Digitaler Zwilling und Lüftungstechnik optimieren Kunststoffproduktion
Die BURK Kunststofftechnik GmbH & Co. KG in Gladenbach nahe Marburg produziert aus verschiedenen Kunststoffgranulaten Bauteile für Automobilunternehmen, Heizungstechnik und Baustoffzubehör. Energie- und Ressourceneffizienz standen bereits bei der Gründung 1992 auf der Agenda.
2017 investierte das Familienunternehmen nach einer Impulsberatung in Photovoltaik, LED-Beleuchtung, Außenluftkühlung und Wärmerückgewinnung. Dafür erhielt es 20 Prozent Zuschuss aus Mitteln des europäischen Sozialfonds. Das senkte die CO2-Emissionen um 175 Tonnen, die Energiekosten um 30 Prozent. Seit 2019 digitalisiert Marco Burk seine Fertigung und investierte mit PIUS-Invest in neue Maschinen und Software.
Investitionen entlang der technischen Entwicklung
Schon bei seiner PIUS-Beratung 2017 stellte Marcus Nickel vom B/3/E-Energiebüro weitere Effizienzpotenziale fest. Diese hebt der gelernte Kunststoffingenieur und MBA Marco Burk seit 2019 mit Unterstützung einer erneuten PIUS-Beratung. Mit seinem Antrag legte er die Basis für einen Zuschuss aus PIUS-Invest: „Die technische Entwicklung bei Spritzgießmaschinen, Ablufttechnik und digitaler Prozesssteuerung hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte gemacht. Wir haben mit PIUS nun die Möglichkeit gehabt, unseren Materialeinsatz, den Ausschuss und den Energieverbrauch noch einmal nachhaltig zu senken“, berichtet Marco Burk. Bis Ende 2021 hat er seine Produktion auf drei Fertigungslinien so optimiert, dass diese nochmal etwa 20 Prozent effizienter arbeiten.
Neue Fertigungslinien senken Materialeinsatz und Ausschuss
Befestigungskomponenten für die Bauindustrie sind Massenprodukte, die das Unternehmen bisher aufgrund der Produktionsverfahren mit teilweise erhöhtem Ausschuss herstellte. Beim Spritzgießverfahren werden Kunststoffpellets aus einem Silo gefördert, zunächst mit Abwärme getrocknet, der Maschine zugeführt, dort mit Strom aufgeheizt, bevor die Masse in die vorgewärmte Werkzeugform gegossen wird. Die Form wird abgekühlt, das geformte Produkt ausgeworfen und magaziniert. Prozessbedingt entstanden beim alten Fertigungsverfahren Fehlgüsse und bisweilen Verschmelzungen zwischen den Produkten, wodurch Ausschuss anfiel. Dieser wurde entsorgt oder aber in einem energieintensiven Verfahren recycelt.
Neue Befestigungsclips mit innovativen Eigenschaften entwickelt
In einem anderen Forschungsprojekt hatte Marco Burk neue Befestigungsclips mit innovativen Eigenschaften entwickelt, die ein niedrigeres Gewicht (Materialreduzierung) sowie eine erhöhte Haltekraft durch Filigran-Bauweise haben. Auf den bisher eingesetzten Maschinen konnte er diese Innovation aber nicht umsetzen. Hinzu kam, dass er die Produkte aufwändig magazinieren lassen musste. Zwei andere und ebenfalls veraltete Maschinen konnten zwar unter hohem Energieaufwand magazinieren, verursachten aber ebenfalls einen hohen Recyclingaufwand.
20 bis 70 Prozent mehr Energieeffizienz durch neue Spritzgießmaschinen
Mit dem PIUS-Zuschuss und zinsgünstigen Krediten installiert Marco Burk bis Ende 2021 drei neue Spritzgießmaschinen. Sie arbeiten mit reibungsarmen Führungselementen und elektro-hydraulischen Regelpumpen sowie mit einer intelligenten Servo-Hydraulik zwischen 20 bis 70 Prozent energieeffizienter. Zudem verbessern sie die Qualität und senken Materialeinsatz sowie Ausschuss um 16 Prozent. Die Maschinenabwärme wird künftig auch zur Vorerwärmung der Pellets genutzt. Das spart früher benötigte Heizenergie. Durch die geplante Lüftungsanlage geht nicht nur weniger Abwärme verloren, sondern ein ausgeklügeltes System ermöglicht über drehzahlgeregelte Ventilatoren einen Frischluftteppich. Das sorgt für eine verbesserte Frischluftzufuhr und damit für angenehmere Arbeitsbedingungen für die Mitarbeiter – gerade im Sommer.
