Thermoumformung Pilotprojekt soll Energieeinsparung bei Thermoformmaschinen steigern

Redakteur: Kirsten Nähle

Dem Leitgedanken „One Step Ahead“ verpflichtet, kümmert sich die Geiss AG in Seßlach bei Coburg, schon seit langem um Energieeffizienz und Energieeinsparung. In der Thermoumformung setzt der Maschinenhersteller auf Halogenstrahler. Ein Pilotprojekt soll deren verbesserte Energieeffizienz nachweisen. Hierzu nutzt Geiss die Sentron-Messgeräte PAC3200 und PAC4200 von Siemens.

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Thermoumformung wird mittlerweile in sehr großen Dimensionen betrieben wie das Kunststoffdach eines Wohnmobils beweist. Vor allem beim Produktionstakt „Heizen“ kann mit der richtigen Technik viel Energie gespart werden. (Bild 1: Siemens AG)
Thermoumformung wird mittlerweile in sehr großen Dimensionen betrieben wie das Kunststoffdach eines Wohnmobils beweist. Vor allem beim Produktionstakt „Heizen“ kann mit der richtigen Technik viel Energie gespart werden. (Bild 1: Siemens AG)

Seit über fünf Jahrzehnten baut die Geiss AG in Seßlach bei Coburg Thermoformmaschinen. Schon früh hatte Firmenchef Manfred Geiß den Anspruch, die Prozesse energieeffizienter zu gestalten.

Wie sehr ihm das gelungen ist, will er nun mit einem Pilotprojekt untermauern. Mithilfe von Messgeräten sollen die wichtigsten Energieströme wie Strom, Wasser und Luft präzise gemessen und gegenüber gestellt werden. Damit lässt sich Energie sichtbar machen, zuordnen und als Wettbewerbskriterium darstellen.

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Aufheizen benötigt beim Thermoformen fast ein Drittel der Taktzeit

„Diesen Trend haben wir bereits vor vielen Jahren erkannt und frühzeitig mit energiesparenden Maschinenvarianten darauf reagiert“, erklärt Manfred Geiß, Vorstandsvositzender des Unternehmens. Als Hersteller von Maschinen und Anlagen zur Thermoumformung und zur CNC-Bearbeitung der umgeformten Bauteile liefert Geiss bis zu 120 Einheiten pro Jahr aus. Dabei ist jede einzelne Maschine auftragsbezogen gefertigt und somit ein Unikat. Entsprechend groß ist auch die Fertigungstiefe.

Durchschnittlich wird ein Viertel bis ein Drittel eines Taktes der Thermoumformung ausschließlich für das Aufheizen benötigt, was deutlich macht, dass entsprechendes Energiesparpotenzial in dieser Branche vorhanden ist. Aufgeheizt wurde früher mit Rohrheizkörpern oder Keramikstrahlern. Moderner sind die heute vielfach eingesetzten Quarzstrahler.

Geiss setzt dagegen auf Halogenstrahler, die in der Anschaffung zwar etwas kostenintensiver sind, aber eine wesentlich bessere Energieeffizienz aufweisen, wie der Firmenchef bestätigt. Ein Trick dabei ist, dass die Halogenstrahler nur dann Energie benötigen, wenn sie auch wirklich gebraucht werden, denn sie strahlen sehr kurzwellig und damit weit ins Material hinein.

Werte für Wasser und Luft direkt an den Thermoformmaschinen ermittelt

Bei einem Endkunden, einem Lohnumformer im Schwarzwald mit 17 Maschinen aus Seßlach, die bis zu 25 Jahre dort schon arbeiten, sollen alle Maschinen mit den Siemens-Messgeräten ausgerüstet werden. Manfred Geiß kommentiert: „Durch den direkten Vergleich älterer und neuerer Maschinen sowie durch die Gegenüberstellung unterschiedlicher Maschinenvarianten erhalten wir ein breites Spektrum an Ist-Verbrauchswerten.“ Gemessen werden dabei die Energieströme von Wasser, Luft und Strom.

Das funktioniert vergleichsweise einfach: Während das PAC3200 neben einem digitalen Ausgang einen zusätzlichen digitalen Eingang besitzt, der zum Beispiel mit einem Zählimpuls belegt werden kann, besitzt das PAC4200 bereits zwei digitale Eingänge. Damit lassen sich sowohl die Werte für Wasser als auch für Luft direkt ermitteln. Für die Stromerfassung rüsten die Geiss-Techniker in sämtlichen Maschinen Stromwandler nach, die direkt an den Messgeräten angeschlossen werden.

Auch Zusatzaggregate der Thermoformmaschinen erfasst

Um eventuell noch mehr Energieströme mit in die Messung einfließen lassen zu können, ist es möglich, die größeren PAC4200 mit einem Erweiterungsmodul zu bestücken, das vier digitale Eingänge und zwei digitale Ausgänge besitzt. Auf diese Weise können bis zu sechs Energieströme mit einem Gerät beobachtet werden.

