Wirtschaftliche und effiziente Trocknung von Kunststoffgranulaten

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1 Wirtschaftliche und effiziente Trocknung von Kunststoffgranulaten Warum Trocknen? Granulate sind durch Lagerung und Materialfluss unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt. Durch Kondensation der Luftfeuchtigkeit an der Granulatoberfläche erfolgt auch eine kapillare Wasseraufnahme. Auch durch Kontakt mit der Umgebungsluft je nach Jahreszeit und Wetterlage kann eine Feuchtigkeitsaufnahme erfolgen. Die meisten technischen Kunststoffen erfordern für die Verarbeitung die Einhaltung eines maximalen Grenzwerts für die Granulatfeuchte. Die Notwendigkeit der Vortrocknung hängt in erster Linie von der Empfindlichkeit des Rohstoffs gegenüber Wasser ab. Selbstverständlich sind Anlieferungsfeuchte, die Art der Verpackung und die Lagerzeit wichtige Kriterien. Beispielsweise wird Polyamid größtenteils in Säcken mit einer Sperrschicht aus Aluminium verpackt, die ein direktes Verarbeiten vom Sack ermöglicht. Die meisten Verarbeiter von Polyamiden trocknen jedoch prinzipiell vor, um natürliche (Anlieferungsfeuchte, Lagerungszeit,) und unnatürliche (angebrochene und beschädigte Verpackung) Schwankungen auszugleichen. PET und PBT hingegen sind in Bezug auf Wasser wesentlich kritischer und müssen immer vorgetrocknet werden, da sonst mit erheblichen Einbußen der Schlagzähigkeit gerechnet werden muss. Hinzu kommt die schnelle Feuchtigkeitsaufnahme nach dem Trocknen, so dass dem richtigen Umgang mit geöffneten Behältern, dem Transport in Förderanlagen sowie der Verweilzeit im Trichter besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muss. So kann unter ungünstigen klimatischen Bedingungen PET innerhalb von 10 Minuten soviel Feuchte aufnehmen, dass der zulässige Grenzwert (0,02%) überschritten wird.

2 1 1 Besondere Beachtung verdient die Trocknung von Mahlgut und voll gesättigtem Granulat (z.b. Bild 1 durch offen herumstehende Behälter). Hier reichen die empfohlenen Trocknungszeiten in der Regel nicht aus. Voll gesättigtes Polyamid kann Trocknungszeiten von mehr als 12 Stunden erfordern. Die damit verbundene Vergilbung ist kaum zu vermeiden. Daher sollten stets die Grundsätze gelten: Angüsse und Mahlgut immer in verschlossenen Behältern lagern! Angebrochene Verpackungen stets verschließen! Auf den Trichter gehört stets der Deckel! Durch zu hohe Feuchtigkeit im Granulat entstehen folgende Produktionsnachteile: Schwankung der mechanischen Eigenschaften Schwankung in der Oberflächenbrillianz Schwankung der Isolationseigenschaften (elektronische Artikel) Materialschwund Schlieren Lufteinschlüsse Einfallstellen Viskositätsunterschiede Entformungs- und Füllprobleme Farbunterschiede Man unterscheidet im Wesentlichen zwei Arten von Trocknungsverfahren: 1.Die Trocknung mit heißer Umgebungsluft und 2. die Trocknung mit vorgetrockneter und aufgeheizter Luft. Bei Kunststoffgranulaten wird grundsätzlich unterschieden zwischen zwei Arten von Feuchtigkeitsgehalt: A) Die hygroskopische Feuchte und B) die Oberflächenfeuchte Kunststoffe wie Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol in reiner Form ohne Zusatzstoffe nehmen nur eine Oberflächenfeuchte an. Durch Kondensation während unsachgemäßer Lagerung kann Luftfeuchtigkeit an der Granulatoberfläche kondensieren. Um diese Granulate zu trocknen, werden üblicherweise sogenannte Heißlufttrockner eingesetzt.

