Digitaler Zwilling und Lüftungstechnik optimieren Kunststoffproduktion
Energie- und Ressourceneffizienz standen bereits auf der Agenda, als Norbert Burk (siehe Bild unten rechte Person) 1992 sein Unternehmen gründete. Er integrierte einen Teich und nutzte den Wasserkreislauf zur Werkzeugkühlung. Entlang der technischen Entwicklung rüsten er und sein Sohn Marco Burk (siehe Bild unten linke Person) seither den Betrieb auf.
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
Die BURK Kunststofftechnik produziert aus verschiedenen Kunststoffgranulaten Bauteile für Automobilunternehmen, Heizungstechnik, Baustoffzubehör und diverse Produkte für die Textil-, Medizin- und Elektroindustrie. Die Kunststoffverarbeitung zählt zu den energieintensivsten Wirtschaftszweigen. Der Energiekostenanteil am fertigen Produkt liegt bei bis zu zehn Prozent. Hier lohnt es sich also, auf den Energieverbrauch im Produktionsprozess zu achten.
Mit PIUS Materialeinsatz, Ausschuss und Energieverbrauch nachhaltig senken
Schon bei seiner PIUS-Beratung 2017 stellte Marcus Nickel vom B3E-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, unseren Materialeinsatz, den Ausschuss und den Energieverbrauch noch einmal nachhaltig zu senken“, berichtet Marco Burk. Er hat seine Produktion auf drei Fertigungslinien so optimieren können, 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 früher 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 installierte Marco Burk drei neue Spritzgießmaschinen. Sie arbeiten jetzt 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 auch zur Vorerwärmung der Pellets genutzt. Das spart früher benötigte Heizenergie. Durch eine 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 Mitarbeitenden – gerade im Sommer.
Automatisierte Prozessketten steigern Qualität und beschleunigen Produktionszyklen
Das Herzstück der neuen drei Fertigungslinien bilden 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 als früher, die Fertigungszyklen sind kürzer und benötigen weniger Eingriffe von außen“, erläutert Marco Burk.
Produktion über digitalen Zwilling aus der Ferne steuern
Doch damit war erst der Anfang gemacht, um die Produktion in weiteren Ausbauschritten komplett zu digitalisieren. Durch Software integriert er inzwischen die Maschinen noch tiefer in sein Produktionsplanungs- und sein Enterprise Resource Planning-System (ERP) und bindet sie per WLAN ins Firmennetz ein. So kann Marco Burk die drei Fertigungslinien komplett über einen „Digitalen Zwilling“ steuern. Das bedeutet, dass er durch Visualisierung der Fertigungsprozesse auf einem Computer oder Smartphone alle Schritte aus der Ferne bedienen 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 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 Mitarbeitenden bei der Prozessüberwachung, und ich kann sie für anspruchsvollere Aufgaben einsetzen“, beschreibt Marco Burk seine IoT-Philosophie.
CO2-Einspareffekte bringen einen PIUS-Zuschuss von fast 421.000 Euro
Alleine durch den verminderten Ausschuss, Fehlgüsse und die materialsparenden neuen Produkte senkte das Unternehmen den Kunststoffeinsatz um rund 16 Prozent. Das spart dem Klima bereits über 420.935 Tonnen CO2 ein. Und genauso hoch wie die CO2-Reduktion ist auch sein Zuschuss aus PIUS-Invest: Er erhielt insgesamt fast 421.000 Euro.
Digitalisierte Produktion führt zu höherer Wettbewerbsfähigkeit
Seit Fertigstellung des Projekts spart er jedes Jahr bis zu 100.000 Euro beim Kunststoff- und Energieeinkauf, womit er spielend seine Kredite bedienen kann. Bei einer Maschinenlaufzeit von 20 Jahren machen sich seine Investitionen in weniger als acht Jahren bezahlt. „Wir haben seit 2020 ein besseres Produkt, arbeiten energieeffizienter. Und durch die Digitalisierung der Produktion sind wir noch wettbewerbsfähiger“, freut sich Marco Burk.
Laden Sie sich das PDF-Dokument mit dem detaillierten Praxisbeispiel über die BURK Kunststofftechnik GmbH & Co. KG herunter und lesen, wie das Familienunternehmen seine Fertigung digitalisierte und mit PIUS-Invest in neue Maschinen und Software investierte.
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