„Diese Option ist deshalb für uns sehr interessant, weil Anlagen zur Thermoumformung häufig auch externe Zusatzaggregate besitzen, deren Energieverbrauch wir auf diese Weise separat erfassen können“, erklärt Johannes Ludwig aus der Elektrokonstruktion bei Geiss. Erstmals wollen die Experten aus Oberfranken mit Zahlen deutlich herausstellen, dass sich bessere Technik nicht nur technisch, sondern auch wirtschaftlich auszahlt.

Über 200 Messgrößen an den Thermoformmaschinen ausgewertet

Mit den Messgeräten PAC3200 lassen sich über 50 unterschiedliche Messgrößen erfassen, beim PAC4200 sind es sogar über 200 elektrische Messgrößen. Neben dem Stromwert ist auch der cos j sehr interessant für Geiss, und auch die Leistung lässt sich damit präzise darstellen. Vor allem die Erfassung von Leistungsspitzen spielt in diesem Zusammenhang eine wesentliche Rolle, denn die Bezugsverträge mit den Energieversorgern (EVU) orientieren sich an der maximal benötigten elektrischen Leistung sowie an den Überschreitungen der für ein Jahr definierten Energiehüllkurve.

Mit den Messgeräten lässt sich beides sehr exakt darstellen, wodurch Anwender gezielt darauf reagieren können, um Geld zu sparen. Dies kann durch zeitversetztes Einschalten von Maschinen erfolgen oder durch eine exakte Anpassung von Produktionszyklen. Beides lässt sich mithilfe eines zentralen Energiemanagementsystems, wie es Siemens mit der Software "powermanager" ebenfalls anbietet, erreichen.

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Einfache Integration über Profibus- und Ethernet-Schnittstelle

Entscheidend dabei ist, dass sowohl das PAC3200 als auch das PAC4200 einen Profibus- sowie einen Ethernet-Anschluss besitzen. Auf diese Weise lassen sich die Geräte einfach in die Maschinensteuerung integrieren, aber auch über ein Standardnetzwerk an ein zentrales Energiemanagement anschließen.

Manfred Geiss kommentiert: „Wir wollen Kunden ein Energiesparpaket anbieten, das jederzeit weiter ausgebaut werden kann.“ Das PAC4200 besitzt sogar einen integrierten Gerätespeicher für die Aufzeichnung von über 4000 benutzerdefinierten Betriebs-, Bedien- und Systemereignissen.

Bediener der Thermoformmaschinen erkennt Energiespitzen sofort

Entsprechende Werteverläufe können somit über grafische Komfortanzeigen und über vier benutzerdefinierbare Anzeigen am hinterleuchteten LC-Display dargestellt werden. So erkennt der Bediener zum Beispiel im Vorbeigehen, wann Energiespitzen auftreten und gewinnt damit einen schnellen Eindruck über das Verhalten der einzelnen Produktionszyklen (Heizen, Formen, Kühlen).

„Eine Maschine zur Thermoumformung mit Halogenstrahlern spart bis zu einem Drittel an Energie“, weiß Manfred Geiss aus Erfahrung. Dies will er nun mit Zahlen untermauern. Johannes Ludwig ergänzt: „Meistens kommen wir mit weniger als zwei Dritteln der rechnerisch beim Kunden ermittelten Anschlussleistung aus.“

Entscheidend für die Authentizität der gewonnenen Werte ist natürlich auch die Qualität und Präzision der Messwerterfassung. Die Messgeräte von Siemens besitzen diese hohe Messgenauigkeit für Energie, nämlich Klasse 0,2 gemäß IEC61557-12. Damit sind sie in der Lage, die elektrische Arbeit in den gemittelten Viertelstunden-Takten zu erfassen wie sie die EVUs für ihre Berechnung heranziehen. Diese lassen sich direkt in das bereits erwähnte Energiemanagement übernehmen.

Auch andere energieintensive Bereiche benötigen Impulse

„Aus unserer Sicht spielen diese Messgeräte eine zentrale Rolle beim Wunsch, energiesparende Systeme einzusetzen und Nachhaltigkeit durch Ressourcen sparende Lösungen zu erreichen“, fasst Manfred Geiss zusammen. Aus diesem Grund werden auch neue Thermoformmaschinen bereits mit den Sentron-Messgeräten ausgerüstet. Unter anderem zeigt ihm die Euromap-Empfehlung 60 für den Bereich der Spritzgießmaschinen, dass die Entwicklung auch in anderen energieintensiven Bereichen neue Impulse braucht.

Mit dem Pilotprojekt zur energieseitigen Betrachtung von Thermoumformmaschinen geht er das Thema Energieeinsparung konsequent an und liefert der Branche damit wertvolle Detailinformationen. „Letztendlich wollen wir, dass klare Fakten über Energiebrauchswerte dazu führen, dass Maschinen mit Energielabels versehen werden können, an denen Kunden viel über Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit ablesen können.“

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