Projektbeschreibung

Inhaltsbeschreibung / Ergebnisse

Zur Kunststoffmesse K`98 präsentierten die Firmen Fischer-W.Müller und Tahara Inc. erstmals Maschinenkonzepte für vollelektrische Blasformmaschinen. Diese Maschinen waren jedoch nur bis zu einer maximalen Schließkraft von 8 kN ausgelegt und deren Antriebe und die installierte Steuerungstechnik war aus Sicht der Forschungspartner ungeeignet, um sie auf Großanlagen mit Schließkräften von 2000 KN und mehr zu übertragen. Die Zielsetzung des Gemeinschaftsforschungsprojektes war daher die Erarbeitung eines grundlegenden Konzeptes für die Beherrschung des Produktionsprozesses für Großblasanlagen mit rein elektrischen Antrieben. Der Schwerpunkt des Projekts bildet die Betrachtung der Schließeinheit dieser Anlagen, welche die Form aufnimmt und entsprechend der verfahrenstechnischen Anforderungen bewegt. Die bis zum Zeitpunkt der Antragstellung montierten Schließeinheiten waren gemäß des damaligen Stands der Technik mit hydraulischen Aggregaten ausgeführt.

Für den Prototyp der vollelektrischen Schließeinheit wurde ein modularer Aufbau vorgesehen. Auf diese Weise konnte der Verfahrantrieb mit verschiedenen Antriebskonzepten (Spindel-, Ketten- und Riemenantrieb) ausgeführt und in Kombination mit dem Schließantrieb getestet werden. Für die Formaufspannplatten wurde in Rahmen des Projektes eine neuartige Konstruktion erarbeitet und getestet. Der Konstruktionsansatz des Kraftriegels enthält dabei eine passive (verriegelnde) und aktive (antreibende) Seite. Alle elektrischen Komponenten wurden in diesem Projekt erstmals mit einer „intelligenten“ Elektronik ausgeführt und über Bussysteme miteinander vernetzt, d.h. für die zeitkritische Kommunikation wurde ein schneller Lichtwellenleiterbus verwendet. Er ermöglicht in Kombinationen mit einem Technologiepaket den Sollwert für die Verfahr- und Schließantriebe mit „elektronischem Getriebe“ und Synchronisierfunktionen, getrennt für jeden Motor, zu verarbeiten, und hierüber den Gleichlauf der verschiedenen Antriebe zu erreichen.  Diese neue Antriebs- und Steuerungstechnologie wurde in diesem Projekt für die Hersteller von Blasformmaschinen erstmals mit Erfolg getestet und anschließend auch zum Patent angemeldet (Patent: EP000001233858).

Resümee des Projekts ist, dass es prinzipiell möglich ist, Schließgestelle von Großblasformanlagen vollelektrisch anzutreiben. Gegenüber hydraulischen Anlagen bieten sich einige Vorteile:

Der Betriebspunkt ist stabiler. Die Messungen belegen, dass die Schwankungen der Schließgeschwindigkeit und der -verzögerungszeit in einem Bereich liegen, die nach Aussagen der Projektteilnehmer deutlich unter denen von hydraulischen Anlagen liegen. Durch den Wegfall des Hydrauliköls ist keine Warmlaufphase nötig, sodass der Betriebspunkt schneller erreicht wird. Darüber hinaus sind die Betriebspunktverschiebungen bei vollelektrischen Schließeinheiten geringer, da mit dem Hydrauliköl auch die Eigenschaftsveränderungen durch die Temperatur und Luftfeuchtigkeit wegfallen. Der zusätzliche Aufwand der Ölkühlung entfällt, da die elektrischen Antriebe so ausgelegt werden, dass eine Oberflächenkühlung ausreicht. Da es keine Leckagemöglichkeiten mehr gibt, entfällt der Wartungs- und Instandhaltungsaufwand für den Ölaustausch und die Pflege des Hydrauliksystems.

Eine Energiemessung wurde nicht durchgeführt, sodass keine zahlenmäßig belegte Aussage über die Energieeinsparung gemacht werden kann. Es kann allerdings eine qualitative Aussage gemacht werden:

Während der Verfahr- und Schließbewegungen wird Energie aufgenommen; während des Zuhaltens wird keine Energie benötigt, da die Kraft über die Bremsen gehalten wird. Demnach ist der Energiebedarf nur für die Schließeinheit geringer als bei hydraulischen Anlagen, da bei diesen die Hydraulikpumpe über den ganzen Zyklus läuft (Druckaufrechterhaltung, Leckageausgleich).

Nachteilig sind die höheren Investitionen, die sich beim Einbau von elektrischen Antriebssträngen ergeben. Da sich mit der Informationsverarbeitung auch die Steuerungstechnik weiterentwickelt, sind für die Zukunft sowohl die preislichen Entwicklungen als auch die Einsatzmöglichkeiten noch nicht ausgeschöpft.

Mit dem Ablösen weiterer hydraulischer Verbraucher wie Wanddickensteuerung und Schmelzespeicher durch elektrische Antriebe wird das komplette Hydraulikaggregat entfallen können. Dann relativieren sich die Mehrkosten für die elektrischen Antriebe und werden gegenüber den hydraulischen Anlagen konkurrenzfähiger.