Eine objektive Vergleichbarkeit des Energieverbrauchs von Kunststoffverarbeitenden Maschinen anhand eines Energieeffizienzlabels, wäre das nicht toll? Ähnlich wie bei Kühlschränken und Waschmaschinen!? Genau dieses Ziel verfolgen gerade die Überarbeitungen der Euromap 60 (für Spritzgussmaschine)  und Euromap 90  (für Extruder).

Das Messverfahren

Im Extrusionsbereich schon erfolgreich eingeführt unter der Euromap 90, ist sich die Arbeitsgruppe der Spritzgussmaschinen kurz vor dem Ziel sich einig zu werden.
Das Team für Spritzguss fanden einen gemeinsamen Nenner für eine allgemein gültiges Messverfahren für den Energieverbrauch einer Thermoplast Spritzgussmaschine. Damit ist es nun möglich, den spezifischen Energieverbrauch von Spritzgießmaschinen in kWh je kg Formmasse [kWh/kg] unter genormten Bedingungen nicht nur zu messen, sondern auch die mit anderen Herstellern zu vergleichen.

Die Schaffung einer objektiven Vergleichsmöglichkeit der Energieeffizienz von Kunststoffverarbeitenden Maschinen durch einen europäischen Energieeffizienzlabel soll den Kunden erleichtern die Kauf- und Investitionsentscheidung im Produktvergleich der einzelnen Hersteller und Antriebstechniken einfach vergleichen zu können. Ebenfalls soll mit der überarbeiteten Euromap 60 der Wettbewerb unter den Maschinenhersteller gesteigert werden, energieeffizientere Maschinen nicht nur zu entwickeln, insbesonder diese auch zur Marktreife führen und regulär anzubieten.

Für die gebräuchlichsten drei Anwendungen (Dünnwandteile/ technische Teile/ Dickwandteile) wurden die notwendigen Parameter für den Messzyklus festgelegt. Die Messung erfolgt mit Standard PP (Polypropylen), wobei durch eine genormte Düse ins Freie gespritzt wird. Diese Messung gilt für alle Thermoplastische Maschinen mit horizontaler Schließeinheit und einer Plastifizier- und Spritzeinheit mit Schneckenkolben und elektrisch beheiztem Zylinder.

Das Logo

Offizielles Energieeffizienzlabel für Rohrextruder nach Euromap 90

Die Arbeitsgruppe “Extrusion” die für die Euromap 90 zuständig ist konnten sich für die Kommunikation des Energieeffizienzlabel auf ein Label einigen. Das Label ist für die gesamte Branche schon europaweit gültig.

Im Spritzgussbereich dagegen konnte man sich derzeitig noch nicht einigen. Die Firmen benutzen derzeitig noch ihre eigene Labels. Allerdings arbeitet derzeitig ein Design-Team an ein Label, womit alle Hersteller zufriedengestellt werden. Ein Vorreiter des Labels nutzt die Firma Engel Austria schon für ihre Maschinen. Zwar ist das Label von Engel selbst kreiert, entspricht dennoch die Norm der Euromap 60 und ähnelt den ersten Entwürfen.

Energieeffizienzlabel des Spritzgussmaschinehersteller ENGEL Austria

Mit der Erstellung der beiden Euromap Standards zur Energiemessung sind somit die Voraussetzung für ein europaweit gültiges Label geschaffen. Es ist mit Sicherheit ein guter Schritt nach vorne, um bei den Kunden eine Sensibilisierung Richtung Energieeffizienz zu schaffen. Wir dürfen also gespannt sein, wann und wie die europaweite Umsetzung den Markt erreichen wird. Besonders spannend wird die Entwicklung neuer energiepsparender Antriebstechniken für die Kunden werden.

Vorschlag 1 für das Label für Spritzgussmaschinen

Vorschlag 2 für das Label für Spritzgussmaschinen

]]> http://kunststoffreport.de/euromap-60-90-energieverbrauch-vergleichen/feed/ 1 http://kunststoffreport.de/schneckenverschleiss/ http://kunststoffreport.de/schneckenverschleiss/#comments Sun, 02 May 2010 21:46:06 +0000 Tamer http://kunststoffreport.de/?p=2269 Eine häufige Fragestellung, die auftaucht in Gesprächen und bei mir im E-Mail Postfach ist die Frage nach dem Verschleiß der Schnecke und dem Zylinder. Oftmals wird auch direkt nach Toleranzen gefragt.

