Der Leitfaden von TM Robotics zum nachhaltigen Spritzgießen

Hier erklärt Dervish Ibrahim, internationaler Vertriebsleiter bei TM Robotics, warum er an vollelektrisch glaubtSpritzgießenMaschinen sind der Weg in die Zukunft, um die Umweltauswirkungen des Prozesses zu reduzieren – und gleichzeitig den Herstellern dabei zu helfen, niedrigere Kosten pro Teil zu erzielen.

Die Ergebnisse des Journal of Clean Production sind ein Weckruf für Hersteller, insbesondere da die Nachfrage nach Spritzgussverfahren weiter wächst. Beispielsweise wird für den Markt für spritzgegossene Kunststoffe für medizinische Geräte zwischen 2023 und 2030 ein boomendes Wachstum erwartet.

Spritzguss wird zur Herstellung verschiedenster Teile eingesetzt und bietet mehrere Vorteile. Dazu gehören die Fähigkeit, eine große Vielfalt an Kunststoffen zu formen, eine gute Wiederholbarkeit, eine gleichbleibend hohe Produktion mit geringem Ausschuss und niedrige Kosten pro Teil – letzteres hat immer Priorität.

Die Aufrechterhaltung niedriger Kosten pro Teil während des gesamten Herstellungsprozesses ist entscheidend für die Kostensenkung und die Erzielung eines höheren Produktwerts – sowohl aus Sicht des Herstellers als auch des Kunden. Während Spritzguss dabei helfen kann, sind die Hersteller auch besorgt über die Energiekosten des Spritzgusses und darüber, wie sich dies auf die Nachhaltigkeit und das Endergebnis auswirkt.

Es wird behauptet, dass mehr als 90 Prozent der Kosten beim Spritzgießen auf den Energieverbrauch zurückzuführen sind. Dies gilt vor allem für den Strom, der zum Antrieb und Betrieb der Spritzgießmaschine verwendet wird. Infolgedessen gab es in der Industrie einige Debatten über die Kosten- und Nachhaltigkeitsvorteile des hydraulischen Spritzgießens gegenüber vollelektrischen Maschinen.

Von einem Hydraulikmotor angetriebene Spritzgießmaschinen können höhere Energieniveaus und höhere Einspritzdrücke erzeugen, und die Anschaffungskosten der Maschine sind niedriger. Doch hydraulische Maschinen haben auch Nachteile. Dazu gehört der hohe Stromverbrauch der Maschine, da ihre hydraulische Leistung an ein elektrisches Aggregat angeschlossen ist, das in jeder Phase des Formprozesses mit maximaler Leistung arbeitet.

Lebenslange Kosten

Obwohl hydraulische Spritzgießmaschinen anfangs kostengünstiger sind, ist es wichtig, beim Kauf neuer Maschinen die gesamten Lebenskosten zu berücksichtigen. Dies zeigte der Kunde von TM Robotics, Lotan, ein Hersteller von Kunststoffbehältern mit Sitz in Leicestershire, Großbritannien. Alle Spritzgießmaschinen in der Produktionsanlage von Lotan sind elektrisch und nicht hydraulisch.

Das Unternehmen vertraut auf die vollelektrischen Spritzgießmaschinen (IMM) von Shibaura Machine von TM Robotics. Die Maschine wird im eigenen Haus von Shibaura Machine, früher bekannt als Toshiba Machine, hergestellt. Zu den Leistungsvorteilen des IMM gehört ein Spannkraftbereich von 50 bis 2.500 Tonnen, der durch eine digitale DST-Steuerung (Direct Screw Transfer) für zusätzliche Produktionsflexibilität kalibriert werden kann.

Obwohl vollelektrische Maschinen bei niedrigeren Einspritzdrücken zunächst teurer sind, übertreffen sie hydraulische Versionen nachweislich in vielerlei Hinsicht. Zu den Vorteilen gehören höhere Einspritzraten und -geschwindigkeiten, da die vollelektrische Bearbeitung auf einer Kniehebelklemmung statt einer direkten Druckklemmung beruht, was für das Hochgeschwindigkeitsspritzgießen besser ist.