3 Trocknung mit Heißluft: Heizung Trocknungstrichter Gebläse Bild 2a Bild 2b Heißlufttrockner (Bild 2a, 2b) sind Geräte, welche die angesaugte Umgebungsluft aufheizen auf granulatspezifische Trocknungstemperatur, und diese relativ hohe Luftmenge durch das Granulat blasen. Die dem Granulat anhaftende Feuchtigkeit verdunstet durch die Erwärmung. Die feuchtigkeitsbeladene Luft entweicht nach dem Trockensilo in die Umgebung. Geringe Investitionskosten sind der Primärvorteil von Heißlufttrocknern. Absolute Nachteile zeigen sich in den hohen Energiekosten und der Abhängigkeit von der Umgebungsluftfeuchte. Wegen der Abhängigkeit von der Umgebungsluft kann auch keine konstante Trocknungsqualität garantiert werden.

4 Trocknen mit Trockenluft: Heizung Filter Trockenmittel Gebläse Trocknungstrichter Bild 3a Bild 3b Kunststoffe wie ABS,PA, PC, PMMA oder PET ( zumal mit Glasfaser verstärkt) verhalten sich hygroskopisch. Einerseits ist der chemische Aufbau für die interne molekulare Wasserbindung verantwortlich, anderseits kann der mechanische Aufbau der Granulatkörner mit einer kapillarartigen Struktur zu mechanischen Bindung von Wasser beitragen. Je nach Kunststofftype und Umgebungsbedingungen können hier sehr unterschiedlich hohe Mengen von Wasser gespeichert werden. Auf grund dieser Eigenschaften reicht für eine konstante Trocknungsqualität kein Heißlufttrockner aus. Diese Kunststofftypen sollten immer mit einem Trockenlufttrockner getrocknet werden. Bei Trockenlufttrockner wird im Gegensatz zur Heißlufttrocknung die Prozessluft im geschlossenen Kreislauf (Bild 3a, Bild 4) geführt. In der Rückluft befindet sich ein Trockenmittel (Molekularsieb), welches die Luftfeuchtigkeit entzieht. Somit steht im Vorlauf zum Trockensilo immer eine konstant vorgetrocknete Luft zur Verfügung. An einem Trockenlufttrockner können gleichzeitig mehrere Trockensilos angeschlossen werden. (Bild 3b) blower filter for return air return air valve 1 M M valve 2 desiccant cartridge in adsorption suck in filter regeneration blower desiccant cartridge in regeneration resin air distributor M M regeneration heater 1 valve 3 regeneration return air heater 2 valve 4 process air SMARTFLOW process heater suction box Trockenlufttrockner Drymax mit 2 Trockenmittelkammern und Trockensilo mit Prozessheizung und SmartFlow Luftregelung Bild 4

5 Beide Trocknungssysteme werden üblicherweise für eine kontinuierliche bzw. quasikontinuierliche Granulatentnahme verwendet. Entsprechend den Durchsatzleistungen ist auch eine entsprechende Auslegung des Trockners und des Trockensilovolumens vorzunehmen. Chargentrockner bedürfen einer anderen Art der Auslegung. Zur Auslegung einer Trocknungsanlage sind folgende Parameter erforderlich: Kunststofftype Granulatdurchsatz in kg/h Trocknungstemperatur Trocknungszeit / Verweilzeit Eingangsfeuchte Endfeuchte Auswahl der Heizleistung für die Trichterheizung Für Mehrtrichteranlagen ist folgende Formel (gilt auch für Eintrichteranlagen) auf jeden Trichter anzuwenden und die so berechnete Trichterheizung auf die nächst größere Heizungsstufe aufzurunden. Als Eigenwärme des Trockners kann 40 C angenommen werden. P[ kw]? V[ m 3 h]?? T[? C] 2500 mit : P = installier te Heizleistu ng in kw V = Luftmenge? T in [ m h] = Temperatur erhöhung [? C] 3 Als Faustformel kann bei Mehrtrichteranlagen 1,5 kw pro 100 l Trichtervolumen angenommen werden. Davon sind die Materialien PE, PEEK, PP, PPS, PS; PSU ausgenommen, hier ist ggf. eine höhere Heizleistung zu installieren. Trichtervolumen berechnen Das Trichtervolumen lässt sich nach folgender Formel bestimmen: V?? M? mit: V? Trichtervolumen M? Materialdurchsatz?? Schüttdichte?? Verweilzeit

