Technika tworzyw sztucznych Backhaus: ograniczenie zużycia energii przez wtryskarki
Nazwa firmy Kunststofftechnik Backhaus cieszy się doskonałą renomą w branży motoryzacyjnej oraz innych sektorach, które przywiązują szczególną wagę do jakości, innowacyjności i terminowości dostaw. Po wykupie menedżerskim nowemu właścicielowi, Manfredowi Gante, wraz z 130-osobowym zespołem kierowniczym udało się po dwunastu miesiącach ciężkiej pracy ponownie wprowadzić przedsiębiorstwo – które zostało wyodrębnione ze struktury koncernu – na stabilną ścieżkę rozwoju. Szef firmy konsekwentnie postawił na poprawę technologii energetycznej i procesowej, aby odzyskać niezbędną konkurencyjność.
„Dzięki mojemu wcześniejszemu doświadczeniu jako kierownika zakładu wiedziałem, w jakich obszarach istnieje potencjał optymalizacji. Musieliśmy w jak najkrótszym czasie wykorzystać ten potencjał, aby zapewnić dalsze funkcjonowanie przedsiębiorstwa, a tym samym utrzymanie wielu miejsc pracy. Ponieważ od lat bardzo dobrze znam Wolfganga Oehma, wspólnika zarządzającego firmą „ONI-Wärmetrafo GmbH” z Lindlar, i cenię jego wiedzę na temat przetwórstwa tworzyw sztucznych, zaangażowanie jego zespołu w optymalizację energetyczną i procesową podczas ponownego uruchomienia działalności było dla mnie oczywiste. Musieliśmy postawić sobie ambitny cel i oczekiwaliśmy pozytywnego wyniku!”,
– tak Manfred Gante opisuje swoje motywacje do konsekwentnej reorganizacji przedsiębiorstwa w zakresie efektywności energetycznej i optymalizacji procesów.
Zużycie energii elektrycznej przez wtryskarki stanowi lwią część rachunku za prąd i znaczną część całkowitych kosztów w firmie Backhaus. Znacznie wzrosłe i wciąż rosnące ceny energii stanowią zatem coraz większe obciążenie dla przedsiębiorstwa. Z tego powodu poszukuje się możliwości skutecznego i trwałego obniżenia zużycia energii elektrycznej przez maszyny. Technologia „EtaControl®” zaprezentowana przez firmę ONI okazała się idealnym rozwiązaniem. „Na początku podchodziliśmy do tego rozwiązania technicznego dość sceptycznie. Chcemy wprawdzie zmniejszyć zużycie energii dzięki tej technologii, ale musimy za wszelką cenę zapobiec negatywnym skutkom dla naszego procesu produkcyjnego. Po uzyskaniu odpowiedniej gwarancji od ONI i zapoznaniu się z wynikami oszczędności osiągniętymi u innych przetwórców byliśmy wręcz zmuszeni przeprowadzić przynajmniej test z wykorzystaniem technologii „EtaControl®” – podsumowuje Gante swoje ówczesne obawy. Sercem tej technologii jest kontrolowane zarządzanie przepływem oleju, które automatycznie i zgodnie z zapotrzebowaniem dostosowuje się do zapotrzebowania energetycznego maszyny w trakcie cyklu oraz do danego elementu formowanego. Wstępnie, w trakcie trwającego procesu produkcyjnego, przeprowadza się pomiary mocy na maszynie i tworzy profil wydajności. Dostosowanie mocy w praktyce odbywa się za pomocą inteligentnej, nowo opracowanej przez ONI regulacji częstotliwości, która jest nakładana na istniejący system sterowania wtryskarką.
Regulacja nie ingeruje w istniejący układ sterowania maszyną, lecz działa autonomicznie. Jako parametry regulacyjne wykorzystywane są informacje procesowe, takie jak sygnały z bezpotencjałowych styków dotyczące przebiegu cyklu, prądy zaworów proporcjonalnych oraz analogowe sygnały pomp z maszyny.
Istotną zaletą tej technologii, oprócz znacznych oszczędności energii, jest to, że wydajność wtryskarki nie jest ograniczona, a więc pozostaje zachowana w 100 procentach! Za pomocą przełącznika kluczykowego można łatwo włączyć lub wyłączyć funkcję dostosowania mocy „Eta-Control®”, zachowując parametry maszyny i czasy cyklu.