Meine Antwort fällt leider zuerst nicht immer eindeutig aus. Sehr grob könnte die Antwort wie folgt lauten:

“Jeder Prozess und jedes Unternehmen muss seine eigene Toleranz für den Verschleiß finden, womit sie selber arbeiten können und die geforderte Qualität und Prozesssicherheit gewährleisten können.”

Na ganz große Klasse werden sicherlich viele von euch denken, eine Antwort, die nicht nur arrogant klingt, sondern auch auf den ersten Blick nichtssagend ist. Zu meiner Verteidigung – natürlich gebe ich nicht eine derartige Antwort. Muss aber sagen, es sagt eigentlich schon das Wichtigste aus.

Ein Unternehmen, das kleine Medizinische-Präzisionsartikel herstellt, wird engere Verschleißtoleranzen haben, als ein Unternehmen die Wegwerf-Baustellenartikel herstellt. Das Präzisionsunternehmen braucht viel mehr Kontrolle und Genauigkeit über die Schmelze und Parameter als das Hauruck-Unternehmen, das mit einem Qualitätsfenster von über 50% bei den Spritzparameter fährt. Denn da fällt der Verschleiß auch erst viel später auf, als beim Präzisionsunternehmen wo die kleinste Veränderungen im Umfeld schon zu Ausschussteilen führt.

Die regelmäßige Kontrolle des Verschleißes der Schnecke, Zylinder und der Rückstromsperre bietet natürlich einige Vorteile. Störungen und Qualitätsschwankungen lassen sich rechtzeitig eliminieren und hohe Folgekosten sowie Maschinenausfallzeiten werden hinfällig.
Kleine mittelständische Unternehmen werden sicherlich nicht die nötige Zeit haben, um das Wartungsintervall einzuhalten.
Doch letztendlich wie sie sich entscheiden, eine übermäßig abgenutzte Schnecke erhöht nicht nur die Verweilzeit, sondern beeinflusst negativ die Kunststoffschmelze  und die Prozesssicherheit.

Zusätzlicher Gedanke

Denken Sie daran, Sie brauchen keinen Ferrari um Ihre Einkäufe zu erledigen … aber Sie wollen ja auch nicht bei einem Formel 1 Rennen mit einem Trabi in Kampf treten.

Bildquelle:  Xaloy

Von bis zu 2.400 Millimeter für glattwandige HDPE-Rohre setzt die Extrusionssparte von KraussMaffei, nach eigenen Angaben, erneut die Messlatte bei der Rohrextrusion höher und schafft so die Grundlage für den iranischen Rohrhersteller P.E.S. Co. für neue Produkte.

Bereits seit fast einem Jahrzehnt produziert P.E.S. als langjähriger zufriedener Kunde von KraussMaffei Berstorff mit Einschneckenextrudern verschiedener Baugrößen und Bauarten dieses Herstellers HDPE-Rohre, darunter auch Großrohre von bis zu 1.600 Millimeter Durchmesser in hervorragender Qualität. Die bei P.E.S. in der Region am Persischen Golf hergestellten Großrohre werden neben einer Vielzahl weiterer Anwendungen vor allem als Versorgungsleitungen für Meerwasserentsalzungsanlagen sowie in der Erdölraffinerie für den Transport von Kühlwasser eingesetzt. Das Unternehmen, das langjährige und fundierte Erfahrung sowohl in der Herstellung von PE-Rohren wie auch in der Verlegung und Installation kompletter Leitungssysteme besitzt, ist begeistert von der Zusammenarbeit mit KraussMaffei Berstorff. Mohsen Jamalian, Geschäftsführer und Besitzer von P.E.S., betont: „Zusammen mit KraussMaffei Berstorff setzen wir einen neuen Meilenstein in der Welt der Großrohrextrusion. Die Expertise, die wir im Extrusionsprozess mit der 1600 Millimeter-Anlage bereits erreicht haben können wir dank KraussMaffei Berstoff und seiner Top-Technologie bei Einschneckenextrudern und Rohrkopf- beziehungsweise Wendelverteiler-Konzepten auf die Extrusion von Rohren mit 2400 Millimeter Durchmesser übertragen. Auch die Firma Total Petrochemicals mit ihrem Low-sagging Polyethylen XLS12B leistet zu diesem Erfolg einen maßgeblichen Anteil.“

