Kosteneffektive Energie-Upgrades kurbeln nachhaltige Fertigung an

Das konstante Brummen der Extruder in Produktionsanlagen erzeugt Tag und Nacht eine riesige Auswahl an Kunststoffprodukten. Hinter dieser scheinbar effizienten Produktion verbirgt sich jedoch eine verborgene Wahrheit: ein massiver Energieverbrauch. Die entscheidende Frage für die Industrie ist, wie sie die Leistung und Qualität aufrechterhalten und gleichzeitig den Energieverbrauch drastisch senken kann, um eine grüne Transformation in Extrusionsprozessen zu erreichen.

Extrusions- und Compoundierprozesse sind unbestreitbar auf energieintensive Geräte angewiesen. Glücklicherweise haben technologische Fortschritte in den letzten Jahren die Energieeffizienz moderner Extrusionslinien erheblich verbessert. Selbst ältere Produktionslinien können nachgerüstet werden, um ihren Energie-Fußabdruck erheblich zu reduzieren.

Eine gründliche Analyse des Extrusionsprozesses zeigt zahlreiche Faktoren auf, die sich auf die Compoundqualität, den Ausstoß und den Energieverbrauch auswirken. Experten bewerten alle Parameter, um maßgeschneiderte Modernisierungslösungen für jedes System zu entwickeln. Jeder Herstellungsprozess und jede Extrusionslinie birgt ein erhebliches Potenzial für Energieeinsparungen und nachhaltigere Abläufe. Bei abgeschlossenen Modernisierungsprojekten liegen die durchschnittlichen Energieeinsparungen zwischen 8 % und 14 %.

Es gibt verschiedene Ansätze zur Optimierung der Energiebilanz von Extrusionssystemen. Allein die Modernisierung der Antriebssysteme kann die Energieausnutzung erheblich verbessern. Darüber hinaus bieten jeder einzelne Produktionsschritt und seine Wechselbeziehungen Energiesparmöglichkeiten. So kann beispielsweise Energie aus dem Pelletierwasser zurückgewonnen und dem Produktionsprozess zum Aufschmelzen des Materials wieder zugeführt werden. Speziell entwickelte Wärmetauscher erleichtern diesen Prozess. Selbst im Extrusionsprozessabschnitt kann die Modifizierung der Zylindererhitzungsmethoden oder der Isolierung den Energieverbrauch optimieren, während die Anpassung der Schneckenkonfigurationen den Energieeintrag reduzieren kann.

Bei der Ermittlung des Verbesserungspotenzials der Energiebilanz berücksichtigen Experten nicht nur den Extruder selbst, sondern auch die Materialhandhabungs-, Zuführ- und Pelletiersysteme. Umfassendes Prozesswissen und das Verständnis der Wechselwirkungen der Komponenten ermöglichen die effektive Identifizierung von Energiesparmöglichkeiten in Extrusions- und Compoundiersystemen.

Die folgenden Ansätze können die Energieeffizienz von Extrusionslinien erheblich steigern:

• Hocheffiziente Motoren: Der Einsatz von Motoren der Klasse IE3 oder höher reduziert die Motorverluste. Während die Anfangsinvestition höher ist, amortisieren sich die langfristigen Energieeinsparungen in der Regel innerhalb weniger Jahre.
• Implementierung von Frequenzumrichtern: Die Anpassung der Motordrehzahl an den tatsächlichen Produktionsbedarf verhindert den Volllastbetrieb, was sich insbesondere in Produktionsumgebungen mit erheblichen Lastschwankungen auszahlt.
• Optimierung des Getriebesystems: Der Austausch von verschlissenen oder ineffizienten Getrieben, Kupplungen und anderen Getriebekomponenten reduziert mechanische Verluste, wobei eine regelmäßige Wartung eine optimale Leistung gewährleistet.

• Moderne Heiztechnologien: Der Ersatz der herkömmlichen Widerstandsheizung durch elektromagnetische Induktion oder Infrarotheizung sorgt für ein schnelleres, gleichmäßigeres Aufheizen mit höherer Energieeffizienz.
• Präzise Temperaturregelung: Die Implementierung von PID-Regelalgorithmen passt die Heizleistung automatisch an Temperaturabweichungen an und verhindert Energieverschwendung durch Über- oder Unterhitzung.
• Verbesserte Isolierung: Die Verwendung fortschrittlicher Isoliermaterialien wie Keramikfaser oder Aerogel für Zylinder und Düsen minimiert den Wärmeverlust.