6 Trocknungszeit / Verweilzeit: Bei hygroskopischen Granulaten ist die Einhaltung der Verweilzeit ein wesentlicher Faktor. Dazu müssen die Trocknungsdaten/Diagramme bzw. Empfehlungen der Granulathersteller bekannt sein, um das Volumen des Trockensilos bestimmen zu können. Neben Einhaltung von Temperatur und Taupunkt sollte die empfohlene Verweilzeit weder unter- noch überschritten werden. Durch zu lange Verweilzeiten können z.b. bei PA Viskositätserhöhungen auftreten. Verfärbungen können ebenfalls auftreten. Richtwerttabelle Gültig für Kunststoffgranulat mit einer Korngröße von 3-5 mm und einer Einfülltemperatur von +20 C. Kunststoff Kürzel Trockentemzeidichtmenge Verweil- Schütt- Luft- [ C] [h] [kg/l] [m^3/kg] Acrylnitril-Butadien-Styrol ABS 80 2,5 0,63 1,58 Acrylnitril-Styrol-Acrylester ASA ,66 1,47 Zelluloseacetat CA 60 2,5 0,78 1,92 Zelluloseacetobutyrat CAB 60 2,5 0,71 1,70 Zellulosepropionat CP 70 2,5 0,74 1,92 Ethylen-Vinlyacetat -Cop. EVA 80 2,5 0,57 2,60 Liquid Crystal Polymer LCP ,83 1,63 Polyamid 11 1) PA ,5 0,62 1,43 Polyamid 12 1) PA ,5 0,62 1,81 Polyamid 6 1) PA6 80 3,5 0,68 1,92 Polyamid ) PA ,5 0,65 1,92 Polyamid 6-3-T 1) PA63T 80 3,5 0,67 1,70 Polyamid 6-6 1) PA ,5 0,68 1,92 Polyamid % Glasfaser 1) PA66 GF ,5 0,85 1,58 Polyaryletherketone PAEK ,78 1,71 Polybutylentherephthalat PBT ,81 1,72 Polycarbonat PC 120 2,5 0,72 1,34 Polycyclohexylenedimethyleneterephthalate+ PCTG ,74 1,53 Glycol (Cop.) Polyetheretherketon PEEK ,79 2,52 Polyetheretherketon 30% Glasfaser PEEK GF ,89 2,00 Polyethylen z.b. mit Ruß gefüllt PE-gefüllt ,57 2,15 (lineares) Hart-Polyethylen 2) PE-HD ,58 2,15 Polyetherimid PEI 150 3,5 0,76 1,40 (verzweigtes) Weich-Polyethylen 2) PE-LD ,55 2,15 lineares Polyethylen niederer Dichte 2) PE-LLD ,55 2,15 (lineares) Polyethylen mittlerer Dichte 2) PE-MD ,56 2,15 Polyethersulfon PES 150 3,5 0,82 1,63 Polyethersulfon 30% Glasfaser PES GF ,5 0,82 1,46 Polyethylentherephthalat (injection) PET ,84 1,72 Polyethylentherephthalat (preforms, extrusion) PET-A ,84 2,13 glykolmodifiziertes Polyethylentherephthalat PETG ,76 1,36 Polymethylmethacrylat PMMA 80 3,5 0,71 1,66 Polyoxymethylen POM 100 2,5 0,85 1,66 Polypropylen 2) PP ,54 1,92 Polypropylen 20% Glasfaser 2) PP GF ,63 1,73 Polypropylen 30% Glasfaser 2) PP GF ,68 1,59 Polypropylen 40%Mineral 2) PP M ,73 1,57

