Servohydraulische Stromaggregate: Energieeinsparung bis zu 60 % bei der Spritzgussverarbeitung

Die Kombination eines IE3-Servomotors mit einer hochwirksamen Innenzahnradpumpe ermöglicht es den LIFTHYDRAU-Servohydraulikaggregaten, im Feld nachgewiesene Energieeinsparungen von 50–60 % an Kunststoff-Spritzgießanlagen zu erzielen. Dieser Artikel enthält Benchmark-Daten von drei Kundenstandorten in Vietnam, der Türkei und Mexiko.

Warum Spritzgießmaschinen so viel Energie verbrauchen

Konventionelle Spritzgießmaschinen verwenden typischerweise Hub- oder verstellbare Pumpen, die von Asynchronmotoren angetrieben werden. Während der Haltephasen für den Einspritzdruck, der Kühlphase und der Ruhephase beim Öffnen des Werkzeugs läuft der Motor weiterhin mit Nenn-Drehzahl, während Hydrauliköl über das Druckbegrenzungsventil in den Tank zurückfließt – wobei die gesamte Energie vollständig in Abwärme umgewandelt wird. In der realen Produktion macht der Teil des Spritzzyklus, der tatsächlich volle Förderleistung erfordert, üblicherweise nur 30–40 % der gesamten Zykluszeit aus; für den Rest der Zeit arbeitet das System mit geringer oder keiner effektiven Leistungsabgabe. Dies ist der grundlegende Grund dafür, dass servohydraulische Antriebseinheiten so erhebliche Einsparungen ermöglichen: Öl nach Bedarf, Drehzahl nach Bedarf.

Systemarchitektur: Abstimmung des IE3-Servomotors auf die Innenzahnradpumpe

Der Kern einer LIFTHYDRAU-Servohydraulikaggregats liegt in der koordinierten Steuerung von Motor und Pumpe. Ein asynchroner Servomotor der Effizienzklasse IE3 gewährleistet auch im Teillastbereich hohe Effizienz und arbeitet zusammen mit dem Antrieb zur geschlossenen Regelung von Drehzahl und Drehmoment. Im Vergleich zu Außenzahnradkonstruktionen bietet die Innenzahnradpumpe geringere Förderpulsation und höhere volumetrische Effizienz und stellt selbst bei niedrigen Drehzahlen eine stabile Leistungsabgabe sicher – was sie besonders gut mit der drehzahlgeregelten Betriebsweise von Servoantriebssystemen kompatibel macht.

Wenn die Maschine in die Halte-Druck-Phase eintritt, sinkt die Drehzahl des Servomotors auf das Minimum, das zur Aufrechterhaltung des Drucks erforderlich ist; der Pumpen-Ausgangsstrom nimmt entsprechend ab, und das System stützt sich nicht mehr auf die Entlastungsventil-Entladung. Während der Kühlphase nähert sich der Motor dem Stillstand, und der Energieverbrauch nähert sich Null. Über den gesamten Spritzgießzyklus hinweg passt die Motorleistung dynamisch der tatsächlichen Lastkurve an, statt mit konstanter Leistungsabgabe zu laufen. Diese Steuerlogik bildet die technische Grundlage für die Einsparungsangaben von 50–60 %.

Standort Vietnam: Spritzgießlinie für Haushaltsgerätegehäuse

Ein Gerätehersteller in Vietnam betreibt eine Spritzgusswerkstatt mit mehreren Maschinen mit einer Schließkraft von rund 250 Tonnen, die hauptsächlich Trommeln für Waschmaschinen und Gehäuse für Klimageräte produzieren. Vor der Nachrüstung betrug der durchschnittliche Stromverbrauch des hydraulischen Systems pro Maschine etwa 18,5 kW bei 22 Betriebsstunden pro Tag. Nach dem Einbau einer LIFTHYDRAU-Servohydraulik-Stromversorgung sank der gemessene Durchschnittsstromverbrauch auf 7,4 kW – eine Einsparung von 60 %. Die Kühlphase macht bei diesem Betrieb einen relativ großen Anteil des Spritzgusszyklus aus; die erheblichen Entlastungsverluste des herkömmlichen Systems während der Kühlphase wurden vollständig eliminiert. Bei den lokalen industriellen Stromtarifen belaufen sich die jährlichen Einsparungen pro Maschine auf rund 42.000 RMB, wobei sich die Investition innerhalb von weniger als 14 Monaten amortisiert. Die Öltemperatur sank ebenfalls deutlich, wodurch die Wechselintervalle für das Hydrauliköl von 4.000 Stunden auf über 8.000 Stunden verlängert werden konnten.

