Anwenderbericht

Effiziente Herstellung von Kunststoffprodukten

Die von Orex entworfene und gebaute SHUTTLE-5700 HYBRID Rotationsformmaschine ermöglicht die Nutzung erneuerbarer Energiequellen im Kunststoff-Spritzgussverfahren und sorgt gleichzeitig für Materialeinsparungen und eine höhere Produktivität.

Orex stellt spezielle Rotationsformmaschinen her, die bei der Herstellung von Kunststoffprodukten im Rotationsgussverfahren verwendet werden. Diese Maschinen werden zur Herstellung von Wassertanks, Spielzeug, Gehäusen und anderen Gegenständen mit komplexen Formen verwendet. Für einen Kunden in Deutschland hat Orex eine kundenspezifische Maschine entworfen und gebaut: den SHUTTLE-5700 HYBRID. Es ist die erste Maschine dieser Größe und technologischen Raffinesse, die von der polnischen Firma entwickelt wurde. Im Vergleich zu anderen auf dem Markt erhältlichen Lösungen zeichnet es sich durch seine Flexibilität bei der Nutzung von Energiequellen und seine hohe Effizienz aus, was zu erheblichen Einsparungen führt. Die Lösung basiert auf Siemens-Technologie und Schaltschränken von Rittal.

Wie funktioniert Rotomoulding?

Rotationsgießen, auch bekannt als Rotomoulding, ist ein Herstellungsverfahren, das zur Herstellung dreidimensionaler Kunststoffprodukte verwendet wird.

„Rotomoulding bietet erhebliche Vorteile gegenüber alternativen Kunststoffformverfahren. Es minimiert Materialverschwendung, trägt zu einer höheren Produktqualität bei und senkt die Kosten für die Produktion von Kleinserien. Es ermöglicht auch die Herstellung von Produkten mit komplexen Formen und komplizierten Geometrien.“
erklärt Sławomir Kocur, Beschaffungs- und Logistikspezialist in der Automatisierungsabteilung von Orex.

Die zentrale Komponente der Orex-Rotomoulding-Maschinen ist der Ofen. Im Ofen wird das Kunststoffmaterial unter hohen Temperaturen an den Wänden der Form abgelagert, während sich die Form um zwei Achsen dreht. Eine Schlüsselrolle in diesem Prozess spielt das Heizsystem, das Komponenten wie Gasbrenner und andere Heiztechnologien umfasst. Die Produktbildung wird durch das Rotationssystem ermöglicht, das für eine gleichmäßige Verteilung des geschmolzenen Kunststoffs auf den Innenflächen der Form sorgt, was zu einer gleichmäßigen Wandstärke führt. Eine zusätzliche Funktion von Rotationsformmaschinen wird durch das Kühlsystem bereitgestellt. Es kühlt das Produkt nach dem Formen ab und hilft dabei, seine endgültige Form beizubehalten.

Um eine hohe Produktqualität zu erreichen, ist eine präzise Prozesskontrolle erforderlich. Die Rotationsformmaschinen von Orex, einschließlich der SHUTTLE-5700 HYBRID, sind mit fortschrittlichen Automatisierungs- und Steuerungssystemen ausgestattet, die nicht nur eine genaue Steuerung des Formprozesses gewährleisten, sondern auch die Parameterüberwachung und die Programmierung verschiedener Produktionszyklen und Formkonfigurationen ermöglichen.

Das Rotationsgussverfahren erfordert die strikte Einhaltung der technologischen Parameter und eine genaue Überwachung in jeder Phase der Produktion.

Der Formprozess kann entweder manuell oder automatisch gesteuert werden. Das Herzstück des Steuerungssystems ist eine SIMATIC S7-1500 PLC, während das Prozessmanagement und die Überwachung über eine SIMATIC Comfort HMI-Touch-Schnittstelle erfolgen.

Hybride Solutions

Der SHUTTLE-5700 HYBRID kombiniert verschiedene Technologien zur Formheizung, erhöht die Energieeffizienz, reduziert die Treibhausgasemissionen und verbessert die Prozessproduktivität. Ein entscheidender Vorteil von Hybridmaschinen ist die Möglichkeit, alternativ Gasbrenner oder elektrische Heizungen zu verwenden, die mit erneuerbaren Energiequellen wie Sonnenkollektoren und Windgeneratoren powered by werden, um die Formkammer zu beheizen.