Automatisierte Prozessketten steigern Qualität und beschleunigen Produktionszyklen
Das Herzstück seiner neuen drei Fertigungslinien bilden aber digitale Technologien für alle Prozessschritte. Die neuen Spritzgießmaschinen können ihre Prozesse zum Teil selbst steuern. Sie erkennen beispielsweise Temperatur und Feuchte der Kunststoffpellets und regeln danach ihren Energieeinsatz in der Trocknungs- und Aufheizphase. Sie melden, wenn eine Werkzeugform eine Reinigung benötigt. Der Prozess wird von der automatisierten Zuführung der Pellets aus dem Silo bis zur Ausgabe der Befestigungsclips nahezu vollständig automatisiert, Fehlgüsse und somit Abfall werden größtenteils vermieden. „Insgesamt laufen die Prozesse stabiler, die Fertigungszyklen sind kürzer und benötigen weniger Eingriffe von außen“, erläutert Marco Burk.
Produktion über digitalen Zwilling aus der Ferne steuern
Doch damit ist erst der Anfang gemacht, um die Produktion in weiteren Ausbauschritten komplett zu digitalisieren. Durch Software integriert er demnächst die Maschinen noch tiefer in sein Produktionsplanungs- und sein Enterprise Resource Planning-System (ERP) und bindet sie per WLAN ins Firmennetz ein. So plant Marco Burk, die drei Fertigungslinien künftig komplett über einen „Digitalen Zwilling“ zu steuern. Das bedeutet, dass er durch Visualisierung der Fertigungsprozesse auf einem Computer oder Smartphone alle Schritte aus der Ferne steuern kann.
Prozessketten über das Internet of Things organisieren
Zudem sollen künftig Scanner-Systeme dafür sorgen, dass alle produzierten Waren direkt nach der Herstellung in sein ERP eingebucht werden. Mit dieser Betriebsdatenerfassung vernetzt das Unternehmen künftig die Logistikprozesse von Lagerhaltung, Bestellungen, Nachproduktion bis hin zu Auslieferung. „Wir organisieren unsere kompletten Prozessketten über ein ‘Internet of Things‘ (IoT). So sparen wir neben Energie und Ressourcen auch sehr viel Arbeitsaufwand ein. Das entlastet die Mitarbeiter bei der Prozessüberwachung, und ich kann sie für anspruchsvollere Aufgaben einsetzen“, beschreibt Marco Burk seine IoT-Philosophie.
Neue Maschinen und digitaler Zwilling optimieren die Produktion
421.000 Euro PIUS-Invest Zuschuss
Bis zu 70 Prozent höhere Energieeffizienz
Über 420.000 Tonnen CO2 werden eingespart
Wir haben seit 2020 ein besseres Produkt, arbeiten energieeffizienter. Und durch die Digitalisierung der Produktion sind wir noch wettbewerbsfähiger.
Bilanz: CO2-Einspareffekte bringen einen PIUS-Zuschuss von fast 421.000 Euro
Alleine durch den verminderten Ausschuss, Fehlgüsse und materialsparende Produkte senkte BURK den Kunststoffeinsatz um 16 Prozent. Das spart dem Klima über 420.935 Tonnen CO2 ein. Und genauso hoch wie die CO2-Reduktion ist auch sein Zuschuss aus PIUS-Invest: Er erhielt 421.000 Euro. Nach Fertigstellung des Projekts spart er jedes Jahr bis zu 100.000 Euro beim Kunststoff- und Energieeinkauf. Bei einer Maschinenlaufzeit von 20 Jahren machen sich seine Investitionen in weniger als acht Jahren bezahlt. Marco Burk: „Wir haben seit 2020 ein besseres Produkt, arbeiten energieeffizienter. Und durch die Digitalisierung der Produktion sind wir noch wettbewerbsfähiger.“
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