Do testów wybrano maszynę pilotażową o sile zamykania 660 MP i mocy napędowej 75 kilowatów. Zgodnie z pomiarami wydajności przeprowadzonymi przed modernizacją, proces produkcyjny wymagał efektywnie około 41 kilowatów. Po modernizacji i wyposażeniu w technologię „EtaControl®” ten sam proces produkcyjny, przy zachowaniu wszystkich parametrów maszyny, wymagał już tylko około 23 kW. Osiągnięta redukcja mocy o 18 kW była niezwykle imponującym wynikiem.
Biorąc pod uwagę zaledwie 4800 godzin produkcji rocznie, daje to roczną oszczędność energii elektrycznej wynoszącą 86 400 kilowatogodzin. Ponadto odciążone zostają system chłodzenia maszyn i stacja transformatorowa, zmniejsza się zużycie szczytowe, a moce przyłączeniowe zostają uwolnione na potrzeby rozbudowy produkcji. W ten sposób pojedyncze działanie mające na celu zmniejszenie zużycia energii wywołuje od razu kilka skutków ubocznych, które pozytywnie wpływają na ogólny bilans energetyczny.
„Chociaż na podstawie prezentacji projektu przeprowadzonej przez specjalistów z ONI mieliśmy pewne oczekiwania, wynik optymalizacji maszyn w instalacji pilotażowej był dla nas oszałamiający. Po tym doskonałym wyniku zleciliśmy modernizację maszyn zaproponowanych przez ONI i dzięki temu udało nam się obniżyć zużycie energii elektrycznej przez te maszyny o około 40 procent. Szczególnie cieszy fakt, że koszty optymalizacji maszyn zwrócą się w ciągu około 1,3 roku dzięki oszczędnościom osiągniętym we wszystkich obszarach”, podsumowuje Manfred Gante w odniesieniu do zastosowania technologii „EtaControl®”.
W produkcji form wtryskowych jakość, stabilność procesu i wielkość partii zależą w znacznym stopniu od systemu regulacji temperatury formy. Chociaż nie jest to nowa wiedza, wyniki, jakie można osiągnąć dzięki systemowi regulacji temperatury dostosowanemu do konkretnego produktu, są często pomijane ze względu na brak możliwości porównania. Manfred Gante szybko dostrzegł natomiast zalety dynamicznego systemu regulacji temperatury formy „Rhytemper®”.
W firmie Backhaus produkuje się wysokiej jakości elementy z tworzyw sztucznych dla różnych gałęzi przemysłu. Jakość produktów i koszty jednostkowe są, jak wszędzie, decydującymi czynnikami, jeśli chodzi o utrzymanie klientów i konkurencyjność. W przypadku niektórych produktów okazało się, że przy użyciu konwencjonalnej technologii regulacji temperatury trudno było osiągnąć wymaganą jakość produktu, a niezbędne krótkie czasy cyklu były absolutnie niemożliwe do zrealizowania.
Konsekwencją tego byłaby utrata znacznej części zamówień lub poniesienie poważnych strat finansowych, co w obu przypadkach spowodowałoby poważne problemy dla przedsiębiorstwa. Problem ten należało skutecznie rozwiązać, dlatego postawiono na dynamicznie działający system temperowania „Rhytemper®” firmy ONI.
Aby uzyskać obiektywne porównanie między tradycyjną technologią regulacji temperatury a systemami dynamicznymi, należało stworzyć porównywalne warunki. W związku z tym z góry zoptymalizowano procesy operacyjne i produkcyjne oraz wykorzystano wszystkie możliwości tradycyjnej technologii regulacji temperatury. Dopiero po wdrożeniu tej optymalizacji i uzyskaniu wyników dotyczących jakości, stabilności procesu i czasu cyklu kontynuowano produkcję z wykorzystaniem technologii „Rhytemper®”. Wyniki w tym zakresie były bardzo przekonujące. Udało się skrócić czasy cyklu o 10–22 procent, znacznie zmniejszyć zużycie energii i odczuwalnie obniżyć wskaźnik braków. Dodatkową zaletą po zainstalowaniu „Rhytemper®” było zauważalne zmniejszenie obciążenia obiegu chłodzenia narzędzi.
