Temperierprozesse spielen eine wichtige Rolle für die Energieeffizienz beim Spritzgießen. Sie beeinflussen nicht nur den Energieverbrauch, sondern auch die Qualität der hergestellten Kunststoffteile.
Die nahtlose Einbindung von Temperiergeräten in übergeordnete Systeme stellt einen zunehmend wichtigen Aspekt dar. Geräte der Reihe Thermo-6 von HB-Therm, St. Gallen (Schweiz), sind standardmäßig mit einer OPC-UA-Schnittstelle ausgestattet, die eine einfache, schnelle und reibungslose Kommunikation sowie den immer wichtiger werdenden Datenaustausch mit weiteren Anlagen ermöglicht.
Neben OPC UA unterstützt die Serie 6 auch alle gängigen Schnittstellen wie digitale Schnittstellen, CAN oder Profibus. Dies ermöglicht es, die Temperiergeräte an individuelle Anforderungen anzupassen.
Serienmässig mit OPC UA: Thermo-6 ermöglicht Datenaustausch und Konnektivität in modernen Fertigungsumgebungen. (Foto: HB-Therm)
Unnötig hohe Durchflussmengen lassen sich durch das Bestimmen eines optimalen Betriebspunkts für den jeweiligen Prozess vermeiden. Damit verringert sich auch die Energieverschwendung, die Effizienz bei gleichbleibender Prozessqualität wird erhöht.
Energieeffiziente Temperierung entsteht durch das Zusammenspiel eines effizienten Temperiergeräts und einer passend ausgelegten Anlage inklusive des Spritzgießwerkzeugs. Dazu gehören neben der Wahl der hydraulischen Anbindung – seriell oder parallel, wobei bei paralleler Schaltung zur maximalen Prozesssicherheit Durchflussmesser eingesetzt werden – auch weitere wichtige Faktoren wie Anbindungslänge, Leitungsdurchmesser und deren Isolierung.
Im Kern geht es um den Druckabfall – eine der entscheidenden Größen für energieeffiziente Temperierung. Wird der Druckabfall reduziert, muss die Pumpe weniger hydraulischen Widerstand überwinden, benötigt dadurch weniger Leistung und spart somit Energie.
Während sich der Druckabfall linear mit der Leitungslänge verändert – das heißt: doppelte Länge = doppelter Widerstand, verhält es sich beim Leitungsdurchmesser wesentlich deutlicher. Hier wirkt die sogenannte 4.-Potenz-Regel. Das heißt, dass der Druckverlust umgekehrt proportional zur vierten Potenz des Innendurchmessers ist. Konkret bedeutet das: Verdoppelt man den Innendurchmesser einer hydraulischen Leitung von 5 auf 10 mm, sinkt der Strömungswiderstand um den Faktor 16 – also auf nur 6,25 % des ursprünglichen Werts.
Um auch auf Geräteebene hohe Effizienz zu realisieren, hat HB-Therm diese physikalischen Grundlagen konsequent in der Serie 6 umgesetzt. Was in der Theorie gilt – etwa der Einfluss von Druckverlust und Strömungsverhalten – wurde im Gerät umgesetzt, um Effizienz und Effektivität im Betrieb messbar zu steigern.
Dazu wurden folgende Technologien umgesetzt:
Tanklose Gerätehydraulik mit geringem Umlaufvolumen für effiziente, schnelle und präzise Regelung. (Foto: HB-Therm)
- Tanklose Hydraulik: Mit einem Umlaufvolumen von nur 1,4 l resultiert daraus ein geringer Wasser- und auch Energiebedarf.
- Regelgenauigkeit: Dank des geringen Umlaufvolumens ist die Regelung agil, wodurch die Temperatur bei Sollwertänderungen sowohl schneller als auch effizienter erreicht und zuverlässig stabilisiert werden kann.
- Regelgeschwindigkeit: Die Ultraschall-Durchflussmesser erkennen schon kleine Veränderungen nahezu verzögerungsfrei, sodass die Regelung sofort reagieren, Schwankungen effektiv ausgleichen und eine hohe Prozesssicherheit gewährleisten kann.
- Widerstandsangepasste Hydraulik: Durch eine gezielte Geräteauslegung wurden die Druckverluste im Geräteinneren reduziert – unter anderem mit großzügigen, gleichmäßigen Querschnitten, fließenden Übergängen und Verwendung von Radien statt scharfen Kanten in der gesamten Hydraulik. Das Ergebnis ist ein höherer Wirkungsgrad, eine niedrigere Pumpendrehzahl und ein reduzierter Energieverbrauch.
- Direct-Drive Pumpen: Bei Anwendungen bis 100 °C werden durch den Einsatz von Direct-Drive-Pumpen Wirbelstromverluste vermieden. Das Resultat: eine zusätzlich um 20 % geringere Energieaufnahme im Vergleich zu bereits energieeffizienten drehzahlgeregelten Pumpen.
- Indirekte Heizung: Die zwangsweise Durchströmung sorgt insbesondere durch die geringe Masse für eine effiziente und kontrollierte Wärmeübertragung mit präziser Temperaturregelung. Das angepasste Wärmekonzept verringert Energieverluste und erhöht die Zuverlässigkeit.
- Verbessertes Wärmekonzept: Durch verbesserte Isolation des Gerätes bleibt die Wärmeenergie im Geräteinnern und reduziert die Verlustleistung. Zudem gilt: Je mehr Lüftungsschlitze ein Gerät besitzt, desto größer wird die Abwärme respektive die Verlustleistung. So kommt der Temperierprozess mit weniger Pumpenenergie aus, der Wasser- und Heizenergiebedarf wird erheblich gesenkt und gleichzeitig wird weniger Energie für die Temperierung benötigt.