„Die von Orex implementierten Hybridlösungen sind im Zusammenhang mit dem Klimaschutz extrem wichtig. Der Ersatz konventioneller Energiequellen durch erneuerbare hilft, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren und den gesamten CO2-Fußabdruck zu verringern.“
betont Marcin Koter, Vertriebsleiter bei Siemens Polen.

Die SHUTTLE-5700 HYBRID ist eines der wichtigsten Hybridmaschinenmodelle, die von Orex für die thermische Bearbeitung von pulverförmigen Polyethylenmaterialien (PE) im Rotationsgussverfahren hergestellt werden. Diese Maschinen sind mit fortschrittlichen Überwachungs- und Diagnosesystemen ausgestattet, die eine kontinuierliche Analyse der Maschinenparameter ermöglichen und helfen, potenzielle Betriebsprobleme zu vermeiden. Darüber hinaus bieten die Lösungen von Orex, die auf Siemens-Technologie basieren, eine präzise Prozesssteuerung, was zu einer höheren Produktqualität und einem effizienteren Produktionsmanagement führt.

Siemens-Technologie für Rotomoulding-Lösungen

Das Rotationsgussverfahren erfordert die strikte Einhaltung technologischer Verfahren und eine genaue Überwachung der Parameter in jeder Phase der Produktion. Während der Herstellung wird eine ordnungsgemäß vorbereitete Form, die Polyethylenpulver enthält, in der Ofenkammer für einen bestimmten Zeitraum gedreht, mit angemessenen Geschwindigkeiten und mit programmierten Änderungen der Drehrichtung. Ein wichtiger Faktor, um die Richtigkeit des Prozesses sicherzustellen, ist das Erreichen und Beibehalten der richtigen Formtemperatur. Die OREX SHUTTLE-5700 HYBRID-Maschine wurde für den Betrieb mit elektrischen Heizelementen angepasst, die aus 24 Heizpaneelen mit einer Nennleistung von jeweils 40 kW bestehen, sowie einer Gasölheizung mit zwei Brennern mit einer Leistung von jeweils 1.250 kW. Da die Brenner in einem Wärmetauscher installiert sind, ermöglicht diese Lösung eine saubere Luftzirkulation in der Ofenkammer und bietet gleichzeitig verbesserte Verbrennungsbedingungen für Erdgas und Heizöl.

„Die SHUTTLE-Maschine wurde mit modernen Bewegungs- und Positionssteuerungssystemen, PID-Heizungsreglern, schnellen SSR-Schützen sowie Temperatur-, Druck- und Positionssensoren ausgestattet. Dadurch ist es möglich, den technologischen Prozess präzise zuzuschneiden und so umfangreiche Produktions- und Technologiekapazitäten sicherzustellen.“
sagt Sławomir Kocur.

Die von Orex gebaute Maschine umfasst eine Reihe von Siemens-Lösungen aus den Produktfamilien SIMATIC, SIMATIC NET und SINAMICS sowie SIRIUS/SENTRON Niederspannungsschalt- und Schutzausrüstung.

Die von Orex verwendeten Siemens-basierten Lösungen ermöglichen eine präzise Prozesssteuerung, was sich wiederum in einer höheren Produktqualität und einem effizienteren Produktionsmanagement niederschlägt.

Der Formprozess kann entweder manuell oder automatisch gesteuert werden. Das Herzstück des Kontrollsystems ist ein SIMATIC S7-1500 PLC, das die Antriebskomponenten verwaltet, Messdaten sammelt und die erfassten Informationen verarbeitet, um die Prozessalgorithmen auszuführen. Prozessmanagement, Überwachung und Datenerfassung erfolgen durch eine SIMATIC Comfort HMI Touchscreen-Oberfläche. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist der Einsatz zuverlässiger Schalt- und Schutzgeräte von SIRIUS/SENTRON Produktfamilie.

„Das Steuerungssystem beinhaltet die neuesten Siemens-Technologien und gewährleistet eine präzise Steuerung des Prozesses. Zu den wichtigsten Komponenten, die für die Maschinensteuerung verantwortlich sind, gehören SINAMICS-Servoantriebe ausgestattet mit fortschrittlichen Sicherheitsfunktionen. Ihre Implementierung ermöglicht eine reibungslose Drehzahlregulierung sowohl für die Haupt- als auch für die Nebendrehachse in einem Bereich von 0,5 bis 7 U/min.“ sagt Krzysztof Staszek, Experte für industrielle Automatisierungsprogrammierung bei Orex Rotomoulding.