Weitere Vorteile sind verbesserte Trockenzykluszeiten und die Gesamtstabilität der Form selbst. Dank dieser Vorteile hat Lotan mehrere weitere IMMs von Shibaura Machine bei TM Robotics bestellt, insbesondere seine neueste SXIII-Reihe von Spritzgießmaschinen. Der SXIII ist ein Modell mit verbesserter Leistung, das deutlich schnellere Einspritzgeschwindigkeiten bietet als herkömmliche Formgeräte. Dadurch bietet die Maschine eine um 35 Prozent schnellere Zykluszeit als herkömmliche hydraulische Servo-IMMs. Lotan erzielte außerdem niedrigere Kosten pro Form.

Das Endergebnis

Neben Leistungsvorteilen müssen Spritzgießmaschinen auch einfach zu bedienen sein. Dies garantiert, dass Lotans Team auf dem richtigen Weg bleibt, seine wichtigsten Leistungsindikatoren (KPIs) zu erreichen, indem es die Ausrüstung kontrolliert und für einen nachhaltigen Betrieb sorgt. Aus diesem Grund sind die Spritzgießmaschinen der SXIII-Reihe mit der benutzerfreundlichen Steuerung von Shibaura Machine ausgestattet, die für einfache, wiederholbare Vorgänge mit der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) von Lotan verbunden ist.

Auch bei der Wartung haben vollelektrische Formmaschinen die Nase vorn. Durch die SPS-Steuerbarkeit können Spritzgussvorgänge in die IoT-Systeme (Internet of Things) der Produktionsanlagen eingebunden werden. Daten zur Leistung des IMM können über Sensoren gesammelt und an das Enterprise Resource Planning (ERP) oder Manufacturing Execution System (MES) des Werks weitergeleitet werden, um vorbeugende Wartung, Rückverfolgbarkeit und Qualitätsmanagement zu unterstützen.

Aber wie sieht es mit der Energieeffizienz vollelektrischer Maschinen mit hydraulischem Antrieb aus? Durch den Einsatz der vollelektrischen IMMs von Shibaura Machine konnte Lotan im Vergleich zu älteren hydraulischen Maschinen 20 bis 40 Prozent niedrigere Betriebskosten verzeichnen. Herkömmliche hydraulische Spritzgießmaschinen sind zudem weniger effizient, da sie bereits im Leerlauf Energie verbrauchen, während vollelektrische Spritzgießmaschinen nur im Betrieb Energie verbrauchen.

Tatsächlich wurde festgestellt, dass die vollelektrischen IMMs von Shibaura Machine im Vergleich zu europäischen hydraulischen Servo-IMMs eine Energieeinsparung von 60 Prozent ermöglichen. Bei weiteren Leistungstests von Shibaura Machine wurde das IMM EC650SX-61B mit einer Schließkraft von 650 Tonnen im Vergleich zu einer hydraulischen Servomaschine gemessen. Es führte zu einer Energieeinsparung von 51 Prozent.

In einem anderen Fall wurde ein weiteres EC-SX-Modell, der 1.800 Tonnen schwere EC1800SX-155B, im Vergleich zu einem konkurrierenden vollelektrischen IMM getestet. Obwohl beide Maschinen den gleichen Energieverbrauch hatten, lieferte die Shibaura Machine IMM eine schnellere Zykluszeit, was zu einer Gesamtenergieeinsparung von 30 Prozent führte.

Das Spritzgießen könnte derzeit für bis zu 90 Prozent des GWP des Prozesses verantwortlich sein. Die Leistung vollelektrischer IMMs wie SXIII und EC-SX von Shibaura Machine zeigt jedoch, dass dieser Trend umgekehrt werden kann, mit positiven Auswirkungen auf die Nachhaltigkeit und auch auf das Endergebnis der Hersteller.