Spezielles Wärmekonzept reduziert die Anzahl notwendiger Lüftungsschlitze. (Foto: HB-Therm)
Verbesserung des Energieverbrauchs im Spritzgießen
Automatisierung und smarte Steuerungssysteme zur Prozessoptimierung bieten die Möglichkeit, auch komplexe Abläufe energieeffizient zu vereinfachen sowie Daten zu überwachen und intelligent auszuwerten. Insbesondere in Zeiten von Fachkräftemangel und fortschreitender Digitalisierung wird der Einsatz solch automatisierter Lösungen immer wichtiger. Temperiergeräte werden zunehmend enger mit der Produktionsanlage verbunden werden, sei es für den Informationsaustausch, die Datenerfassung oder andere Prozesse – eine Entwicklung, die bereits heute bei führenden Anbietern sichtbar wird.
Der Energy-Control Assistent visualisiert alle relevanten Prozessparameter übersichtlich auf einem Dashboard und regelt den Betrieb automatisch. (Abb.: HB-Therm)
Bei HB-Therm sind smarte Steuerungen mit intuitiven Bedienfeldern und automatisierte Lösungen Teil der Grundausstattung. Diese Systeme bieten nicht nur eine dynamische Anpassung der Temperierleistung oder höhere Sicherheit, sondern auch eine kontinuierliche Datenaufzeichnung und Überwachung zur Anpassung des Energieverbrauchs.
Ein zentrales Element der energieeffizienten Temperierung ist das Auffinden des optimalen Betriebspunktes, also die präzise Steuerung und Anpassung der Pumpenkennlinie. Dabei wird mithilfe einer drehzahlgeregelten Pumpe der gewünschte Durchfluss mit geringem Energieaufwand erreicht. Der Energy-Control-Assistant ermöglicht die Aktivierung voreingestellter Eco-Modi, um den Energieeinsatz der Geräte durch automatische Ermittlung des optimalen Betriebspunkts zu verringern.
Dabei stehen folgende Pumpenbetriebsarten zur Verfügung:
- mit automatischer Überwachungsstufe
- mit konstanter Pumpendrehzahl
- mit konstantem Durchfluss
- mit konstanter Temperaturdifferenz
Kontinuierliche Überwachung des Temperierprozesses
Die kontinuierliche Überwachung von Temperierprozessen ist ein wesentlicher Faktor zur Steigerung der Energieeffizienz. Sie ermöglicht die fortlaufende Kontrolle relevanter Parameter wie Temperatur, Durchfluss, Druck und weiterer prozesskritischer Grössen. Durch die Analyse dieser Daten können in Echtzeit Anpassungen vorgenommen werden, um den Energieeinsatz bei höchster Prozesssicherheit kontinuierlich zu optimieren.
Alle Prozessdaten werden im Sekundentakt aufgezeichnet. Per e-cockpit App lassen sie sich direkt ans Support-Team senden. (Abb.: HB-Therm)
Bei den energieeffizienten Betriebsarten wie bspw. mit einer konstanten Temperaturdifferenz (Delta-T-Regelung) oder konstantem Durchfluss ist eine präzise Überwachung entscheidend, um sich mit ausreichender Toleranz an den optimalen Betriebspunkt heranzutasten. Die präzisen Ultraschall-Durchflussmesser tragen dazu bei, Änderungen schnell zu erkennen und so zuverlässig zur Einhaltung der eingestellten Parameter beizutragen.
HB-Therm hat verschiedene Überwachungsstufen in seine Geräte integriert, die flexibel an die jeweiligen Prozessanforderungen angepasst werden können – von grober über mittlere bis hin zu feiner Überwachung. Diese abgestuften Einstellmöglichkeiten gewährleisten, dass Abweichungen frühzeitig erkannt und korrigiert werden, bevor die Prozesssicherheit beeinträchtigt wird. Zusätzlich hilft die Schlauchbrucherkennung durch die aktive Überwachung relevanter Daten dabei, im Ernstfall verheerende Folgen frühzeitig zu verhindern.
Prozessparameter werden automatisch in drei vordefinierten Stufen überwacht – individuelle Grenzwerte lassen sich manuell definieren. (Abb.: HB-Therm)
Technologie als Schlüssel zu höherer Gesamteffizienz
Die neueste Generation der Temperiergeräte Thermo-6 wurde speziell darauf ausgelegt, Energieverluste zu reduzieren und hohe Energieeffizienz zu erreichen. Die Steigerung der Energieeffizienz wird z. B. durch die standardmäßige Integration drehzahlgeregelter Pumpen in Kombination mit dem Software-Assistenten Energy-Control erzielt. Dieser hilft, für jede Anwendung den optimalen Betriebspunkt zu finden.
Standardpumpen mit fester Normdrehzahl sind bei HB-Therm nicht mehr im Einsatz. Sie sind ineffizient und den heutigen Anforderungen an Wirtschaftlichkeit, Prozessstabilität und Flexibilität nicht mehr gewachsen.
Die Anforderungen variieren von Prozess zu Prozess und lassen sich mit einer starren Drehzahl nicht bedarfsgerecht abdecken. Jede Anwendung stellt individuelle Ansprüche an Durchflussmenge, Temperaturführung und Regelverhalten. Der Einsatz von Standardlösungen führt daher zu einem erhöhten Energieverbrauch, höherem Verschleiß und eingeschränkter Flexibilität. Betrachtet man den gesamten Lebenszyklus von Temperiergeräten über mehr als zehn Jahre, summieren sich diese Effekte – in den meisten Fällen übersteigen die realisierten Einsparungen sogar die ursprünglichen Investitionskosten.
