ZKW inwestuje, aby oszczędzać
Strategiczne planowanie
oszczędności energii – rzucanie światła na ciemność to podstawowa kompetencja austriackiej firmy ZKW. Ten specjalista w dziedzinie złożonych systemów oświetleniowych dla przemysłu motoryzacyjnego planuje dalszy wzrost zarówno pod względem jakościowym, jak i ilościowym – dzięki najnowocześniejszej technologii formowania wtryskowego oraz konsekwentnej strategii obniżania kosztów energii.
Na pierwszy rzut oka wąska gama produktów, ale o niezwykłej głębi – to właśnie ta, najwyraźniej skuteczna, koncepcja firmy ZKW. Konsekwentne skupienie się na rozwoju i produkcji innowacyjnych i złożonych systemów oświetleniowych dla rynku samochodów osobowych, ciężarowych i motocykli doprowadziło do wysokiego udziału w rynku, zwłaszcza w segmencie premium. ZKW wyraźnie korzysta również z tendencji do indywidualizacji systemów oświetleniowych w produkcji pojazdów oraz z ich coraz częstszego wykorzystania jako elementów stylistycznych. Ponadto tworzywa sztuczne coraz częściej zastępują elementy metalowe. Ponieważ ZKW stosuje technologię naparowywania we własnym zakresie, dysponuje również know-how w zakresie uszlachetniania powierzchni obu grup materiałów.
Rozwój rynku w połączeniu z bogatym know-how w zakresie produkcji, najnowocześniejszymi zakładami produkcyjnymi oraz innowacyjnymi pomysłami produktowymi przyczyniły się do znacznie ponadprzeciętnego wzrostu firmy w ciągu ostatnich dziesięciu lat. Co prawda w latach 2008 i 2009 firma ZKW również odnotowała znaczny spadek koniunktury, jednak nie wpłynęło to negatywnie na realizację strategii. ZKW wykorzystało tę przerwę na podjęcie różnych działań mających na celu dalszy wzrost wydajności, na przykład na opracowanie i wdrożenie zupełnie nowej koncepcji energetycznej we współpracy ze specjalistą ds. oszczędzania energii, firmą Oni, oraz na dalszą optymalizację technologii formowania wtryskowego we współpracy z dostawcą maszyn, firmą Engel.
W siedzibie głównej w Wieselburgu, położonej między Linzem a Wiedniem, firma eksploatuje około 110 wtryskarek o sile zamykania od 2500 do 11 000 kN, z czego większość należy do klasy wielkości od 6500 do 9000 kN. Szczególną cechą są maszyny typu Wideplate o sile zamykania 11 000 kN, które są jednak wyposażone w płyty i osprzęt o rozmiarach maszyn o sile zamykania 17 000 kN. Zdecydowana większość maszyn pochodzi od firmy Engel – ponad 70 znajduje się w Wieselburgu, a ponad 30 w zakładzie ZKW na Słowacji.
Produkcja opiera się na nowoczesnej technologii formowania wtryskowego
Energochłonny obszar produkcji, jakim jest technika formowania wtryskowego, był i pozostaje idealnym punktem wyjścia dla nowej, rozwijanej koncepcji obniżenia zużycia energii w całym przedsiębiorstwie: z jednej strony park maszynowy charakteryzuje się korzystnym bilansem energetycznym dzięki nowoczesnej technologii napędów i sterowania. Z drugiej strony w zakresie wytwarzania energii chłodniczej na potrzeby produkcji zidentyfikowano i z powodzeniem wykorzystano potencjał oszczędności energii w kilku obszarach. Niezbędne chłodzenie zostało rozwiązane w sposób szczególnie energooszczędny, a ciepło powstające w układach hydraulicznych i chłodniczych jest optymalnie wykorzystywane. Firma ZKW ma doświadczenie w stosowaniu różnych technologii Oni już od 2000 roku. Tylko w ten sposób przedsiębiorstwu udało się na przykład utrzymać stałe zużycie gazu do ogrzewania hal i budynków administracyjnych pomimo ogromnego wzrostu w ciągu dziesięciu lat. Kolejna rozbudowa i budowa nowego budynku administracyjnego stały się ostatecznie impulsem do przejścia na kolejny poziom oszczędzania energii.
