Entwicklung, Durchführung und Bewertung einer Methodik der Energieeffizienzmessung für eine vollhydraulische Spritzgießmaschine in der Kunststoffindustrie

Vormoor, Niels; Weber, R.

In der Dissertation wird eine automatische Energieeffizienzmessung an einer vollhydraulischen Arburg Kunststoff-Spritzgießmaschine beschrieben. Mit der Aufstellung einer Raumbilanz wird ein Produktionsprozess energietechnisch in seine Bilanzkomponenten von den Eingangs- zu den Ausgangsgrößen erfasst und durch das Spezifizieren zweier formbestimmender Teilprozesse werden Energieströme erkannt, die bisher in der Forschung so noch nicht ausführlich analysiert wurden. Durch diese daraus entstehenden Prozessbilanzen lassen sich die Energiewerte der Raumbilanzen auf den eigentlichen Antrieb der Spritzgießmaschine zurückführen. Die Analyse der formbestimmenden Prozesse Einspritzen und Plastifizieren folgt in Form von Energieströmen. Diese werden über die Komponenten der elektrischen Antriebsarbeit, über die Förderarbeit und Wärmearbeit der Regel- und Haltepumpe bis zu den Leckölwärmeströmen (ebenfalls in Form von Arbeit) analysiert. Es wird außerdem die Gewinnung von möglichen Einsparpotentialen untersucht: Die Isolierung der Heizung, die Verwendung zwei verschiedener Öle von unterschiedlichen Herstellern, von denen eine Energieeinsparung versprochen wird. Außerdem wird auch eine Änderung verschiedener Maschineneinstellungen ausführlich untersucht. Es stellt sich heraus, dass die Isolierung der Heizung eine Veränderung in der Raumbilanz hervorruft. Die elektrische Leistung sinkt bei dieser Maschine um 10% (ausgehend von der Heizleistung selbst) und die Raumlüftungsleistung an der Bilanzausgangsseite sinkt ebenfalls um diesen Betrag. Bei der Verwendung der zwei verschiedenen Öle liefern beide Versuchsreihen ähnliche Ergebnisse. Durch den Einsatz dieser Öle verringert sich die Antriebsleistung, also der gesamte Input, um zwei bis drei Prozent. Die Leistungs- und Arbeitswerte verhalten sich bis 50°C weitgehend stabil. Die Leckölströme sind sogar bei dem Einsatz der neuen Öle um ca. 30% gesunken. Dieses wird anhand einer manuellen Volumenstrommessung bestätigt. Die Veränderung der Leistungsspitzen und der Eingriff in Prozesszeiten bilden den Abschluss der Arbeit im Versuchsteil. Durch die Verringerung der Schließkraft des Werkzeugs auf die Hälfte des Ursprungswertes werden die Leistungsspitzen um ca. 25% gesenkt. Die Ausbringungsmenge der Maschine kann durch eine Verringerung der Kühlzeit um ca. 15% gesteigert werden. Während dieser Versuchsreihen wird eine kontinuierliche Qualitätsüberwachung der produzierenden Teile durchgeführt. Die Maschinenfähigkeitsuntersuchung im letzten Kapitel der Dissertation beschreibt ein Verfahren, die Produkte, welche im Laufe der vorhergehenden Versuche während der Effizienzsteigerung produziert werden, zu prüfen. Der Wert zeigt Maschinenfähigkeit und legt die Standardnormalverteilung als statistische Auswertungsmöglichkeit zu Grunde.

The dissertation describes an automatic energy efficiency measurement of a fully hydraulic Arburg plastic injection molding machine. With the drawing of an energy balance, a production process is recorded from the input to the output variables in terms of energy technology, and by specifying two important subprocesses, energy flows are identified that have not yet been analyzed extensively in research. As a result of these process balances, the energy values of the room balances can be reduced to the actual drive system of the injection molding machine. The analysis of the form particularized processes of injecting and plasticizing is described in the form of energy streams. These are analyzed with the components of the electrical drive work, the transfer work and the heat of the control and holding pump up to the leak oil heat flows (also in the form of work). This splitting up has not been carried out yet in science in this form. The energy balance is closed successfully. However, feasible cost saving potentials are also investigated: The insulation of the heating system, the use of two different oils from different manufacturers, who promise energy saving by using these oils. In addition, a modification of different machine settings is also extensively examined. The results are that the isolation of the heating causes a change in the room energy balance. The electrical power draw for this machine decreases by 10% (keeping the heat requirements of the same level) and the room ventilation output on the balance output also decreases by this amount. When using the two different oils, the two series of experiments give similar results. The use of these oils reduces the drive power and of course the total input, by two to three percent. The performance and operating values are almost stable up to 50°C. The leakage oil flows have decreased by about 30% even with the use of the new oils. This is confirmed by a manual volumetric flow measurement. The change in the power peaks and interference to processing durations completes the work in the experimental part. By reducing the closing force of the tool to the half of the original value, the power peaks are reduced by approximately 25%. The output quantity of the machine can be increased by approx. 15% by reducing the cooling time. During these test series, continuous quality monitoring of the manufacturing parts is carried out. The machine capability study in the last chapter of the dissertation describes a procedure to test the products produced during the improvement of efficiency. The value shows process capability and determines the standard normal distribution as a statistical evaluation option.

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Vormoor, Niels / Weber, R.: Entwicklung, Durchführung und Bewertung einer Methodik der Energieeffizienzmessung für eine vollhydraulische Spritzgießmaschine in der Kunststoffindustrie. 2017.

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