In der Rohrextrusion nehmen die Energieeffizienz der Anlage sowie der Materialverbrauch großen Einfluss auf die Kosten. An beiden Stellen sind mit der passenden technischen Konfiguration deutliche Sparpotenziale vorhanden.
„Die Investitionskosten für komplette Rohrextrusionsanlagen zahlen sich bei uns schnell aus“, ist Andreas Türk, Director Sales Infrastructure bei der battenfeld-cincinnati GmbH, Bad Oeynhausen, sicher. Schließlich seien die Komponenten einer Gesamtanlage nicht nur gut aufeinander abgestimmt, sondern technisch so ausgelegt, dass sich mit ihnen im Vergleich zu Vergleichsanlagen sowohl Energie- als auch Rohstoffkosten einsparen lassen. Durch die verringerten Produktionskosten amortisierten sich die Investitionskosten schon nach drei bis vier Jahren.
Komplettanlage zur Herstellung von PO-Rohren mit dem Extruder solEX, dem Werkzeug helix II und der Nachfolge vacStream, coolStream, pullStream und cutStream. (Abb.: battenfeld-cincinnati)
Der Extruder ist in jeder Rohrlinie nicht nur eine der wichtigsten Kernkomponenten, sondern mit teilweise bis zu 80 % des Gesamtenergieverbrauchs auch der größte Energieabnehmer. „Wir schaffen es, durch die verfahrenstechnische Auslegung der neuen Einschnecken-Baureihe solEx NG, den Energieverbrauch, im Vergleich zu Vorgängergenerationen, um rund 15 Prozent zu senken“, betont Türk. Hauptverantwortlich für diese Verbesserung ist der innengenutete Zylinder, der in Kombination mit der darauf abgestimmten Schneckengeometrie ein niedriges axiales Druckprofil aufweist. Dies führt sowohl zu einem reduzierten Energieverbrauch als auch zu einem geringeren Maschinenverschleiß. Gleichzeitig sorgt die neue Verfahrenseinheit für eine schonende und homogene Aufschmelzleistung bei rund 10 K niedrigeren Temperaturen.
Unverzichtbar ist auch die zweite Kernkomponente jeder Rohrlinie: das Werkzeug. Helix-Werkzeuge von battenfeld-cincinnati bringen neben der verfahrenstechnischen Kombination aus Siebkorbverteiler und Verwischgewinde aufgrund ihrer Bauform auch mit um 10 % niedrigeren Energiekosten für die Heizleistung im Vergleich zu herkömmlichen Rohrköpfen mit. Zudem wird durch den Siebkorb die Schmelze thermisch und mechanisch homogenisiert, was zu einer Verbesserung der Produktqualität führt.
Dritter wichtiger Einflussfaktor für den Gesamtenergieverbrauch einer Rohrlinie liegt in der Kühlung und damit in den Nachfolge-Einheiten, bestehend aus Vakuumtanks und Sprühbädern. Das Green Line Concept arbeitet mit frequenzgeregelten Pumpen und einer effizienten Wasserführung, beides trägt zur Energiereduktion bei.
Mit einem energieeffizienten Gesamtanlagen-Set-up aus solEx NG, helix-Werkzeug und green-line-Nachfolge lassen sich laut battenfeld-cincinnati bei der Herstellung eines 250 mm PO-Rohres mit SDR 11 und einer Ausstoßleistung von 1.000 kg/h rund 85.000 EUR Energiekosten pro Jahr einsparen (kalkuliert mit 7.000 h Produktion p.a. und 12 Eurocent pro kWh). Dies entspricht bei einem gebräuchlichen Energiemix in etwa einem CO2-Äquivalent von 315.000 kg.
Wie bei den Energiekosten der Extruder, ist bei den Produktionskosten der Materialverbrauch der Haupteinflussfaktor: Rund 85 % der Produktionskosten entfallen auf den eingesetzten Rohstoff. „Wir müssen aus ökologischen und ökonomischen Gründen darauf achten, dass wenig Ausschuss produziert wird und die Gutproduktion in engsten Toleranzen erfolgt“, weiß Andreas Türk und erklärt, dass die Linienkomponenten von battenfeld-cincinnati genau darauf ausgelegt sind. Aufgrund der Kombination aus Siebkorbverteiler und Verwischgewinde der helix-Rohrköpfe, sei eine exaktere Verteilung der Schmelzemasse gegeben, was sich vor allem bei dickeren Wandstärken zeigt. Aufgrund der besseren Schmelzequalität lassen sich die Toleranzbereiche der Wandstärken im Rohr reduzieren. In den Rohrlinien sind außerdem neben der gravimetrischen Dosierung, die für die exakte Mengendosierung sorgt, und dem Extruder, der mit einer geringen Durchsatzschwankung arbeitet, vor allem die Inline-Wanddicken-Regelung und die Zentrierhilfe im Werkzeug für exakte Wanddickenverteilungen und geringe Toleranzen verantwortlich. Exakte Wanddickenverteilungen wiederum verringern den Materialverbrauch.
Dazu ein Beispiel: Wenn die Sollwandstärke von 6,2 mm eines 200 mm PO-Rohres mit SDR 33 in einem engen Toleranzbereich zwischen 6,22 und 6,48 mm schwankt anstelle von üblichen bis zu 7 mm lassen sich pro Jahr bei einer Durchsatzleistung von 1.000 kg/h rund 1 Mio. EUR an Rohstoffkosten einsparen (kalkuliert mit 1,50 EUR pro kg/HDPE und 7.000 h Produktion p.a.). Schnelle Farbwechselzeiten aufgrund des Designs der Werkzeuge unterstützen die Rohstoffeinsparungen.
Bei der Großrohrproduktion ist insbesondere der sogenannte Sagging-Effekt von Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit einer Anlage. Kann dieser weitestgehend verhindert werden, trägt dies zur Effizienz der Anlage bei. Auch hier konnten in den letzten Jahren durch Neuentwicklungen im Bereich der Rohrkopfes Verbesserungen erzielt werden.
