3D-gedrucktes Isolierstück für Spritzgussmaschinen spart 275 Tonnen CO2 pro Jahr
Die WITOSA GmbH mit Sitz in Frankenberg (Eder) ist führend in der Entwicklung und Herstellung von Heißkanalsystemen für die Kunststoffverarbeitung in Spritzgießverfahren.
Als „Hidden Champion“ der Branche hat das 2006 gegründete Unternehmen innovative Lösungen entwickelt, darunter die inzwischen patentierten Energy BLOCKER®. Diese speziellen Isolierstücke verbessern die Energie- und Ressourceneffizienz der Heißkanalsysteme. Sie sind zwischen dem Formwerkzeug und dem Heißkanal positioniert und minimieren den Wärmeübergang zwischen der heißen und kalten Seite des Spritzgießprozesses.
Analyse und Berechnung künftiger Energie- und Ressourceneinsparung
So revolutionär die Entwicklung auch war, brauchte Geschäftsführer Torsten Glittenberg für den Produktionsaufbau und eine schnelle Marktdurchdringung weitere finanzielle Mittel. Er nahm eine PIUS-Beratung in Anspruch, die Bernhard Jöckel von Jöckel Innovation Consulting GmbH im Auftrag der RKW Hessen GmbH durchführte. Der Innovationsberater analysierte und berechnete die künftige Energie- und Ressourceneinsparung durch den neuen Produktionsprozess und ermittelte die voraussichtliche Förderhöhe. Damit stellte der Geschäftsführer von WITOSA erfolgreich einen Antrag beim Investitionsförderprogramm PIUS-Invest.
Wärme- und Kälteübergang durch Isolatoren begrenzen
Das Prinzip der Heißkanäle beim Spritzgussverfahren ist ein wesentlicher Bestandteil der modernen Kunststoffverarbeitung. Heißkanäle sind essentiell, um den flüssigen Kunststoff (Schmelze) von der Spritzdüse der Maschine bis in die Kavität (Hohlräume) im Formwerkzeug zu befördern. Es ist entscheidend, dass die Temperatur der Schmelze konstant hoch bleibt, um eine gleichmäßige Befüllung der Kavitäten zu gewährleisten. Dies wird durch Heizelemente im Heißkanalsystem erreicht. Das Formwerkzeug ist deutlich kühler, damit die Kavitäten definiert abkühlen und das Kunststoffprodukt schnell ausgeworfen werden kann. Die bisher aus einer Titanwelle herausgedrehten Isolierstücke zwischen Heißkanal und Werkzeug hatten den Nachteil, dass sie trotz ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit einen Wärmeübergang auf das Werkzeug zuließen. Der Heißkanal brauchte zusätzlichen Strom zum Temperaturerhalt der Schmelze. Damit das Werkzeug mit dem gegossenen Produkt kontrolliert abkühlte, war für jeden Vorgang zusätzliche Kühlenergie erforderlich.
Lösung: Materialwechsel
Die WITOSA-Ingenieure suchten und entwickelten eine Alternative zu Titan, das ein um den Faktor 92 höheres CO2-Äquivalent als Stahl hat. Sie entwarfen ein neues Design mit einer Wabenstruktur, um die Wärmeleitfähigkeit zu reduzieren und gleichzeitig die Druckbeständigkeit bis 1.200 N/mm² zu gewährleisten. Diese neue Hexagonalstruktur bietet nicht nur mechanische Stabilität, sondern senkt durch ihre Hohlräume auch die Wärmeleitfähigkeit. Solche komplexen Strukturen lassen sich nur durch 3D-Druck realisieren, da sie wandstärkenoptimierte Geometrien innerhalb der Hexagonalkanäle erfordern. Die Energy BLOCKER® von WITOSA lassen sich jetzt mittels additiver Fertigung (3D-Druck) aus herkömmlichem Werkzeugstahl herstellen. Titan ist deshalb nicht mehr nötig.
Investitionssumme: 900.000 Euro
Investitionszuschuss: 360.000 Euro
Energieeinsparung: 21.000 kWh pro Jahr
CO2-Einsparung: 275 Tonnen CO2 pro Jahr
Die Förderung von PIUS-Invest in Höhe von 360.000 Euro machte es möglich, unsere neue Fertigung sofort groß genug auszulegen.
Bilanz: CO2-Einsparung von 275 Tonnen pro Jahr
Alleine durch dieses neue Herstellungsverfahren der Isolierstücke spart WITOSA gegenüber Titan rund 275 Tonnen CO2 pro Jahr ein, davon alleine 21.000 kWh pro Jahr elektrische Energie. Der positive Nebeneffekt zugleich: Im Kundeneinsatz sparen die Energy BLOCKER® rund 40 Prozent Strom in der Produktion! Ein unabhängiges Institut bestätigte, dass rund 40 Prozent der Energie für die früheren Wärme- und Kühlungsprozesse künftig entfallen. „Diese unabhängige Analyse bestärkte uns, die Produktion der Energy BLOCKER® künftig mit einer eigenen 3D-Druckanlage selber zu organisieren“, berichtet Torsten Glittenberg. Für einen schnelle Markteintritt und zur Befriedigung der hohen Kundennachfrage musste die Anlage jedoch größer geplant werden, als es die Eigenmittel des Unternehmens ermöglicht hätten. „Der Bericht von Bernhard Jöckel und die daraus resultierende Förderung von PIUS-Invest in Höhe von 360.000 Euro machten es möglich, die neue Fertigung sofort groß genug auszulegen“, resümiert der WITOSA-Geschäftsführer.
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Sasa Petric
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