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Effizienter Spritzgießen

Die richtige Ölviskosität weckt Spritzgießmaschinen-Potenziale

| Redakteur: Peter Königsreuther

Viele nutzen die volle Leistung ihrer Spritzgießmaschinen vom hydraulischen Standpunkt aus gesehen, nicht aus, heißt es von Seiten des Unternehmens Classic Schmierstoffe. Hier erfahren Sie, was man dagegen tun kann.

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Die Hydraulik ist in Sachen Kunststoffspritzgießen eine dominante Antriebstechnik für die Verarbeitungssysteme. Wenige beachten den Einfluss der Hydraulikölviskosität auf die Energieeffizienz. Ein Experte klärt hier auf, und will diesen Mangel damit beseitigen.
Die Hydraulik ist in Sachen Kunststoffspritzgießen eine dominante Antriebstechnik für die Verarbeitungssysteme. Wenige beachten den Einfluss der Hydraulikölviskosität auf die Energieeffizienz. Ein Experte klärt hier auf, und will diesen Mangel damit beseitigen.
(Bild: Hydrophilio)

Hydraulische Spritzgießmaschinen leiden an einem nicht zu unterschätzendem Handicap: Sie arbeiten in der Regel nicht energieeffizient genug. Für den Transport und die Verteilung von hydraulischer Energie (Volumenstrom × Druck) genötigt man ein viskoses Medium – eben Hydrauliköl – welches in der Maschine zwischen Pumpe und „Verbraucher“ aber einen erheblichen Druckverlust hervorruft. Dieser, durch Flüssigkeitsreibung verursachte Druckverlust, ist sehr schön vergleichbar mit dem Spannungsverlust in elektrischen Anlagen, allerdings ist es systemimmanent, dass der Druckverlust und damit der Wirkungsverlust in der Hydraulik prozentual viel höher ausfällt.

Einflussfaktor Hydraulikölviskosität

Eine weitere Schwäche von hydraulischen Antriebskonzepten ist die mangelhafte Anpassung von Leistungsbedarf und Leistungsbereitstellung, die aber inzwischen bei modernen Spritzgießmaschinen durch intelligente Pumpensteuerungen verbessert werden konnte. Der oben beschriebene Druckverlust aber bleibt. Seine Höhe ist von vielen Faktoren abhängig, wie etwa die Länge und der Durchmesser der Schläuche und Rohrleitungen, die Strömungsgeschwindigkeit, die Anzahl und die Art der Drosselstellen, um nur einige zu nennen. Die meisten dieser Faktoren sind leider nicht leicht zu verändern. Eine ganz entscheidende Einflussgröße jedoch ist sehr leicht zu optimieren und auch noch „optimierungsbedürftig“: die Ölviskosität. Die Viskosität ist als ein Maß für die Zähigkeit eines Fluides.

Kleiner Ausflug in die Theorie:

An dieser Stelle muss etwas Theorie eingeschoben werden, damit der sich anschließende Text besser verstanden werden kann:

  • Die Viskosität eines Öles, besonders eines Mineralöles, ist sehr temperaturabhängig: So ändert sich die Viskosität eines ISO-VG-46-Öles zwischen -5 bis 75 °C um den satten Faktor 100;
  • Um Öle mit unterschiedlicher Viskosität unterscheiden zu können, hat man sie in sogenannte ISO-VG (Viscosity-grade) Klassen unterteilt. Die Zahl im ISO-System bedeutet die Viskosität bei 40 °C in der Einheit mm²/s. Die Toleranz im Anlieferzustand beträgt ± 10 %;
  • Ein hochviskoses (dickflüssiges) Medium verursacht einen viel höheren Druckverlust als ein niedrigviskoses. Dieser Druckverlust wird in Wärme umgewandelt, die aber nicht umsonst ist: Damit beim Verbraucher ein ausreichend hoher Arbeitsdruck ankommt, muss die Pumpe einen höheren Ausgangsdruck liefern (wozu sie mehr Strom aus dem Netz zieht).

