre gewickelt und haben daher keinen direkten Kontakt mit dem Wärmeträger. Durch den indirekten Kontakt und die hohe Strömungsgeschwindigkeit entstehen weniger Ablagerungen in der Heizung. Damit bleibt die Beheizung effektiv und der Energiebedarf effizient.

Mit einer Ultraschall-Durchflussmessung lassen sich Veränderungen im Durchfluss unmittelbar erkennen. Der grosse Messbereich überzeugt mit einer hohen Messgenauigkeit auch bei geringen Durchflüssen. HB‑Therm gewährt mit der Einführung der Thermo‑6 nicht nur eine lebenslange Garantie auf die Heizung, sondern neu auch auf die Durchflussmesser. Energieeffizienz ist auch hier ein bedeutender Massstab, denn nur, wenn der Durchfluss stimmt, kann Qualität in Serie produziert werden, und das zu vernünftigen Kosten. Die Fertigung von Ausschuss kann unterbunden werden, noch bevor er entsteht. Das sind Features, die eine wirtschaftliche Herstellung erst möglich machen.

Dieses Hardware-Highlight der Thermo‑6 sorgt für hohe Regelgenauigkeit, lange Lebensdauer und Betriebssicherheit. Die Bypass-Kühlung regelt mittels Proportionalventil die Menge des Mediums, die den Plattenwärmetauscher durchfließt. Die Kühlwasseraustrittstemperaturen übersteigen dabei die 60 °C nicht, was einer Verkalkung des Kühlers wirksam entgegenwirkt. Diese feine Kaltwasserregulierung hat zudem den Vorteil, dass schädliche Druckschläge verhindert werden. Die integrierten Kühlwasser- und Rücklauffilter schützen den Hydraulikkreis vor losen Partikeln, die zu Verstopfungen führen können. Als Zusatzausrüstung bietet HB-Therm für die Thermo-6 Geräte eine Überwachung des Rücklauffilters an, die Verstopfungen im Filtersieb frühzeitig erkennt und zur Wartung aufruft, wenn es Zeit dafür ist.

Natürlich sorgen letztlich auch die Überwachungsfunktionen an den Thermo‑6-Temperiergeräten für eine reibungslose Fertigung, geringeren Verschleiß und Verschmutzung sowie lange Standzeiten und damit einen energie- und ressourcenschonenden Einsatz. Exemplarisch sind hier etwa die Überwachung von Schlauchbruch und Leckage, die Prozessüberwachung mit automatischer Grenzwerteinstellung sowie die geregelte Systemdruck-Überlagerung zu nennen.

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