„Z doświadczenia wiemy, że nowoczesna technologia maszynowa w połączeniu z innowacyjnym projektowaniem narzędzi i wysokiej jakości narzędziami wymaga systemowej regulacji temperatury narzędzi. Tylko wtedy, gdy wszystkie elementy uczestniczące w procesie podstawowym działają optymalnie, można zapewnić ciągłą produkcję najwyższej jakości wyrobów przy możliwie najniższym zużyciu energii. Z tego powodu konsekwentnie wdrożyliśmy technologię „Rhytemper®”, wykorzystujemy jej zalety w najlepszy możliwy sposób, nieco poprawiliśmy jakość naszych produktów, a przede wszystkim ponownie opanowaliśmy koszty jednostkowe”, wyjaśnia Gante, dzieląc się swoim doświadczeniem z nowoczesnymi systemami termoregulacji ONI.
Woda chłodząca do form wtryskowych, utrzymywana przez cały rok w stałej temperaturze zasilania wynoszącej dwanaście stopni Celsjusza, była dotychczas wytwarzana za pomocą agregatów chłodniczych. Agregaty chłodnicze są jednak energochłonne i powodują wysokie zużycie energii elektrycznej, a co za tym idzie – wysokie rachunki za prąd. W firmie Backhaus koncepcja ONI przewiduje zasilanie energią chłodniczą za pomocą agregatów chłodniczych wyłącznie w ciepłych miesiącach letnich i w okresie przejściowym. Przez około 65 procent godzin produkcyjnych rezygnuje się z użycia agregatów chłodniczych. W okresie przejściowym i zimowym za dostarczanie energii chłodniczej do obiegu narzędziowego o mocy ponad 500 kilowatów odpowiada tak zwane odciążenie zimowe. W tej technologii istniejące chłodnice swobodne zastępują agregaty chłodnicze całkowicie lub częściowo, w zależności od temperatury powietrza zewnętrznego, a zużycie energii zmniejsza się przy tym do około dwóch do trzech procent dotychczasowej wartości zużycia.
Zamiast gazu ziemnego lub oleju opałowego firma Backhaus wykorzystuje do ogrzewania bezpłatne ciepło odpadowe z chłodzenia oleju w wtryskarkach. Temperatura 35 stopni Celsjusza w powrocie obiegu chłodzenia idealnie nadaje się do ogrzewania pomieszczeń. W przypadku firmy Backhaus mowa jest tu o około 1000 kilowatów mocy ciepła odpadowego. Tak długo, jak dostępne jest ciepło odpadowe z maszyn, ogrzewanie jest bezpłatne.
Jedynie przez kilka godzin w roku, kiedy to z powodu prac konserwacyjnych trzeba wyłączyć park maszynowy, ogrzewanie zapewnia system konwencjonalny. »Dzięki tej koncepcji ogrzewania firmy ONI udało nam się obniżyć dotychczasowe koszty energii grzewczej o około 90 procent. Biorąc pod uwagę przewidywane dalsze wzrosty cen energii, nie da się przecenić znaczenia tej technologii” – podsumowuje Manfred Gante.
„W sytuacji, w której się znaleźliśmy, mieliśmy ogromne szczęście, że mieliśmy u boku takiego partnera jak ONI. Nie chcieli nam po prostu czegoś sprzedać. Zespół skupiony wokół Wolfganga Oehma wspierał nas i doradzał w najróżniejszych obszarach, nawet jeśli nie było nic do sprzedania… to właśnie rozumiemy pod pojęciem partnerskiej współpracy. Dzięki koncepcji energetycznej wdrożonej przez ONI udało nam się ponownie opanować koszty energii i znacznie poprawić naszą konkurencyjność. To, że dodatkowo wnosimy istotny wkład w ochronę środowiska, jest przyjemnym i miłym efektem ubocznym, z którego wszyscy czerpiemy korzyści”, podsumowuje Manfred Gante swoje doświadczenia zrealizowane podczas wdrażania projektu z ONI.
