Schütz auf der JEC World 2023

Nachhaltigkeit entlang der Wertschöpfung

Biotechnologie für nachhaltige Kunststoffe

Jörg Westphal im Interview

Spritzgießfertigung bei Phoenix Contact

Phoenix Contact betreibt eigene Entwicklungsaktivitäten für die Kunststoffverarbeitung, um sowohl die Spritzgießmaschinen als auch die Verarbeitung effizienter zu gestalten. Analysen haben gezeigt, dass die Kunststoffe den längsten Hebel darstellen, damit der Blomberger Hersteller von Verbindungslösungen und Automatisierungstechnik wirksam CO2 einsparen kann.

Bei der Fertigung von Elektronikbauteilen und Geräten nimmt der Spritzgießprozess eine wesentliche Rolle ein und steht deshalb innerhalb der Wertekette klar im Fokus von Nachhaltigkeitsprojekten. „Wir betrachten drei große Bereiche: eingesetzte Rohstoffe, den Herstellungsprozess und die verfügbare Maschinen- und Anlagentechnik“, erklärt Jörg Oblotzki aus dem Bereich Technologieentwicklung am Stammsitz in Blomberg.

Die drei Teilbereiche bilden dabei ein Spannungsdreieck, da sie sich gegenseitig beeinflussen und die Auswirkungen von Optimierungen ganzheitlich beleuchtet werden müssen.

Den größten Anteil am CO2 -Fußabdruck eines Kunststoffeinzelteils hat die Produktion des Kunststoffs, die Phoenix Contact als Unternehmen und Granulateinkäufer nicht verändern kann. Umso wichtiger ist daher die Vermeidung von Fertigungsabfällen. Durch die konsequente Nutzung der Heißkanaldirektanspritzung konnten innerbetrieblich Potenziale von bis zu 50 % Materialeinsparung gehoben werden. Die Verbesserung von Spül- und Anfahrprozessen lieferte ebenfalls einen nennenswerten Beitrag zur Reduzierung der Kunststoffabfälle. Direkt in der Spritzgießfertigung beeinflussbar ist hingegen der Energieverbrauch der Spritzgießmaschine und der erforderlichen Peripheriegeräte.

Was auf den ersten Blick überraschen mag: Schnellere Maschinenbewegungen sparen Energie. Der Geschwindigkeit kommt eine große Bedeutung zu, weil der Grundenergiebedarf der Anlagen im Vergleich zur „Produktionsenergie“ pro Kunststoffbauteil hoch ausfällt. „Je mehr Produkte wir pro Zeiteinheit herstellen, desto günstiger erweist sich die Energiebilanz für das einzelne Produkt“, führt Dr. Frauke Reinders weiter aus. Sie gehört als promovierte Chemieingenieurin mit dem Schwerpunkt Kunststoff zu den „Nachhaltigen Köpfen“ bei Phoenix Contact. „Unter anderem aus diesem Grund digitalisieren wir unsere Prozesse immer mehr“, erklärt Jörg Oblotzki. „Mit Blick auf die Ressourceneffizienz wollen wir aus den gewonnenen Daten lernen, um Abläufe zu optimieren.“ Die Erfassung der Energieverbräuche aller Spritzgießmaschinenkomponenten und Peripheriegeräte zeichnet ein deutliches Bild der Hauptenergieverbraucher. Allein durch Prozessverbesserungen lassen sich lediglich kleine Einsparungen realisieren.

Die wesentlichen Energieverbraucher müssen deshalb hinsichtlich der möglichen Einsparpotenziale untersucht werden. Hauptverbraucher ist die Spritzgießmaschine mit circa 50 %, doch zusammen konsumieren auch die Peripheriegeräte so viel Energie. Großes Einsparpotenzial bieten hier Temperiergeräte mit frequenzgeregelter Pumpe, deren Pumpleistung auf den tatsächlich notwendigen Bedarf reduziert werden kann, sodass sich bis zu 25 % Energie einsparen lassen.

Aber nicht nur die Erfassung und Visualisierung von Verbrauchsdaten ermöglicht nachhaltigere Spritzgießprozesse. Die Aufnahme von Prozessdaten der Spritzgießmaschine, insbesondere sofern diese mit Energiedaten überlagert werden, erlaubt ebenfalls die Erhöhung der Prozessstabilität. „Es muss ja eine Ursache haben, wenn wir vielleicht dreimal pro Jahr den gleichen Artikel herstellen und dabei stets einen anderen Energiefußabdruck messen“, stellt Frauke Reinders fest. Ein detaillierter Vergleich der erfassten Einstell- und Prozessdaten schafft heute die erforderliche Transparenz bei der Ursachenforschung und erweitert den Blick auf wertvolles Optimierungspotenzial: Was macht eine Schicht besser als die andere? Welche Umgebungsbedingungen haben sich so geändert, dass sie Auswirkungen auf die Prozessführung haben? Woraus können die Mitarbeitenden lernen, damit sie gemeinsam besser werden?

Frauke Reinders und Jörg Oblotzki sind sich darüber einig, dass es nicht ausreicht, wenn sich Nachhaltigkeit auf die Substitution des fossilen Stroms durch regenerative Energie beschränkt. „Wir müssen uns immer weiter an den minimalen Energiebedarf herantasten“, betont Oblotzki. Und daher sei es so wichtig, die Prozesse auf der Grundlage eines genauen Prozessverständnisses sowie der Auswertung der verfügbaren Maschinen- und Energiedaten transparent umzusetzen. Hier arbeitet Phoenix Contact als Anwender mit den Maschinenherstellern zusammen. Ziel ist die Erreichung eines idealen Fertigungsprozesses. Wer dann beim Spritzgießen während eines Produktwechsels auch noch die Spülzeiten und -abläufe verbessert, spart weitere Zeit ein und gewinnt Produktionskapazität. „Die Mindestenergiemenge stellt ohne Frage ein theoretisches Konstrukt dar, doch für uns bildet es eine Ziellinie. Sie ist der Ansporn, in der Spritzgießfertigung stetig nachhaltiger zu werden“, erklärt Frauke Reinders. Auf dem Weg vom angelieferten Granulat bis zum Versand der einbaufertigen Elektronikkomponenten gilt es schließlich alle Formen der Verschwendung zu vermeiden.

Die Grundlage für einen nachhaltigen Produktionsprozess beginnt bereits bei der umweltfreundlichen Produktgestaltung. Als Beispiel sei eine Standard-Reihenklemme für die Hutschiene genannt. Um auch seinen Kunden gegenüber transparent zu sein, hat Phoenix Contact schon damit begonnen, für jedes einzelne Produkt den spezifischen CO2-Fußabdruck auszuweisen. Dafür nutzt das Unternehmen einerseits Ökodatenbanken und greift zu Modellierungsverfahren, die ein digitales Abbild sämtlicher Prozessschritte liefern. Der Einsatz neuer Materialien bis hin zur Wiederverwendung in Form von Rezyklat wirkt sich ebenfalls positiv auf den CO2-Fußabdruck aus.

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