Energieverbrauch mit energieeffizienten Plastifizierantrieben senken

Marcel M?ller, Baumüller Nürnberg GmbH
2025-08-21T09:16:45+02:00
Antriebstechnik
Baumüller

Energieverbrauch signifikant mit energieeffizienten Plastifizierantrieben senken

Drei Antriebskonzepte – ein Ziel: Den Energieverbrauch beim Dosieren senken

Hersteller von Kunststoffmaschinen stehen aktuell vor gro?en Herausforderungen. Neben der Produktivit?tsoptimierung und prozesssicheren Fertigung qualitativ hochwertiger Produkte müssen die Maschinen infolge der st?rkeren Betrachtung der Total Costs of Ownership vor allem auch energieeffizient arbeiten. Gerade beim energieintensiven Plastifiziervorgang kann durch den Einsatz effizienter Antriebstechnik der Energieverbrauch signifikant gesenkt werden. Eine gro?e Herausforderung stellt auch die Aufstellfl?che der Maschine dar. Diese sollte so gering wie m?glich sein, damit eine verbesserte Fl?chenproduktivit?t beim Maschinenanwender erreicht werden kann.

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Alle Informationen gibt es in unserem Webcast "Effiziente Antriebstechnik kontra steigende Energiekosten – L?sungen am Beispiel des Plastifizierantriebs"

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Synchrondirektantriebe: Eine energieeffiziente und kompakte Alternative

Der Wirkungsgrad eines elektrischen Antriebs ist abh?ngig vom jeweiligen Betriebspunkt und damit eine Funktion von Drehzahl und Drehmoment. Umso entscheidender für die Energiebilanz ist es, die tats?chlichen Arbeitspunkte im Produktionsbetrieb den korrelierenden Wirkungsgraden der gew?hlten Antriebstechnik gegenüberzustellen. Auch ein Blick auf m?gliche ?bertragungsverluste entlang der gesamten Energiekette ist wichtig, um das energetisch optimale Antriebssystem zu finden.

Aufgrund ihres konstant guten Wirkungsgrades über einen weiten Drehzahl- und Drehmomentbereich, eignen sich Synchrondirektantriebe bestens für den Einsatz in Plastifiziereinheiten. Denn beim Einsatz von Direktantrieben steigt die Energieeffizienz bei Betriebspunkten mit reduziertem Drehmomentbedarf weiter an. Bei der Verarbeitung verschiedener Materialen kommt es zu unterschiedlichen Betriebspunkten bzw. Teillastbedingungen. Dadurch erh?ht sich der Wirkungsgrad weiter und die Energiebilanz verbessert sich.

Wirkungsgradbetrachtungen entlang der Energiekette

Positiver Nebeneffekt: Durch den Direktantrieb entfallen mechanische oder hydraulische ?bertragungselemente. Dies wirkt sich positiv auf den Systemwirkungsgrad und die Energieeffizienz der Maschine aus. So werden beispielsweise Str?mungsverluste im hydraulischen Leitungssystem zwischen Pumpe und Hydraulikmotor vermieden.

Mit den High-Torque-Motoren DST2 bietet Baumüller Direktantriebe mit einem weiten Drehmoment- und Drehzahlspektrum an. Die Achsh?hen erm?glichen durch ihre fein skalierte Baul?ngenstaffelung eine technisch sowie wirtschaftlich optimale Auslegung des elektrischen Plastifizierantriebs.

Direktantrieb für den Schneckenantrieb

Kompakte Synchronmotor-Getriebekombinationen

Alternativ ist auch eine L?sung mit Stirnradgetriebe m?glich. Der energieeffiziente Synchronmotor DS2 eignet sich hervorragend für eine Motor-Getriebekombination. Diese erreicht aufgrund hoher Drehzahlbereiche des Synchronmotors sehr gute Wirkungsgrade und verbessert so die Energiebilanz der Maschine.

Auch ein Motor mit integriertem Planetengetriebe ist eine energieeffiziente L?sung. So ist zum Beispiel der kompakte Synchronservomotor DSC1-071 eine gute Wahl für diese Variante. Mit dieser L?sung sind S3-60 Prozent Drehmomente bis ca. 600 Nm sowie Getriebeabgangsdrehzahlen bis ca. 500 1/min realisierbar. Mit dieser Antriebseinheit l?sst sich eine Maschine deutlich kompakter bauen.

Motor mit Stirnradgetriebe | Bild: KraussMaffei

Synchronmotor mit Planetengetriebe

Eine weitere Besonderheit elektrischer Plastifizierantriebe sind Parallelfunktionen. Dadurch lassen sich Zykluszeiten deutlich reduzieren und die Produktivit?t der Maschinen steigern. Dies ist durch eine wirtschaftliche und leistungsoptimale Auslegung des Hydrauliksystems m?glich.

Die Funktion erm?glicht es, bereits w?hrend des Dosierens mit der Werkzeugentriegelung zu beginnen und damit die Zykluszeit deutlich zu reduzieren.

Zykluszeitverkürzung durch Parallelfunktionen bei hybriden und elektrischen Maschinen

Wahl einer energieeffizienten Antriebstopologie

Die Energiebilanz der Maschine und der Antriebsachsen h?ngt ma?geblich von der gew?hlten Antriebstopologie ab.

Beispielhafte Darstellung einer Antriebstopologie mit Einspeiseeinheit für vollelektrische Maschine

Dynamische Achsen wie Auswerfer-, Schlie?- oder Einspritzachsen wandeln w?hrend des Bremsvorgangs Bewegungsenergie des Systems in elektrische Energie um. Der Servoumrichter speist die zugeführte Energie in den Zwischenkreisverbund und verteilt diese auf die anderen, motorisch arbeitenden Achsen wie beispielweise den Plastifizierantrieb.

Dies führt zu einer besseren Energieeffizienz des gesamten Verbunds und erm?glicht einen energieeffizienten Betrieb. Optional kann Energie durch eine Rückspeiseeinheit ins Netz zurückgespeist oder zur Zwischenspeicherung überschüssiger Energie in ein Kapazit?tsmodul des Zwischenkreises eingebunden werden.

Letzteres kann, bei Netzausfall oder beim Bremsvorgang, die Bewegungsenergie des Systems aufnehmen. Nach einem Netzausfall oder einer St?rung ist es m?glich, in Abh?ngigkeit der vorhandenen Restenergie und des Energiebedarfs, die Antriebsachsen in eine definierte Position zu bewegen. Damit k?nnen Besch?digungen vermieden und ein Wiederanlaufen der Maschine deutlich beschleunigt werden.

Fazit

Für Plastifizierantriebe gibt es im Vergleich zu konventionellen L?sungen einige attraktive und vor allen Dingen energieeffiziente Alternativen. Je nach Anforderung an die Applikation haben L?sungen mit Direktantriebstechnik, Planeten- oder Stirnradgetriebe individuelle St?rken.

Es lohnt sich, bestehende Konzepte zu überprüfen. Denn eine Elektrifizierung bietet viele Vorteile, wie den Wegfall mechanischer und hydraulischer ?bertragungselemente bei der Direktantriebstechnik, die hohen Wirkungsgrade, die kompakte Bauform oder die kürzeren Zykluszeiten aufgrund von Parallelfunktionen. Auch die richtige Wahl der Antriebstopologie spielt eine entscheidende Rolle, wenn es um energieeffiziente L?sungen für die Plastifiziereinheit geht.

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Marcel M?ller
Plastics I Baumüller Nürnberg GmbH