7 Kunststoff Kürzel Trockentemzeidichtmenge Verweil- Schütt- Luft- [ C] [h] [kg/l] [m^3/kg] Polyphthalamid PPA ,69 1,58 Polyphthalamid (33%Glasfaser) PPA GF ,89 1,24 Polyphenylenoxid PPO ,64 1,61 Polyphenylensulfid PPS ,80 1,63 Polyphenylensulfid 40% Glasfaser PPS GF ,99 1,38 Polystyrol 2) PS ,63 1,47 Polysulfon PSU 150 2,5 0,74 2,57 Polysulfon 20% Glasfaser PSU GF ,84 2,38 Polysulfon modifiziert PSU mod ,74 1,96 Polytetrafluorethylen PTFE 180 * 1,31 1,19 Polyurethan-Elastomere PUR 90 2,5 0,73 1,92 Polyvinylchlorid PVC 70 1,5 0,81 0,96 Weich-Polyvinylchlorid PVC-P 70 1,5 0,78 1,02 Hart -Polyvinylchlorid PVC-U 70 1,5 0,87 0,96 Styrol-Acrylnitril-Copolymer SAN 80 2,5 0,65 1,36 Styrol-Butadien-Copolymer SB ,63 1,47 Thermopl.-Copolyester TPE-E ,73 2,04 Thermopl. Polyurethan (weich) (TPU) TPE-U ,73 1,81 Taupunkt: Weather conditions C % rel.humidity dewpoint water g/m³ air sultry summer weather (+25 C) 80% rel.humidity (+20,5 C) 19 normal summer weather (+25 C) 60% rel.humidity (+15,5 C) 14 spring / autumn (+15 C) 80% rel.humidity (+10,0 C) 9,75 spring / autumn (+10 C) 70% rel.humidity (+4,5 C) 6,7 winter 0 C 80% rel.humidity (-2,5 C) 3,9 winter (-10 C) 50% rel.humidity (-17,5 C) 1,03 minimum value f. dryers (+40 C) 0,65% rel.humidity (-30 C) 0,3300 DRYMAX (+40 C) 0,02% rel.humidity (-60 C) 0,0110 Ein Gasstrom kann nicht beliebig viel gasförmiges Wasser bei einer bestimmten Temperatur aufnehmen. Sobald der Sättigungspunkt erreicht ist, fällt der Wasserdampf als Kondensat aus. Es bildet sich Tau, daher auch die Bezeichnung Taupunkttemperatur. Die Wasseraufnahme von Luft steigt mit fallendem Taupunkt. Übliche Taupunkte bei Trockenlufttrockner liegen bei 30 C T P bis 60 C T P. Energetisch liegt der optimale Taupunkt bei 30 C. Jeder niedrigere Taupunkt bringt keine wesentlichen Verbesserungen des Trocknungsergebnisses, steigert aber unnötig den Energieverbrauch, resultierend aus einem höheren Energiebedarf bei der Regeneration.

8 Feuchtigkeitsüberprüfung Die Granulatfeuchte lässt sich mit handelsüblichen Prüfgeräten, nach manometrischer oder Karl- Fischer Methode, messen. Um hier Fehlerquellen zu vermeiden, sollte die Probe weit unten im Trichter entnommen und in einem geeigneten Behältnis verschlossen werden. Hier bewähren sich spezielle verschweißbare Taschen, die mit Aluminium und PE kaschiert sind, oder luftdicht verschließbare Glasbehälter aus dem Laborbereich. Wirtschaftlichkeit und Effizienz. Von der Energiebilanz zeigt der Trockenlufttrockner klare Vorteile. Durch Luftrückführung im geschlossenen Kreislauf können die Wärmeverluste um ca. 40 bis 60% niedriger sein als beim einfachen Heißlufttrockner. Der Heißlufttrockner bläst die Restenergie mit der Abluft direkt in die Umgebung ab. Weiter bieten Wittmann-Trockenluftsysteme zusätzliche Regeltechnik, welche zur bedarfsgerechten Energieübertragung und zur Qualitätssicherung dienen. Die DRYMAX Mehrtrichter-Trocknungsanlagen besitzen als Standard je Silo eine automatische Motorklappen-Luftregulierung >SMARTFLOW<. Die Luftmenge je Tr ockensilo wird in Abhängigkeit von Granulatdurchsatz und Füllstand optimal angepasst.

9 Lager und Fördersysteme: Das Thema der Fördersysteme ist umfangreicher als die Baugruppen Trocknen, Dosieren, Mahlen. Dies liegt in der Natur der Sache wenn wir, wie hier in dieser Zusammenfassung speziell die verfahrenstechnische Verknüpfung der einzelnen Baugruppen betrachten. Die Varianz der Fördersystem-Bauteile und deren Kombinationsmöglichkeiten scheinen nahezu unendlich. Über Details von z.b. Trocknungsanlagen könnte man sich aber bezüglich apparativen und verfahrenstechnischen Funktionen noch weiter vertiefen. Dies ist natürlich von der Interessenlage und dem Wissensstand des Auditoriums bzw. des Lesers abhängig. Fördersysteme setzen nicht unbedingt voraus, dass alle Rohstoffe in Silos gelagert werden müssen. Es können auch Gebinde wie Sackware, Kleincontainer, Oktabins und Big Bags in einer Anlage integriert werden. Vorteilhaft ist, wenn die Rohstoffe, egal in welchem Gebinde, in einem separaten Raum positioniert werden. Optimal ausgelegte Vacuumfördersystem lassen es aber auch zu, dass z.b. direkt neben der Verarbeitungsmaschine der Rohstoff aus Kleingebinden zugeführt werden kann.