Mit der jetzt bei KraussMaffei Berstorff bestellten Großrohr-Extrusionsanlage wird P.E.S. in neue Dimensionen vorstoßen und sein Produktionsspektrum um glattwandige HDPE-Rohre mit 1.800, 2.000, 2.200 und 2.400 Millimetern Durchmesser erweitern. Die neue Anlage, die als Kernkomponenten einen Einschneckenextruder KME 150-36 B/R sowie einen Rohrkopf KM-RKW 40-2400 umfasst, verfügt über alle wesentlichen Features der Anlagentechnik, die KraussMaffei Berstorff als Technologie-Führer bei der Großrohr-Extrusion ausweisen. Hierzu zählen unter anderem das etablierte 36D-Einschneckenkonzept, der auf dem Wendelverteiler-Konzept mit neuester rheologischer Auslegung basierende Rohrkopf und die zugehörige Kalibriertechnik.

Mittels dieser Anlagentechnik kann der Rohrproduzent sehr enge Toleranzen bezüglich Wandstärke und der Ovalität einhalten und so insbesondere in der Großrohrextrusion immense Einsparungen bei den Materialkosten erzielen, die je nach Rohrtyp bis zu 90 Prozent der gesamten Herstellungskosten ausmachen können. Zudem passen die so produzierten Rohrstücke mit ihren äußerst geringen Abweichungen bezüglich Ovalität, Außendurchmesser und Wandstärke exakt zusammen – die ultimative Voraussetzung für eine qualitativ hochwertige Schweißverbindung der Großrohre auf der Baustelle. Denn nur durch eine fehlerfreie und bündige Verschweißung kann die optimale Druckstabilität und Langlebigkeit der installierten Großrohre erreicht werden.

Wie es sich aus dem gestrigen Artikel gut nachvollziehen lies, lassen sich große Zykluszeitreduzierungen durch ein gut ausgelegtes Spritzgießwerkzeug unter Berücksichtigung aller prozessrelevanten Details erzielen.

Eine im übertriebenen Sinn “Wissenschaft” aus einem Werkzeug zu machen ist dabei noch nicht einmal nötig. Besonderen kleine Unternehmen haben gar nicht erst die Möglichkeit großartige Versuche zu fahren. Nichtsdestotrotz lassen sich durch einige Schritte im Vorfeld, später anfallenden Kosten einsparen.

Ein Ansatzpunkt wäre z.B. vor der Konstruktion eines Werkzeuges mit allen Beteiligten (Werkzeugbau, Spritzgießer, Qualitätsmanagement) kurz über den neuen Artikel ein Brainstorming abzuhalten und Erfahrungswerte, wie z.B. ähnliche Artikel einzubeziehen und unter Umständen anfallende Probleme im Vorfeld abzustellen.

WICHTIG: Bei Standard Spritzlingen max. 15 Min Brainstorming.

In einer 2.Phasen sollten alle Beteiligte sich das im CAD vorab konstruierte Spritzgießwerkzeug ansehen und noch vorhandene Kinderkrankheiten optimieren lassen, schließlich ist das Werkzeug noch nicht gebaut.

Optimierungen lassen sich u.a. in folgende Bereiche erzielen:

• Homogene temperierte Werkzeugoberfläche (Kühlzeitreduzierung)
• Auswerferhub reduzierung  (Auswerfzeitreduzierung)
• Freistellen des Artikels vom Kern durch das Werkzeug (Vermeidung des hängen der Spritzlinge in der Düsenseite, Kern, …)
• Gute Entlüftungen (Schelles Einspritzen, Spritzfehlervermeidung wie Brenner, Blasen, etc ..)
• Artikelentformung und Entnahmegreifer optimal aufeinander abstimmen (Zykluszeitreduzierung)
• Korrekte Wahl des Anspritzpunktes (Ausschussreduzierung)
• Ausbalancierter Angusskanal (Ausschussreduzierung)

Quelle: Lachenmaier Werkzeugbau

Am 29. Dezember 2009 ist die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG in Kraft getreten.

Einige Kunden der Kunststoffverarbeiter und der Werkzeugbauunternehmen forderten teilweise eine Kennzeichnung der für Sie gebauten Spritzgießwerkzeuge mit der CE-Kennzeichnung. Diese Forderungen beruhen in der Regel nicht auf einer gesetzlichen Forderung oder dem gestiegenen Schutzbedürfnis des Bedienungspersonals, sondern auf ökonomischen Gründen.