Die Verwendung von absoluten Encodern an den Antriebsachsen ermöglicht eine präzise Steuerung der Drehbewegung der Maschinenarme. Dank dieser fortschrittlichen Technologie kann die Form genau positioniert werden, was sowohl die Betriebssicherheit als auch eine schnelle Handhabung beim Laden, Entladen und Wartungsarbeiten gewährleistet.

Standardmäßig ist die Orex-Maschine mit einem Stromverbrauchsmesser, einem Netzqualitätsanalysator und einem Gasverbrauchsmesser ausgestattet.

Sicherheit geht vor

Ein wichtiger Aspekt jeder Produktionslinie ist der Schutz des Personals vor Verletzungen und der Ausrüstung vor Beschädigungen. In der Orex-Lösung werden diese Anforderungen strikt eingehalten und von speziellen Sicherheitssystemen überwacht, die unter anderem von Siemens-Technologie unterstützt werden.

„Die Sicherheit der SHUTTLE-Maschine während ihrer gesamten Lebensdauer wird durch ein umfassendes Set an Geräten und Sicherheitssystemen gewährleistet, unterstützt von modernen aktiven Gaswarnsystemen, Flammenmeldern, Verriegelungsschlössern und Bewegungsverriegelungen. In Kombination mit speziell ausgewiesenen und geschützten Arbeitsbereichen sowie geschultem und sicherheitsbewusstem Bedienpersonal bietet die Maschine eine sichere und moderne Arbeitsumgebung.“ sagt Krzysztof Staszek.

Um die Betriebssicherheit weiter zu erhöhen, ist die Ofenkammer mit einer Notabgasabsauganlage und einem zusätzlichen Wärmetauscherventilator ausgestattet. Darüber hinaus ist der Zugang zur Maschine durch einen Schutzzaun mit speziellen Zutritten für Prozess- und Wartungsarbeiten gesichert. Die Maschine umfasst ausgewiesene Bereiche, die nur von autorisiertem Personal betreten werden dürfen, das Betriebs- oder Wartungsarbeiten durchführt.

Die Bedienung des SHUTTLE-5700 HYBRID und die Überwachung des Produktionsprozesses erfolgen über ein Touchscreen-Bedienfeld.

Die Sicherheit der SHUTTLE-Maschine während ihrer gesamten Betriebsdauer wird durch ein umfassendes System von Geräten und Schutzmaßnahmen gewährleistet, das durch moderne aktive Gaswarnsysteme, Flammensensoren, ineinandergreifende Sicherheitsschlösser und Bewegungsverriegelungen unterstützt wird.

Jede Workstation wurde mit einem unabhängigen manuellen Bedienfeld ausgestattet. Die Sicherheit und Qualität des technologischen Prozesses werden durch ein SAFETY-System überwacht, das über eine Fail-Safe-SPS von Siemens implementiert wird, sowie durch unsere erstklassigen SINAMICS-Servoantriebe, die mit integrierten SICHERHEITSFUNKTIONEN ausgestattet sind.

Marcin Köter, Vertriebsleiter (m/w/d), Siemens Polen

Schaltschrank-Ausrüstung

Ein wichtiger Teil der Maschinenausstattung ist die Palette der von Rittal gelieferten Lösungen, darunter VX25-Steuerungs- und Verteilerschränke mit integrierter Klimatisierung sowie VX25 Ri4Power- und RiLine60-Stromverteilungssysteme.

Zusätzlich zu den Siemens-Lösungen enthält die SHUTTLE-5700 HYBRID-Maschine Geräte von Rittal, darunter VX25-Steuerungs- und Stromverteilungsschränke mit integrierter Klimatisierung sowie VX25 Ri4Power- und RiLine60-Stromverteilungssysteme. Insgesamt ist die Maschine mit 12 Rittal-Schränken ausgestattet, in denen elektrische Niederspannungsgeräte untergebracht sind.

„Die beiden Hauptversorgungsschränke sind mit einem 2500-A-Hauptleistungsschalter von Siemens und Rittal NH3 630-A-Sicherheitslasttrennschaltern ausgestattet. In den Abgangsschränken, die die einzelnen Heizelemente versorgen, wurden RiLine60-Sammelschienensysteme mit 30 × 10 mm Kupfersammelschienen zusammen mit Sicherungslasttrennschaltern und Verbindungsadaptern installiert.“ erklärt Bartosz Kaźmierczyk, Produktmanager, verantwortlich für das Segment Power Distribution bei Rittal.

