Energieeffiziente Extrusionsanlagen (EcoExtrude)

1. Ausgangssituation
Kunststoffprodukte und ¿halbzeuge werden in großem Umfang auf Extrusionsanlagen gefertigt. Im praktischen Einsatz waren diese bislang auf höchste Durchsatzleistung und hohe Materialqualitäten optimiert. Trotz des hohen Energieverbrauchs wurde das Thema Energieeffizienz bei Konzeption und Betrieb der Anlagen bisher nur unzureichend berücksichtigt.
In der Praxis fehlte es an KMU-relevanten Systemen zum Energiemonitoring, die eine zeitdiskrete und komponentenfeine Erfassung des Energieverbrauchs ermöglichen. Der aktuelle Verbrauch einzelner Komponenten war nicht bekannt, eine systematische energetische Optimie-rung des Energieverbrauchs in den Anlagenkomponenten bzw. Prozesseinstellungen konnte nicht durchgeführt werden. Es fehlte zudem an spezifischem Prozesswissen zur Steigerung der Energieeffizienz beim Extrudieren. Schließlich verfügten die Anlagen in der Regel über keine Hilfsmittel, um den Anlagenbediener vor Ort bei der Einstellung eines energieoptimalen Arbeitspunktes zu unterstützen, ihn zeitnah über ungewöhnliche Änderungen des Energiever-brauchs zu informieren oder auf Möglichkeiten zur Energieeinsparung hinzuweisen.
Ohne eine zuverlässige Ermittlung des Energieverbrauchs ist es für KMU nur schwer möglich, eine belastbare produktspezifische Kostenkalkulation zu erstellen. Dies jedoch stellt einen ele-mentaren Baustein für die Konkurrenzfähigkeit von KMU dar.

2. Projektziele
Ziel des Projekts war es, den Energieverbrauch von Extrusionsanlagen deutlich zu reduzieren. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Neuentwicklungen mit dem Fokus Energieeffizienz geleistet, auf deren Basis ein Überwachungssystem zum energieeffizienten Betrieb von Ein-schnecken-Profilextrusionsanlagen realisiert wurde. Es war Entwicklungsziel dieses Projekts, das Energie-Einsparpotenzial auf Basis der Einzelmaßnahmen und des Überwachungssystems nachzuweisen und dabei folgende Zielgrößen zu erreichen:
1.) Energie-Einsparpotential von 10% durch die energieoptimierte Einstellung des Arbeitspunkts und durch den Einsatz energieoptimierter Komponenten
2.) Energie-Einsparpotential von 10% durch ein Überwachungssystem für den Anlagenbedie-ner, in dem die Ergebnisse der Prozessdiagnose und -optimierung berücksichtigt sind

3. Vorgehensweise
Im Rahmen dieses Projekts wurde eine komponentenfeine Erfassung von Energieverbrauchswerten (Energiemonitoring) realisiert, auf deren Basis die Energieeffizienz von Einzelkomponenten in der Anlage nachfolgend optimiert wurde. Ein weiteres Einsparpotenzial wurde erschlossen, indem die ermittelten Energiemessgrößen mit weiteren Messdaten aus dem Prozess verknüpft wurden (Prozessdiagnose) und daraus zielgerichtete Maßnahmen zur Erhöhung der Energieeffizienz abgeleitet wurden (Prozessoptimierung).
Die Zusammenführung der Ergebnisse erfolgte durch die Realisierung eines Überwachungssystems, das den Bediener der Anlage während des Betriebs unterstützt. Das System informiert über den aktuellen Status der Energieeffizienz im Vergleich zu Referenzwerten. Eine Handlungsanweisung gibt zudem an, welche Maßnahmen eine Verringerung des spezifischen Energieverbrauchs erwarten lassen.

4. Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die Projektpartner integrierten die geleisteten Neuentwicklungen in vorhandene Anlagen (Technikumsanlage bzw. Pilotanlage) für die Herstellung von Rollladenprofilen, wie sie von einem typischen Endanwender gefertigt werden. Anhand dieser Demonstratoren wurde aufgezeigt, wie der Endanwender durch eine Visualisierung des Energieverbrauchs und weiterer Prozesskenngrößen bei der Steigerung der Energieeffizienz unterstützt werden kann.
Die wichtigsten, in diesem Projekt erzielten Einsparungen sind: Einsatz von Vakuumpumpen mit Drehzahlregelung und ggf. mit Wasserabscheidung (bis zu 10%), produktangepasster Einsatz von Temperiergerät und Einzugskühlung (bis zu 9%), Einsatz energieeffizienter Antriebe (bis zu 5%) sowie eine thermische Isolierung von Heizzonen, Flansch und Werkzeug (2 – 6%).
Neben der Dokumentation zum Einsparpotenzial wurden die Demonstratoren zur Vorführung der neuen Technologie für die Kunden der Zielmärkte genutzt.
Die Ergebnisse dieses Projekts kommen sowohl den beteiligten Unternehmen als auch den nationalen und internationalen Herstellern von Extrusionsmaschinen zugute, sowohl bei der Konzeption von Neuanlagen wie auch bei der Nachrüstung bestehender Anlagen.

• Bernhard Ide Werkzeug- und Maschinenbau für die Kunststoffverarbeitung GmbH & Co. KG
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Hochschule Esslingen
• LEO-Kunststoffprofile Kurt Bernheim GmbH & Co. KG