Wie können Kunststoffblasformverfahren durch Reduzierung des Druckluftverbrauchs energetisch effizienter gestaltet werden? Dieser Fragestellung ging das Steinbeis-Transferzentrum Antriebs- und Handhabungstechnik in Chemnitz in einem durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt geförderten Forschungsvorhaben nach. Mit Erfolg: Die Steinbeis-Experten entwickelten ein Verfahren, bei dem die energiereiche Abluft bei der Werkzeugentlüftung zwischengespeichert und dem Prozess zurückgeführt wird.
Blasformen ist ein hochproduktives Verfahren zur Herstellung von Kunststoffhohlkörpern. Bauteile dieser Art sind aus der Verpackungsindustrie von Konsumgütern, wie beispielsweise PET-Flaschen, nicht mehr wegzudenken. Aber auch bei technischen Produkten finden Kunststoffhohlkörper immer häufiger Anwendung.
Beim Blasformverfahren wird mit Druckluft von bis zu 40 bar die Vorform im Werkzeug zur Endkontur aufgeweitet. Nach einer Kühlphase wird die energiereiche Druckluft im Bauteil an die Atmosphäre abgegeben und das Bauteil entformt. Ein Nachteil dieses Fertigungsverfahrens ist der Energieaufwand, hauptsächlich durch den hohen Druckluftverbrauch beim Ausformen des Bauteils.
Gemeinsam mit dem mittelständischen Unternehmen Druckluftechnik Chemnitz GmbH entwickelte das Chemnitzer Steinbeis- Transferzentrum in Kooperation mit der Forschungsgruppe Fluidtechnik des Institutes IMK der TU Chemnitz in einer Experimentalstudie eine technische Lösung zur Reduzierung des Blasluftverbrauchs beim Umformprozess. Eine Prozessanalyse war Basis für einen Lösungsansatz, die am Ende des Fertigungsprozesses an die Atmosphäre geleitete Druckluft zwischenzuspeichern und dem Blasformprozess zurückzuführen.
Wie waren die Experten vorgegangen? Nach dem Formprozess wird bei der Werkzeugentlüftung ein Druckausgleich zwischen dem Werkzeug und einem zusätzlich angebrachten Druckspeicher durchgeführt. Im Anschluss wird das Werkzeug restentlüftet und das fertige Bauteil entformt. Die im Speicher vorhandene Druckluft kann im folgenden Zyklus für einen Vorformprozess wieder verwendet werden. Hierzu wird ein erneuter Druckausgleich zwischen dem drucklosen Werkzeug und dem Druckspeicher herbeigeführt, was zu einer Aufweitung der Vorform führt. Danach wird der Druckspeicher vom Werkzeug getrennt und das Bauteil mit Frischluft vollständig ausgeformt.
Für Praxistests entwickelten die Forscher einen Prototyp eines Einsparmoduls. Dazu wurde der Pneumatikschaltplan einer Referenzblasformanlage mithilfe geeigneter Komponenten so konfiguriert, dass eine Einbindung des Einsparmoduls in den Prozessablauf möglich ist, ohne die derzeitige Anlagentechnik zu ändern. Die Tests ergaben eine mögliche Einsparung von 20 Prozent des herkömmlichen Druckluftverbrauchs bei der Bauteilausformung.
Laut Forum PET werden in Deutschland jährlich rund 13 Mrd. PET-Getränkeflaschen mit einem durchschnittlichen Volumen von 1 Liter produziert. Bei Einsatz des neuen Verfahrens könnte so eine Reduzierung der elektrischen Energie von rund 9,63 Mio. kWh erreicht werden. Da verwundert es nicht, dass nach der erfolgreichen Experimentalstudie zeitnah ein vermarktungsfähiges Produkt in modularer Bauweise realisiert werden soll.
Professor Dr.-Ing. habil. Eberhard Köhler
Steinbeis-Transferzentrum Antriebs- und Handhabungstechnik im Maschinenbau (Chemnitz)
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