Das Schrank- und Sammelschienensystem bildet eine umfassende Lösung für den Bau zertifizierter Niederspannungsschaltanlagen mit interner Unterteilung. Das VX25 Ri4Power-System wurde mit elektrischen Geräten von Siemens gemäß der Norm EN 61439 getestet, einschließlich des 3WL1225 2500 A Air Circuit Breaker (ACB), der in diesem Projekt verwendet wurde.

„Diese Lösung ist für Anwendungen mit Nennströmen von bis zu 6.300 A konzipiert. VX25 Ri4Power kombiniert Stromverteilungs- und Steuerungstechnik in einem einzigen Gehäuse. Das umfassende modulare System ermöglicht die schnelle und flexible Implementierung jedes Schaltanlagenabschnitts mit Trennungsformen von 1 bis 4b. Es ermöglicht auch die Erstellung von individuell konfigurierten Sammelschienenabteilen, Funktionseinheiten und Verbindungsbereichen.“
sagt Bartosz Kaźmierczyk von Rittal.

Das Projekt umfasst auch vier Blue e+ Klimaanlagen, jede mit einer Kühlleistung von 2 kW. Jede Einheit ist direkt an der Tür eines Schaltschranks montiert. Um die Energieeffizienz zu verbessern, verwendet Rittal innovative Hybridtechnologie in seinen Klimaanlagen. Diese Technologie kombiniert ein herkömmliches Kompressorkühlsystem mit einem Heatpipe-System, das für passive Kühlung sorgt. Der Kompressor funktioniert nur, wenn die passive Kühlung allein nicht ausreicht. Infolgedessen bietet die Lösung sowohl einen niedrigeren Energieverbrauch als auch geringere CO₂-Emissionen.

Um optimale thermische Bedingungen für die in den Schränken installierten Geräte zu gewährleisten, wurden Blue e+ Klimaanlagen mit einer Kühlleistung von 2 kW eingesetzt.“

Hohe Qualität, Kosteneinsparungen und Umweltvorteile

Die Verwendung umweltfreundlicher Lösungen und Materialien, einschließlich Energiesystemen, die auf erneuerbaren und emissionsarmen Energiequellen basieren, ist eines der Unterscheidungsmerkmale der von Orex entwickelten Maschinen. Zu den weiteren Vorteilen der Hybridlösungen des Unternehmens gehören geringerer Materialabfall und niedrigere Produktionskosten, insbesondere bei kleinen Produktionsserien.

Im Vergleich zu anderen Formgebungsverfahren wie Spritzgießen oder Pressformen erfordert das Rotationsgussverfahren nicht die hohen Drücke, die erforderlich sind, um Material in eine Form zu drücken. Diese Eigenschaft macht es zu einer idealen Methode für die Herstellung großer, einteiliger Produkte wie Tanks, Behälter und Außengehäuse. Darüber hinaus minimiert das Rotationsgießen den Materialabfall erheblich. Im Gegensatz zu konkurrierenden Produktionsmethoden, bei denen überschüssiges Material oft abgeschnitten und weggeworfen wird, wird fast der gesamte Kunststoff, der im Rotationsgussverfahren verwendet wird, Teil des Endprodukts. Dies führt zu einer effizienteren Materialnutzung und trägt zu niedrigeren Gesamtproduktionskosten bei.

„Die Werkzeuge, die beim Rotationsgießen verwendet werden, sind im Allgemeinen einfacher und kostengünstiger als die Werkzeuge, die für andere Spritzgusstechnologien benötigt werden. Dadurch ist das Verfahren für Hersteller zugänglicher, insbesondere für diejenigen, die Kleinserien herstellen. Darüber hinaus zeichnen sich Produkte, die mit diesem Verfahren hergestellt werden, durch eine höhere Qualität aus. Sie sind nahtlos und frei von Schweißnähten und Verbindungen, wodurch sie widerstandsfähiger gegen Abnutzung, Beschädigung und mechanische Beanspruchung sind. All diese Vorteile machen das Rotationsgießen zu einer attraktiven Wahl für Produkte, die unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen funktionieren müssen.“
schließt Przemysław Orlik, CEO von Orex Rotomoulding.