Rozsądne wykorzystanie wszystkich zasobów energii
Do tej pory wykorzystywano jedynie energię obwodów hydraulicznych do zasilania niskotemperaturowych systemów ogrzewania hal za pośrednictwem wymienników ciepła. Obecnie dodatkowo ciepło odpadowe, powstające podczas wytwarzania wody chłodzącej do chłodzenia narzędzi za pomocą agregatów chłodniczych, nie jest kosztownie utylizowane, lecz racjonalnie wykorzystywane. Temperatury zasilania wynoszą 16 °C dla chłodzenia narzędzi (przy 20 °C na powrocie) oraz 35 °C dla hydrauliki przy 42 °C na powrocie. Wysokie temperatury chłodzenia hydraulicznego są możliwe do utrzymania, ponieważ wszystkie maszyny Engel stosowane przez ZKW zostały fabrycznie wyposażone w tzw. chłodnice tropikalne. W normalnych warunkach otoczenia wystarczają bezglikolowe, pracujące na biegu jałowym chłodnice swobodne, aby bezpiecznie zaopatrywać maszyny w wodę chłodzącą. Energochłonne sprężarkowe systemy chłodzenia nie są konieczne nawet przy wysokich temperaturach zewnętrznych. Nie są również potrzebne instalacje podwyższające ciśnienie przy maszynach.
Oprócz układów chłodzenia hydraulicznego i narzędzi wtryskarek, w przedsiębiorstwie „wykorzystuje się” również inne źródła ciepła: do wytwarzania sprężonego powietrza stosuje się sprężarki z chłodnicami olejowymi, których nadwyżka energii jest wykorzystywana. To samo dotyczy chłodzonych wodą agregatów chłodniczych klimatyzacji.
- W zakresie temperatur 35–42 °C zainstalowano chłodziarki swobodne o łącznej mocy chłodniczej wynoszącej około 3020 kW, których eksploatacja jest bardzo ekonomiczna. Obecnie w dziale formowania wtryskowego zużywa się z tego 1260 kW na chłodzenie układu hydraulicznego oraz 1120 kW na chłodzenie agregatów chłodniczych. Pozostała część jest potrzebna do chłodzenia powrotnego instalacji klimatyzacyjno-chłodniczej. Dodatkowe 1000 kW rezerwy można aktywować poprzez wykorzystanie wody studziennej.
- Do chłodzenia form i kilku innych odbiorników w obiegu 16/20 °C dostępna jest moc chłodnicza 1010 kW zapewniana przez agregaty chłodnicze chłodzone powietrzem i wodą z odciążeniem zimowym za pomocą chłodnic swobodnych.
- Woda lodowa o temperaturze w zakresie 6–12 °C, przeznaczona do systemów klimatyzacji i wentylacji oraz jako rezerwa do chłodzenia narzędzi, jest wytwarzana przez agregaty chłodnicze o mocy do 2000 kW.
- Ponadto obieg o temperaturze 50/70 °C o mocy 365 kW służy do odzyskiwania ciepła z produkcji sprężonego powietrza.
Te dane dotyczące wydajności zapewniają spory margines na zastosowanie skutecznych systemów odzyskiwania ciepła: dla biur i hal, a także dla lakierni udostępniono łącznie 2380 kW mocy w postaci systemów ogrzewania z recyrkulacją powietrza. Przy zysku energii wynoszącym około 5200 MWh, lub – przy kalkulacyjnej cenie 50 euro za megawatogodzinę – odpowiada to około 260 000 euro rocznie. Do tego dochodzi odzysk z obiegu wody grzewczej wynoszący około 650 MWh, czyli 33 000 euro rocznie.Do oszczędności wynikających z odzysku ciepła dochodzą znaczne oszczędności energii wynikające z zastosowania chłodnic swobodnych w celu odciążenia systemu w zimie. W szerokim zakresie temperatur można zrezygnować z użycia agregatów chłodniczych.
