ZKW 通过投资实现节支

战略性规划节能
照亮黑暗——这是奥地利企业ZKW的核心竞争力。这家专注于汽车制造领域复杂照明系统的专家,正通过最先进的注塑技术以及一套系统性的降低能源成本策略,规划未来在质量和规模上的持续增长。

ZKW的成功之道在于:产品线乍看之下虽窄,却拥有非凡的深度。公司始终专注于为乘用车、卡车和摩托车市场开发和生产创新且复杂的照明系统,这使其在高端细分市场取得了极高的市场渗透率。 ZKW 也明显受益于汽车制造中照明系统个性化趋势,以及照明系统作为设计元素的日益普及。此外,塑料正越来越多地取代金属部件。由于 ZKW 拥有自主的镀膜技术,因此也掌握了这两种材料表面处理的专业知识。

市场的发展,加之深厚的制造专业知识、最先进的生产设备以及创新的产品理念,共同推动了公司过去十年的增长远超行业平均水平。尽管ZKW在2008年和2009年也遭遇了大幅下滑,但这并未动摇其战略方向。 ZKW利用这段喘息期采取了多项措施以进一步提高效率,例如与节能专家Oni合作制定并实施了一套全新的能源方案,并与设备供应商Engel共同进一步优化注塑技术。

在位于林茨和维也纳之间的威塞尔堡总部,该公司运营着约110台锁模力在2500至11000千牛之间的注塑机,其中大部分属于6500至9000千牛的规格范围。 其中,闭合力为11,000 kN的宽板机具有独特之处,它们虽采用11,000 kN级别的闭合力,却配备了17,000 kN级别的机板尺寸和外围设备。绝大多数机器来自Engel,其中维塞尔堡有70多台,斯洛伐克的ZKW工厂有30多台。

现代注塑技术主导着生产

作为高能耗领域的注塑技术,一直是推动全公司降低能耗这一新理念的理想切入点:一方面,得益于现代驱动和控制技术,现有设备群展现出了良好的能耗表现;另一方面,在生产所需的制冷能源生成方面,我们已从多个方向识别出节能潜力并成功加以利用。 必要的冷却系统采用了特别节能的解决方案,液压和冷却回路中产生的热量也得到了最佳利用。自2000年以来,ZKW在各种Oni技术方面积累了丰富的经验。正因如此,尽管公司经历了十年的巨大增长,但仍成功地将厂房和行政办公区的供暖燃气消耗量保持在稳定水平。 最终,行政办公区的扩建与新建项目成为推动公司迈向节能新阶段的契机。

合理利用全部能源

此前,仅利用液压回路的能量通过热交换器为低温厂房供暖系统供热。如今,制冷机在为模具冷却制备冷却水时产生的余热,不再被高成本地废弃,而是得到了合理利用。 模具冷却的供回水温度分别为16 °C(回水20 °C),液压系统的供回水温度分别为35 °C和42 °C。液压冷却系统能够承受较高温度,是因为ZKW使用的所有恩格尔(Engel)机器出厂时均配备了所谓的热带冷却器。 在正常环境条件下,无乙二醇的空转自然冷却器足以安全地为机器提供冷却水。即使在室外温度较高时,也无需使用能耗巨大的压缩机冷却系统。机器上也不需要增压装置。

除了注塑机的液压和模具冷却系统外,公司还“利用”了其他热源:用于产生压缩空气的压缩机配备了油冷却器,其多余的能量被加以利用。空调系统中的水冷式制冷机也是如此。

由于各种技术和循环系统的相互衔接,整个能源技术体系的效率尤为突出。总体而言,该公司的业绩数据令人印象深刻:

  • 在35/42 °C温度范围内,已安装了制冷量约为3020 kW的自然冷却器,其运行成本非常低廉。目前,在注塑成型区域,其中1260 kW用于液压冷却,1120 kW用于制冷机的冷却。剩余部分则用于空调制冷系统的回水冷却。 此外,还可通过利用井水激活额外的1000 kW备用制冷量。
  • 针对模具冷却及16/20 °C循环中的其他部分负荷,通过风冷和水冷制冷机提供1010 kW制冷量,冬季则通过自然冷却器进行负荷分流。
  • 用于空调和通风系统的6/12 °C冷水,以及作为工具冷却的备用冷水,由制冷机组以高达2000 kW的制冷量进行生产。
  • 此外,还利用一个365 kW、温度为50/70 °C的循环系统,从压缩空气生产过程中回收热量。

这些性能数据为高效的热回收系统提供了充足的空间:通过循环供暖系统,为办公室、厂房以及喷漆车间共提供了2380千瓦的供热能力。 这相当于每年可回收约5200 MWh的能源,或者——按每兆瓦时50欧元的计算成本——约26万欧元。此外,供暖水循环中的热回收量约为650 MWh,即每年3.3万欧元。除了热回收带来的成本节约外,使用自然冷却器缓解冬季负荷还带来了可观的节能效益。在较宽的温度范围内,可以无需使用制冷机组。