Als „Heizung“ missbrauchte Spritzgießmaschinen

Wie findet man nun das Öl mit der optimalen „Viskositätslage“? Glücklicherweise haben die Komponentenhersteller, also quasi die „Götter der Hydraulik“ (beispielsweise Rexroth, Parker, Moog oder Linde) für ihre Pumpen, Ventile, Motoren sowohl anstrebenswerte „Ideal“ – als auch „gefährliche“ Grenzwerte ermittelt.

Der Istzustand im hydraulischen Spritzguss ist nun folgender: Es sind ausschließlich Die ISO-Viskositätsklassen VG 46 und VG 68 erlaubt (bei Zuwiderhandlung: Garantieverlust). Diese Öle sind aber so dickflüssig, das die Maschinensteuerung den Start der Maschine erst freigibt, wenn durch eine Kreislaufphase über Drosselventile, die Öltemperatur auf 35 bis 40 °C gesteigert worden ist. Hierdurch mutiert die hydraulische Spritzgießmaschine praktisch zu einer elektrischen Hallenheizung. Der weitere Anstieg der Öltemperatur wird meistens aus Rücksicht auf die Hallentemperatur beziehungsweise die Mitarbeiter bei 45 bis 50 °C durch Zwangskühlung beendet.

Moderne Spritzgießmaschinen sind kritischer

Aber selbst bei diesem Temperaturniveau hat das Öl immer noch nicht den viskositätsmässigen „Wohlfühlzustand“ erreicht, bei dem „lehrbuchkonform“ der höchste Wirkungsgrad und die längste Komponentenlebensdauer erwartet werden dürfen. Besonders bedenklich ist der Einsatz der heute üblichen, suboptimalen, und dabei niemals hinterfragten Ölviskositäten in den oben erwähnten modernen Maschinen. Auch in diesem Fall wird das Öl aufgeheizt, um dann während des Betriebs abzukühlen. Und wegen des geringeren Stromverbrauchs ist auch die anteilige Flüssigkeitsreibungs-Verlustenergie geringer. Bemerkenswerterweise ist bei diesen Maschinen der hydraulische Wirkungsgrad auch noch schlechter als es ohnehin schon der Fall ist, weil das Öltemperaturniveau geringer ist und damit die Viskosität erst recht viel zu hoch.

Übliche Negativeffekte bei „zu niedriger“ Öltemperatur

Wenn die Arbeitsbelastung gering ist und die Lufttemperatur am Aufstellungsort relativ niedrig, kann die Öltemperatur schon mal unter 30 °C fallen. Das aber ist rein technisch gesehen hervorragend, sofern das dazu passende Öl gewählt wurde. Denn niedrige Temperatur bedeutet eine lange Komponenten- sowie Öllebensdauer und natürlich weniger Heizeffekt. Doch dann gehen die Maschinen der meisten Hersteller auf Notaus und melden „ÖL zu kalt“. Es startet ein „Zwischenüberhitzungs-Vorgang“, und erst nach dessen Ablauf kann weiterproduziert werden. Das ist natürlich, gelinde gesagt, jenseits von Gut und Böse. Einige Anwender haben den Tank ihrer Maschine deshalb schon mit Dämmplatten verkleidet, damit im Winter eine störungsfreie Produktion gewährleistet ist.

So geht die Ölauswahl wie geschmiert:

Die Auswahl der idealen Viskositätsklasse erfolgt zwangsläufig nach folgendem Schema: Man wählt eben ein Öl, dessen Viskosität bei einer realistischen respektive gewünschten Betriebstemperatur (etwa 35 °C) genau in der Mitte des vom Komponentenhersteller angegebenen Idealbereiches liegt. Dabei muss man noch berücksichtigen, dass die Auswahl der Flüssigkeit selbst einen erheblichen Einfluss auf die Höhe der sich einstellenden Betriebstemperatur hat, denn dickflüssiges Öl verursacht viel höhere Temperaturen als dünnflüssiges.

Das gewonnene Ergebnis aus dieser Betrachtungen zeigt eindeutig, dass die Viskositätsklasse mindestens 2 Stufen niedriger als bisher sein kann. Damit wird Pumpenantriebsenergie im Bereich von mindestens 10 bis 15 % gespart, es entfallen Vor- und Zwischenheizvorgänge und der Kühlungsbedarf wird verringert. Und das sind längst nicht alle Vorteile.

* Jörg Gerstel

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