Ekonomiczna klimatyzacja jednego hektara powierzchni biurowej
Trzy budynki biurowe o łącznej powierzchni użytkowej około 10 000 m² zostały zbudowane zgodnie z najnowocześniejszymi standardami budowlanymi i są klimatyzowane przy wykorzystaniu wody gruntowej (wykorzystanie chłodu ziemi). W zimie system klimatyzacji wymaga mocy grzewczej 400 kW do wstępnego ogrzewania powietrza. Zapotrzebowanie to jest zaspokajane przede wszystkim przez ciepło odpadowe z produkcji, a tylko w sytuacjach awaryjnych przez pompę ciepła wykorzystującą wodę gruntową. Ponadto dostępny jest awaryjny system ogrzewania zasilany gazem, który jest również przeznaczony do użytku w okresach bez produkcji, jednak do tej pory nie był jeszcze potrzebny. Ponieważ zapotrzebowanie na ciepło grzewcze, wynikające z dynamicznego rozwoju przedsiębiorstwa, jest wyższe niż ilość ciepła odpadowego z maszyn, do pokrycia zapotrzebowania wykorzystuje się pompę ciepła chłodzoną wodą. W konkretnym przypadku ciepło odpadowe jest wykorzystywane do celów grzewczych, a wytworzona energia chłodnicza jest udostępniana obiegowi chłodzenia narzędzi. Przy takim trybie pracy inwestycja w pompę ciepła zwraca się w ciągu około 18 miesięcy. Szczególnie sprytny efekt uboczny: pompa w połączeniu z chłodnicami swobodnymi może być również wykorzystywana jako zwykła „maszyna chłodnicza” – co stanowi ekonomiczne rozwiązanie rezerwowe do chłodzenia narzędzi, gdy w biurach nie ma zapotrzebowania na ciepło.
Sekretem sukcesu jest – oprócz zintegrowanej koncepcji całościowej – sterowanie systemem. Określenie właściwych punktów przełączania między różnorodnymi opcjami oraz zapewnienie dopływu świeżego powietrza wymaga sporego doświadczenia. Zaawansowana wizualizacja całej instalacji umożliwia stały monitoring z centralnego stanowiska pracy. W przypadku komunikatów o błędach można tu bardzo szybko ustalić, gdzie należy podjąć działania. Uderzające jest to, że podczas wizyty w halach ZKW w połowie grudnia 2011 r. typowy zapach tworzyw sztucznych jest prawie niewyczuwalny. Najwyraźniej wentylacja działa bardzo dobrze pomimo wysiłków na rzecz oszczędzania energii.
Obecnie firma ZKW ponownie inwestuje w park maszynowy. Pod koniec 2011 i na początku 2012 roku uruchomiono „instalację bliźniaczą” – dwie duże maszyny typu Engel Duo 7050/1100 WPX, z których każda wyposażona jest w robota liniowego typu Viper 60 oraz zmieniacz narzędzi Famox 25/2 z wielokrotnym sprzęgłem, oba również firmy Engel. Skrót typu WPX w nazwie maszyny oznacza wersję Wideplate: maszyny te odpowiadają pod względem danych technicznych wersji seryjnej maszyny o sile 11 000 kN, jednak przestrzeń montażowa odpowiada mniej więcej wersji o sile 17 000 kN.
Po raz pierwszy w tej instalacji zmieniacz narzędzi obsługuje dwie duże maszyny firmy Engel. Akronim Famox oznacza program: Fast Mold Exchange. Dzięki tej technologii firma ZKW chce skrócić czas przezbrajania narzędzi o masie do 23 ton ze średnio 2,5 godziny do około 6 minut. Powinno to bardzo sprzyjać rozwojowi kluczowego segmentu działalności ZKW: firma koncentruje się tutaj na małych i średnich seriach systemów oświetleniowych w raczej drogim segmencie samochodów, które są coraz bardziej indywidualizowane i w związku z tym wymagają częstych zmian konfiguracji. Zazwyczaj ZKW dokonuje przezbrojenia maszyn tej wielkości około trzy razy w tygodniu. Potencjał oszczędnościowy można łatwo obliczyć. Ponadto urządzenie do wymiany form znacznie zwiększa bezpieczeństwo przezbrojenia, ponieważ pewne problemy i ryzyka, takie jak uszkodzenia form, nie mogą w ogóle wystąpić.
