In der Kunststoffindustrie nutzt man Extruder unter anderem für die Herstellung von Halbzeugen und Endprodukten, wie zum Beispiel Rohre. Doch steigende Rohstoff- und Energiepreise verlangen nach neuen Entwicklungen im Bereich der Extrusion. Daher implementiert die Hans Weber Maschinenfabrik in seinen Extruder der HighPerformance-Linie flüssiggekühlte Frequenzumrichter.

Die Hans Weber Maschinenfabrik, gegründet im Jahr 1922 und ansässig im oberfränkischen Kronach, ist spezialisiert auf Extruderlösungen. Ob Konstruktion und Herstellung von Getrieben, Zylindern, Schnecken sowie dem gesamten mechanischen Aufbau des Extruders – das Unternehmen legt Wert darauf, seinen Kunden nur das anzubieten, was im eigenen Technologiecenter entwickelt, geprüft und gefertigt wurde.
Zum Einsatz kommen Extruder unter anderem in der Kunststoffindustrie zur Herstellung von Kunststoffteilen wie Folien, PET-Flaschen und Rohren. Technische Profile sowie Profile für Kunststofffenster werden ebenfalls extrudiert. Weber ist vorwiegend in den Bereichen Fensterprofile, technische Profile, Rohrextrusion sowie Faserstoffextrusion tätig. 
Für eine gleichbleibende hohe Qualität des entstehenden Produktes erfordert der Prozess sehr präzise Steuer-, Regelungs- und Antriebsfunktionen. Den notwendigen Druck erzeugen auf den Prozess angepasste Schneckenwellen. Ein Antrieb, bestehend aus einem umrichtergespeisten Reluktanz-, Synchron- oder Asynchronmotor mit Getriebeeinheit, sorgt für die Rotation der Schnecken. In der Eingangszone, im hinteren Bereich des Schneckenzylinders, gelangt das zu verarbeitende Material kontinuierlich zur Schnecke. Um das Kunststoffgranulat im Schneckenbereich zu erwärmen, sind dort mehrere Heizzonen positioniert. Das Zusammenspiel aus Heizenergie und mechanischem Energieeintrag der Extruderschnecke bewirken eine optimale Aufschmelzung des Kunststoffs. Dadurch wird die exakte Weiterverarbeitung des Kunststoffs gewährleistet. Das plastifizierte Material wird in der Kompressionszone verdichtet und erfährt nach Passieren der Austragszone durch das Werkzeug die eigentliche Form.
Im Anschluss erfolgt die Kalibrierung des Extrudats, in der Regel mittels Unterdruck und Wasser. Damit wird die geforderte Außenkontur des extrudierten Produktes sowohl von der Oberfläche als auch von den Abmessungen her erzielt. Alle entsprechenden Prozessgrößen sind dabei optimal auf den Prozess abgestimmt. Die im Umrichter integrierte SPS-Steuerung kann komplexe und besonders schnelle Regelungsprozesse oder Abläufe wie zum Beispiel Druckeinstellung realisieren. Ein CANbus-Netzwerk übermittelt die Ist- und die Stellgrößen an den Frequenzumrichter.