Türkei-Standort: Präzise Spritzgussfertigung von Automobilkomponenten

Ein Automobilzulieferer in der Türkei betreibt Spritzgussanlagen zur Herstellung von Innenausstattungsclips und -verbindern mit Schließkräften zwischen 180 und 350 Tonnen. Das bestehende System mit variabler Pumpe im Werk erforderte unter präzisen Spritzgussbedingungen häufige Druck- und Durchsatzanpassungen; Verzögerungen bei der Reaktion führten zu Schwankungen beim Teilgewicht. Nach der Installation von servohydraulischen Antriebseinheiten sank der Energieverbrauch um 52 %, und die Wiederholgenauigkeit des Spritzgusses verbesserte sich deutlich. Feldmessungen ergaben eine durchschnittliche Leistungsaufnahme von 21,3 kW pro 350-Tonnen-Maschine vor der Modernisierung und von 10,2 kW danach. Angesichts der höheren und stärker schwankenden industriellen Strompreise in der Türkei fiel die Einsparungsrechnung noch günstiger aus. Nach Abschluss der ersten Pilotmaschine wurde die Modernisierung auf alle 11 Maschinen in der Werkstatt ausgeweitet.

Standort Mexiko: Spritzguss von großen Logistikpaletten

Ein Kunststoffhersteller in Mexiko fertigt Logistikpaletten und Mehrwegbehälter; die Schließkräfte liegen dabei generell über 500 Tonnen – es handelt sich also um Hochleistungsanlagen mit langen Zykluszeiten. Vor der Nachrüstung betrug die durchschnittliche hydraulische Antriebsleistung pro Maschine 34,7 kW, und die Hydrauliköltemperatur war dauerhaft hoch, sodass im Sommer eine zusätzliche Kühlung erforderlich war. Nach dem Einbau der LIFTHYDRAU-Servohydraulikaggregat-Systeme sank die durchschnittliche Leistung auf 14,6 kW – eine Einsparung von rund 58 %. Bei Großmaschinen dauern die Haltephasen unter Druck besonders lange; hier kommt der Vorteil des Servosystems beim druckhaltenden Betrieb bei niedrigen Drehzahlen voll zum Tragen. Die Öltemperatur stabilisierte sich innerhalb eines angemessenen Bereichs, und der Kühlwasserverbrauch sank um etwa 35 %.

Gemeinsame Schlussfolgerungen aus drei Standorten

An den Standorten Vietnam, Türkei und Mexiko lagen die Einsparungen durchgängig im Bereich von 50–60 % – kein Zufall. Die Energiestruktur des hydraulischen Systems einer Spritzgießmaschine bestimmt die obere Grenze des Nutzens einer Nachrüstung; die tatsächlichen Einsparungen hängen jedoch von der ursprünglichen Systemeffizienz, dem Anteil der Halte- und Kühlzeit am Zyklus sowie dem Maschinenlastfaktor ab. An allen drei Standorten machte der Betrieb mit reduziertem Durchfluss über 60 % des Spritzgießzyklus aus und bot somit reichlich Spielraum für Servo-Einsparungen.

Auffällig war, dass die Amortisationsdauer bei allen drei Projekten zwischen 12 und 20 Monaten lag. Selbst wenn man die verlängerte Öl-Lebensdauer und den geringeren Kühlwasserverbrauch aufgrund niedrigerer Ölttemperaturen außer Acht lässt, rechtfertigen allein die Stromkosteneinsparungen die Entscheidung zur Nachrüstung. Für Spritzgießer sind servogesteuerte hydraulische Antriebseinheiten mittlerweile nicht mehr nur eine energieeffiziente Option, sondern eine Standardkonfiguration der Produktionslinie.

Auswahl- und Nachrüstungsempfehlungen

Servohydraulische Nachrüstungen sind keine einfache Angelegenheit des Austauschs von Pumpe und Motor. Der Betriebsdruck, die Förderstromkurve, das Tankvolumen und die Kühlleistung des ursprünglichen Systems müssen überprüft werden, um sicherzustellen, dass die Ausgangsmerkmale des Servopumpensatzes dem Spritzgussprozess entsprechen. Der volumetrische Wirkungsgrad der Innenzahnradpumpe bei niedriger Drehzahl ist ein entscheidender Indikator, der direkt die Stabilität der Haltephase bestimmt. Die Servoantriebsparameter müssen zudem gemeinsam mit der Maschinensteuerung abgestimmt werden, um eine schnelle Druck- und Durchflussreaktion zu erreichen. Für Werkstätten mit mehreren parallel laufenden Maschinen wird empfohlen, zunächst eine einzelne Pilotmaschine einzusetzen, um Einsparungsdaten und Teilekonsistenz vor einer breiteren Einführung zu validieren.