• Auswahl der Kühlmethode: Die Auswahl geeigneter Kühlmethoden (Luft, Wasser oder Öl) basierend auf den Materialeigenschaften und den Prozessanforderungen verbessert die Effizienz.
• Wasserrecycling: Die Implementierung von Kühlkreisläufen mit Filtration und Desinfektion reduziert den Frischwasserverbrauch erheblich.
• Abwärmenutzung: Die Nutzung der Abwärme des Kühlwassers zur Vorwärmung des Materials oder zur Beheizung der Anlage ermöglicht eine Energiekaskade.

• Optimale Schneckenkonfiguration: Die Auswahl geeigneter Schneckenstrukturen (Einzel-, Doppel- oder Mehrfachschnecke) basierend auf den Material- und Prozessanforderungen erhöht die Effizienz.
• Optimierung der geometrischen Parameter: Die Anpassung von Steigung, Kanal- und Helixwinkel verbessert die Plastifizierungsqualität und reduziert die Schmelztemperatur.
• Energieeffiziente Schnecken: Spezielle Schneckenkonstruktionen reduzieren den Schmelzdruck und den Energieverbrauch.

• Parameteroptimierung: Die systematische Anpassung von Temperatur, Schneckendrehzahl und Abzugsgeschwindigkeit durch experimentelle Designmethoden identifiziert optimale Kombinationen.
• Reduzierung der Anlaufzeit: Die Implementierung von Vorheizsystemen und die Optimierung der Anlaufverfahren minimieren die Energieverschwendung während der Inbetriebnahme der Geräte.
• Abfallreduzierung: Die Verbesserung der Qualitätskontrolle und der Prozessoptimierung verringert den Materialabfall und verbessert die Nutzungsraten.

• Präzisionszuführsysteme: Gravimetrische Dosierer steuern den Materialeintrag präzise auf der Grundlage des tatsächlichen Verbrauchs.
• Energieeffizientes Pelletieren: Die Implementierung von Wasserring- oder luftgekühlten Pelletierverfahren reduziert den Energieverbrauch in dieser kritischen Phase.
• Optimiertes Materialhandling: Pneumatische oder Vakuumsaugsysteme minimieren den Energieverbrauch während des Materialtransports.

• Energieüberwachung: Umfassende Energiemanagementsysteme ermöglichen die Echtzeitüberwachung und -analyse des Energieverbrauchs von Extrusionslinien.
• Datengetriebene Verbesserungen: Analyseergebnisse informieren über gezielte Energiesparmodifikationspläne.
• Schulung der Mitarbeiter: Die Verbesserung des Energiebewusstseins und der Fähigkeiten der Mitarbeiter fördert die gemeinsame Beteiligung an den Einsparungsbemühungen.

Ein Kunststoffhersteller, der eine alternde Einschnecken-Extrusionslinie für die Herstellung von Polyethylen (PE)-Rohren betreibt, sah sich mit erheblichen Energiekosten konfrontiert, die sich auf die Rentabilität auswirkten. Die Bewertung ergab mehrere wichtige Verbesserungsbereiche:

1. Veralteter Antriebsmotor der Klasse IE1
2. Ineffizientes Widerstandsheizsystem
3. Verschlechterte Zylinderisolierung
4. Nicht recyceltes Kühlwasser

Das implementierte Modernisierungsprogramm umfasste:

1. Ersatz durch einen hocheffizienten Motor der Klasse IE3
2. Umstellung auf elektromagnetische Induktionsheizung
3. Installation einer fortschrittlichen Keramikfaserisolierung
4. Implementierung eines Kühlkreislaufs mit Kühltürmen

Die Ergebnisse zeigten:

• 12 % Energieeinsparung pro Tonne hergestellter PE-Rohre
• 8 % Produktivitätssteigerung durch schnelleres Aufheizen
• 90 % Reduzierung des Kühlwasserverbrauchs
• Zwei Jahre Amortisationszeit für die Modernisierungsinvestition

Dieser Fall zeigt, wie eine strategische Energiemodernisierung gleichzeitig die Betriebskosten senken, die Effizienz verbessern und die ökologische Nachhaltigkeit in Extrusionsprozessen steigern kann.