Platzersparnis, Leistung und Leistungsdichte

Nutbuchsen-Extruder wie die vorliegende Maschine baut Weber bereits seit mehr als fünf Jahrzehnten. Doch steigende Rohstoff- und Energiepreise erfordern neue Ansätze und Entwicklungen im Bereich der Rohrextrusion, um den Prozess effizienter und energiesparender zu gestalten. Dieser Herausforderung hat sich das oberfränkische Unternehmen gestellt und fertigt energetisch optimierte sowie auf hohen Anstoß ausgelegte Extrusionslösungen. Hierzu gehört die NE 40 D-Serie, die über vier Extrudermodelle mit Schneckendurchmessern von 50 bis 120 mm verfügt. Für die weitere Prozessoptimierung setzt Weber bei dieser HighPerformance-Linie auf die flüssiggekühlten Vacon-NXP-Frequenzumrichter von Danfoss. Sie bieten hohe Platzersparnis, Leistung sowie Leistungsdichte. Zudem sind sie besonders für Orte geeignet, an denen eine Luftkühlung schwierig, teuer oder unmöglich ist. Flüssigkühlung eliminiert Luftschächte, indem sie mit Kühlflüssigkeit Abwärme hocheffizient aus dem Schrank oder Schaltraum abtransportiert. Ein hochgradiger Schutz in anspruchsvollen Umgebungen ist damit garantiert. Gleichzeitig schützt dieses Verfahren die empfindliche Elektronik vor aggressiven Umgebungseinflüssen wie Gasen.
Durch die fehlende Luftkühlung bauen die Frequenzumrichter besonders kompakt. Die Platzersparnis beim Leistungsteil kann im Vergleich zu einem luftgekühlten Frequenzumrichter gleicher Leistung bis zu 70 Prozent betragen. Im Falle des Extruders von Weber entsteht ein Verlust von 10,7 kW, aber lediglich 700 W verbleiben im Schrank. Den gesamten übrigen Verlust transportiert das Wasser ab, was etwa 95 Prozent der Verlustwärme entspricht. Auf diese Weise lässt sich der Schrank hermetisch abriegeln. Aufgrund dieser geringeren Abwärme im Schrank sind große Klimatisierungssysteme dort überflüssig. Die Investitions- und Betriebskosten und somit auch die Amortisierungszeiten für den Anlagenbetreiber minimieren sich.

Schaltschrank optimal ausgenutzt

Aufgrund der kompakten Baugröße und der Modularität der NXP-Frequenzumrichter lassen sie sich optimal auch bei wenig Platz in das System individuell einpassen. Dazu trägt auch die Möglichkeit bei, die Module in beliebiger Lage einzubauen, auch liegend. Damit gewährleistet der Frequenzumrichter nicht nur eine optimale Schaltschrankausnutzung, sondern erlaubt auch reduzierte Maße bei der gesamten Maschine. Bedenkt man, dass in vielen Produktionsstätten mehrere Extrusionsanlagen in einer Reihe stehen und der Anlagenbediener alle Maschinen im Blick behalten muss, ergibt sich daraus ein hoher Mehrwert. Denn während bisher bei sehr großen Leistungen ein über die restliche Anlage hinausragender Schaltschrank die Sicht oft beeinträchtigte, weist die gesamte Anlage durch die bessere Ausnutzung aufgrund des liegenden Einbaus der Module nun die gleiche Höhe auf.

Überdurchschnittliche hohe Drehzahl- und Drehmomenttreue

Die auf die Extruder optimierte Applikation bildet den Kern des hier eingesetzten Vacon-NXP-Frequenzumrichters. Sie gewährleistet eine überdurchschnittliche hohe Drehzahl- und Drehmomenttreue über den gesamten Stellbereich. Der integrierte Datenlogger hilft zudem, dynamische Ereignisse und Betriebsdaten ohne den Einsatz zusätzlicher Hardware zu analysieren. Für die Überwachung, Konfiguration und Fehlersuche stehen Modbus/TCP, Profinet IO, Ethernet/IP zur Verfügung. Eine einfache und vor allem sehr schnelle Inbetriebnahme ermöglicht unter anderem die speziell für OEM-Kunden entwickelte Parametrierung. Hier kann sich der OEM die Parameter individuell für seine Anwendung ähnlich einem Baukastenprinzip durch Auswahl selbstzusammenstellen. Diese User-Sets sind dann voreingestellt und lassen sich in verschiedenen Maschinentypen einzeln oder in Kombination abrufen, was die Einrichtung der Maschine vereinfacht, beschleunigt und die Fehlerquellen reduziert. Der ebenfalls enthaltene Anlaufassistent beschleunigt ebenfalls die problemlose Einrichtung.