以经济实惠的方式为一公顷办公空间提供空调

这三栋办公楼总建筑面积约10,000平方米,符合最先进的建筑标准,并利用地下水(地源热泵)进行空调调节。 冬季,空调系统需要400千瓦的供热能力用于空气预热。该需求主要由生产过程中的余热提供,仅在紧急情况下才由地下水热泵补充。此外,还配备了一套燃气应急供暖系统,该系统也计划在非生产时段使用,但迄今为止尚未启用。 由于企业动态发展导致供暖需求高于机器产生的余热量,因此采用水冷式热泵来满足需求。具体而言,余热用于供暖,而产生的制冷能量则提供给模具冷却回路。 采用这种运行方式,热泵的投资回收期约为18个月。一个特别巧妙的附带效果是:该热泵可与自然冷却器配合使用,作为纯粹的“制冷机”——当办公室无需供暖时,这便为模具冷却提供了一种经济高效的冗余措施。

成功的秘诀之一——除了整体集成方案外——在于系统的控制。要确定多种选项之间的正确切换点并确保新鲜空气的供应,需要一定的经验。通过整个系统的精细可视化界面,可以从中央控制台进行持续监控。 一旦出现故障提示,可迅速确定需要干预的位置。值得注意的是,2011年12月中旬参观ZKW厂房时,几乎闻不到典型的塑料气味。显然,尽管采取了节能措施,通风系统仍运行良好。

大型设备可在数分钟内完成改装

目前,ZKW再次对机械技术进行了投资。2011年底至2012年初,公司建成了一个“双机系统”——两台Engel Duo 7050/1100 WPX型大型注塑机,每台均配备一台Viper 60型直线机器人和一台带多联接器的Famox 25/2型换模装置,这两者同样来自Engel。 设备型号中的“WPX”代表宽板(Wideplate)版本:虽然这些机器的技术参数与11,000 kN级标准机型一致,但其安装空间却相当于17,000 kN级版本。

在此安装中,首次有一台换模装置同时服务于两台恩格尔(Engel)大型注塑机。其中,Famox这一缩写代表“快速换模(Fast Mold Exchange)”项目。ZKW希望借助这项技术,将重达23吨的模具的平均换模时间从2.5小时缩短至约6分钟。 这将极大促进 ZKW 成功核心业务板块的发展:该部门专注于面向高端汽车细分市场的中小批量照明系统生产,这些产品正日益个性化,因此需要频繁的模具更换。 通常情况下,ZKW每周需对该规模的设备进行约三次换模。其潜在的成本节约空间不言而喻。此外,该换模装置还显著提高了换模的安全性,因为某些问题和风险(如模具损坏)根本不会发生。

与机器人一样,换模台也融入了注塑机的操作理念之中。这里采用了CC 200控制系统的操作逻辑、可视化界面和人体工学设计。 所有模具和机器参数均在机器与模具更换系统之间无须外部接口即可传输。模具更换器的图形界面既可在工作台上,也可在机器上调用。此外,还有两个方面有助于实现高换模速度:集成的模具预热站以及用于介质管路的标准化多路接头,后者在此首次实现。 与其他系统通常采用的链条传动不同,Famox系统采用专利的滚轮直接驱动技术。该系统中每个滚轮均配备独立的电动机,从而确保了极高的坚固性。该自动换模系统设计用于重量不超过25吨的模具,据制造商称,更小和更大的版本正在筹备中。

此外,这些机器还配备了 ONI-Rhytemper 温控系统,该系统不仅缩短了循环时间,同时确保了对外观要求极高的前照灯部件的质量。新模具在设计上专门针对该温控技术的应用进行了优化。 借助该设备,ZKW将能够显著提高大体积、外观和技术要求极高的零件的一步注塑效率。

预测得到证实

在不牺牲性能的前提下节约能源,这可以概括为ZKW的投资战略:近年来投入使用的注塑机及周边设备,一方面具有极高的能效,另一方面又能为技术要求极高的核心产品——照明技术——提供精准且稳定的生产保障。 凭借由两台配备中央换模系统的恩格尔大型注塑机组成的最新“双机系统”,通过大幅缩短换模时间,公司目前正在实现效率和灵活性上的又一次飞跃。尽管采用了现代化设备,注塑工艺仍不可避免地会产生大量余热——而这些余热可以得到有效利用。 热回收系统在部分情况下具有惊人的短回收期,能够持续降低生产成本。 然而,在大多数情况下,仅使用简单的热交换器是不够的,还需要完善的方案和控制机制,将整个系统提升到令人满意的效率水平。这还包括诸如在阿尔卑斯山区巧妙利用恩格尔机器的“热带冷却”功能等细节。

经过约1.5年的实际运行,迄今为止的结果证实了ONI规划中的预测值。因此,类似的技术也在ZKW的中国工厂得以实施。预计该项目的投资回收期虽稍长,但仍非常可观,约为3.5年。

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