Spritzgießwerkzeuge erfüllen nicht die Definitionen von Maschinen. Sie werden im Artikel 2 b unter „auswechselbare Ausrüstungen“ per Begriffsbestimmung als Werkzeuge aus dem Geltungsbereich der Richtlinie ausgeschlossen und können auch nicht als unvollständige Maschinen abgesehen werden.

Ein Werkzeug ist letztendlich ein Hilfsmittel zur Formgebung von Rohstoffen, bzw. um Gegenstände (Werkstücke oder Materialien im weitesten Sinne) in eine vorgegebene Gestalt zu bringen.

Für die Übertragung der Begrifflichkeiten aus den Rechtsgrundlagen in den Sprachgebrauch der Kunststoffindustrie kommt erschwerend hinzu, dass sich der Begriff „Werkzeuge“ für Spritzgießwerkzeuge, bislang auch oftmals -formen genannt, erst in der jüngsten Zeit durchgesetzt hat. So wurde der Begriff Werkzeug auch in dem Grundlagenwerk „Form, Werkzeug und Recht – Vertragsleitfaden für die Kunststoff verarbeitende Industrie“ des GKV Gesamtverband Kunststoffverarbeitende Industrie e.V. und der Broschüre „Formteilentwicklung und Werkzeugbau – Grundsätze zur Konzeption und Tolerierung“ von TecPart Verband Technische Kunstoff-Produkte e.V. eingeführt.

Fazit: Spritzgießwerkzeuge fallen nicht in den Geltungsbereich der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG, somit darf der Hersteller weder eine CE-Kennzeichnung anbringen noch eine EG-Konformitätserklärung abgeben oder eine Einbauerklärung ausstellen.

Beim Füllen des Werkzeuges findet meist eine Molekül-Orientierung statt insbesondere durch Reibungseinflüsse.

Die ungeordnet liegende Moleküle strecken sich und orientieren sich in Fließrichtung aus beim Einspritzvorgang.

Insbesondere kommt es an der Formwand zu sehr starken Ausrichtungen  der Polymerschmelze. Durch das Erstarren der Schmelze in der Randschicht werden Orientierungen eingefroren beim schnellem Abkühlen, derartige Orientierungen führen zu ungleichmäßigen Schwindungen und ungleichmäßigen Eigenschaften des Formteils.

Die größten Desorientierungen lässt sich beim Spritzen in kalten Werkzeugen feststellen.  Stellen wir uns ein Spritzgussstab vor! In der Randschicht Rand werden die größten Orientierungen in Fließrichtung sein, die jedoch zur Stabmitte hin rasch abnimmt und mittig die normale regellose und verknäulte Lage wieder angenommen hat.

Materialabhängige Orientierung

Orientierungen bilden sich in der Schmelze selber sehr schnell zurück, diesen Vorgang wird  relaxieren genannt und benötigt beim Spritzgießen wenige Sekunden.  Jedoch findet das Abkühlen im Werkzeug sehr schnell statt, dass einige Abschnitte der Orientierung einfrieren. Einfluss auf die Menge der Orientierungen, haben Material, Massetemperatur, Dehn- und Scherströmung, Werkzeugtemperatur, Wanddicke der Spritzlinge und die Einspritzgeschwindigkeit.

Besondere bei Verwendung von teilkristalliner Thermoplaste wird es im Inneres des Formteilquerschnitts  zu einem weiteren Orientierungsmaximum kommen. Der Grund liegt darin, dass teilkristalline Thermoplaste eine sehr starke Volumenkontraktion beim Erstarren/Kristallisationsphase haben, worauf auch der hohen und lange Nachdruckbedarf benötigt wird um hier gegen Halten zu können.

Eine wesentliche geringe Volumenkontraktion haben Amorphe Kunststoffe und benötigen daher normalerweise einen niedrigeren sowie kürzeren Nachdruck. Bei zu langem Nachdruck ist es hier möglich, “unterkühlte” Schmelze durch die Anbindung zu pressen, was zu hohen inneren Spannungen in diesem Bereich führen kann. Ein Nachdrücken bis zum Erreichen des Siegelpunktes kann bei amorphen Kunststoffen erhöhte innere Spannungen und somit Spannungsrissgefahr bedeuten.