Podobnie jak roboty, stół zmienny jest zintegrowany z filozofią obsługi wtryskarki. Wykorzystuje się tu logikę obsługi, wizualizację oraz ergonomię sterownika CC 200. Wszystkie parametry narzędzia i maszyny są przesyłane bez zewnętrznych interfejsów między maszyną a systemem wymiany narzędzi. Graficzną prezentację zmieniacza narzędzi można wyświetlić zarówno na samym stole, jak i na maszynie. Ponadto dwa dodatkowe aspekty mają przyczynić się do wysokich prędkości przezbrajania: zintegrowana stacja podgrzewania narzędzi oraz znormalizowane złącze wielofunkcyjne dla przewodów mediów, które zostało tutaj zastosowane po raz pierwszy. Zamiast napędów łańcuchowych, jak to zwykle bywa w innych systemach, system Famox wykorzystuje opatentowane napędy bezpośrednie z rolkami. Każda rolka posiada tutaj własny silnik elektryczny, co ma zapewnić wyjątkową wytrzymałość. Automatyczny system wymiany narzędzi został zaprojektowany dla narzędzi o masie do 25 ton; według producenta trwają prace nad wersją mniejszą i większą.
Ponadto maszyny są wyposażone w systemy temperowania ONI-Rhytemper, które skracają czasy cyklu, zapewniając jednocześnie jakość elementów reflektorów o wysokich wymaganiach wizualnych. Nowe narzędzia są specjalnie projektowane pod kątem zastosowania tej technologii temperowania. Dzięki tej instalacji firma ZKW będzie w stanie znacznie poprawić wydajność wtrysku wielkogabarytowych, wymagających pod względem optycznym i technicznym części w jednym etapie.
Prognozy się potwierdziły
Oszczędzanie energii bez utraty wydajności – tak można podsumować strategię inwestycyjną firmy ZKW: w ostatnich latach uruchomiono wyłącznie wtryskarki i systemy peryferyjne, które z jednej strony charakteryzują się wyjątkową energooszczędnością, a z drugiej zapewniają precyzję i stałą jakość niezbędną do produkcji zaawansowanego technologicznie produktu podstawowego, jakim jest technika oświetleniowa. Dzięki najnowszej „instalacji bliźniaczej”, składającej się z dwóch dużych maszyn Engel z centralnym systemem wymiany narzędzi, obecnie realizowany jest kolejny skok w zakresie wydajności i elastyczności poprzez znaczne skrócenie czasów przezbrojenia. Pomimo nowoczesnych maszyn technologia formowania wtryskowego nieuchronnie generuje duże ilości ciepła odpadowego – które można sensownie wykorzystać. Dzięki częściowo zaskakująco krótkim okresom amortyzacji instalacje odzysku ciepła trwale obniżają koszty produkcji. Jednak w większości przypadków nie wystarczy zastosowanie prostych wymienników ciepła; konieczne są spójne koncepcje i mechanizmy sterowania, które podnoszą cały system na atrakcyjny poziom wydajności. Obejmuje to również szczegóły, takie jak sprytne wykorzystanie „chłodzenia tropikalnego” maszyn Engel w kraju alpejskim.
Jak pokazują dotychczasowe wyniki, po około 1,5 roku rzeczywistej eksploatacji potwierdziły się prognozy zawarte w planach ONI. W związku z tym podobne technologie wdrożono również w zakładzie ZKW w Chinach. Tutaj przewiduje się dłuższy, ale nadal bardzo interesujący okres zwrotu z inwestycji, wynoszący około 3,5 roku.