Spritzgeschwindigkeits- und Werkzeugtemperaturabhängige Orientierung

Hohe Einspritzgeschwindigkeit bedeutet hohe Zähigkeit und hohe Scherung der Formmasse. Je höher die Scherung bzw. die Füllgeschwindigkeit  ist um so größer ist Orientierung der Fadenmoleküle.

Hohe  Massetemperaturen wirken sich positiv auf das Füllverhalten aus, zum einen verringert sich die Zähigkeit, geringe Zähigkeiten ermöglicht hohe Füllgeschwindigkeit mit geringeren Formteilfehler.

Hohe Massetemperatur in Verbindung mit hoher Werkzeugwandtemperatur kann nach Abschluss des Füllvorganges wieder Rückbildung der Molekülorientierungen bewirken (Relaxation), und damit die negativen Auswirkungen der Orientierungen mindern.

Orientierungen können auch durch langsames Einspritzen verringert werden.

Allerdings ist die bessere Empfehlung laut Spritzguss-Experten, erst die Massetemperatur und Werkzeugwandtemperatur zu erhöhen um hohe Orientierungen zu verringern.

Nachweis von Orientierungen

Orientierung bedeutet Anisotropie der Eigenschaften. In Orientierungsrichtung liegt eine höhere Steifigkeit und Festigkeit, Wärmedehnung und Verarbeitungsschwindung vor.

Quelle: skz.de

Mit Hilfe der Polarisationsoptik kann man bei transparenten Werkstoffen die Orientierungen nachweisen, da orientierte Bereiche doppelbrechend sind.  Eine weitere Möglichkeit ist die Messung der Schrumpfung. Hierbei werden die Formteile bei erhöhter Temperatur gelagert, so dass die Orientierungen relaxieren und zu Deforamtionen führen. Deren Größe ist ein Maß für die eingefrorene Orientierungen.

Werkfoto: Kraus Maffei

Tyco Electronics Ltd. zählt zu den weltweit führenden Anbietern von passiven elektronischen Komponenten, Netzwerklösungen und drahtlosen Systemen. Im Werk Ottobrunn, Deutschland, stellt das Unternehmen unter anderem der Isolation von Kabelverbindungen dienende Schrumpfschläuche her – seit Mitte Juni 2009 mit einer speziell an seinen Anforderungen ausgerichteten Rohrextrusionslinie von KraussMaffei Berstorff.

Bis vor kurzem fertigte Tyco Electronics Schrumpfschläuche auf einer für diesen Zweck selbst entwickelten Anlage. Als jetzt der Ersatz dieser Anlage anstand, vergab das Unternehmen die neue Linie als Gesamtprojekt an KraussMaffei Berstorff. Der seitens Tyco Electronics entwickelte 3-Schicht-Spezialrohrkopf sollte hierbei in die Anlage integriert werden.

Im Juni 2009 ging die von KraussMaffei Berstorff mit Vakuumtank und Sprühbad nach Kundenspezifikation ausgestattete Linie, die aus den Einschneckenextrudern KME 45-36 B/R und KME 60-36 B/R sowie einem Gummiextruder Vac GE 90K x 24D besteht, in Betrieb. Alle entscheidenden Komponenten des Systems inklusive des Gummiextruders wurden in eine C5-Anlagensteuerung integriert.

Die auf der Anlage hergestellten Schläuche bestehen aus einer isolierenden Elastomer-Innenschicht, einer ebenfalls isolierenden wärmeschrumpfenden Mittelschicht sowie einer elektrisch leitenden wärmeschrumpfenden Außenschicht. Im Anschluss an die Extrusion werden die Schläuche vernetzt und radial auf den etwa vierfachen Durchmesser aufgeweitet. Eingesetzt werden die Schrumpfschläuche bei der Isolation von Kabelverbindungen, indem sie über den zu isolierenden Verbindungen platziert und dann erhitzt werden. Unter der Hitzeeinwirkung schrumpfen sie zusammen und ummanteln die Verbindungsstelle perfekt. Alle bei ihrer Produktion verwendeten Werkstoffe sind von Tyco Electronics entwickelte Sondermaterialien. Die in Ottobrunn in Betrieb gegangene Extrusionslinie entspricht dem bei KraussMaffei Berstorff üblichen hohen Qualitätsstandard, so dass das Unternehmen wie von Tyco Electronics gefordert eine Verfügbarkeit von 98 Prozent gewährleisten kann.

www.kraussmaffei.com