10 Aussensilos üblicherweise aus Aluminium gefertigt, werden bei Durchmessern von 2, 4 3,5 Metern in den Volumina von 50 bis 200 cbm eingesetzt. Die Befüllung erfolgt aus LKW- oder Bahn-Tankwagen oder über hauseigene Sack-Füllstationen. Es können teilweise Kostenvorteile für Siloware gegenüber Sackware bestehen, wesentlich sind jedoch die Vermeidung von Materialverschmutzung und eine automatisch überwachte Verfügbarkeit über Füllstandsmelder oder Wiegezellen. Bei der Verarbeitung von Sackware empfiehlt es sich, die Säcke in Sackschütten mit Leermelde-Alarm zu entleeren und zu lagern. Für Big Bags und Oktabins sind entsprechende Aufgabevorrichtungen empfehlenswert, um eine störungsfreie Materialentnahme zu gewährleisten. Rohstoff-Materialförderung in der kunststoffverarbeitenden Industrie kann mechanisch über Schneckenförderer( Spiralförderer) erfolgen oder pneumatisch. Bei der pneumatischen Förderung unterscheidet man im Wesentlichen die Druckförderung und die Saugförderung. Wenn man heute von Maschinenbeschickung in Form von Einzelgeräten oder Zentralbeschickungsanlagen spricht, handelt es sich fast immer um Saugförderung mit einer Fördercharakteristik zwischen Flugförderung und Strähnenförderung. Es lassen sich drei Arten von Saugförderungscharakteristika unterscheiden: Flugförderung, Strähnenförderung und Dichtstromförderung. Selbst bei diesen drei Arten gäbe es weitere Unterscheidungsnuancen, welche wir nicht weiter vertiefen wollen. Der Definitions-Übergang zwischen Flug- und Strähnenförderung ist fließend.

11 Zur groben Unterscheidung zwischen Flugförderung und Dichtstromförderung sei nur soviel erwähnt, dass man bei der Flugförderung mit einer Luftgeschwindigkeit von 16 bis 25 m/s ( Gutgeschwindigkeit 6 bis 10m/s) arbeitet. Bei der Dichtstromförderung bei relativ großen Unterdrücken liegen die Luftgeschwindigkeiten bei 3 bis 10 m/s und die resultierenden Gutgeschwindigkeiten je nach Einstellung zwischen 1,5 bis 5 m/s. Einzelsaugfördergeräte bestehen in der Regel aus einem Behälter mit Förderleitungsanschluss, Auslaufpendelklappe mit Schalter, einem Förderluftfilter aus Stoff oder als Papierpatrone mit Druckluft- Filterreinigung und einem Vacuum-Gebläse (integriert oder separat stehend). Die verwendeten Filter in einfachen Einzelsaugfördergeräten sind aus wirtschaftlichen Gründen und Gründen des Platzbedarfes nur in der Lage, Feinstäube im Bereich bis zu 99,5 % zurückzuhalten. Das bedeutet immer eine Staubkontamination der Produktionsräumen. Fördersysteme bestehen im Einzelnen aus einzelnen Abscheiderbehältern ähnlich den Einzelsaugfördergeräten, einer gemeinsamen Filterstation mit einer zentralen Vacuumerzeuger- Station, einer gemeinsamen Steuerung zur Überwachung aller Einzel- und Gesamtfunktionen sowie einem Förderrohrsystem und dem gemeinsamen Vacuum-Rohrsystem. Die Abscheider von Fördersystemen sind fast ausschließlich filterlos bzw. mit grobmaschigen Metallsieben ausgerüstet. Somit erfolgt keine Staubfiltrierung über jeder einzelnen Verarbeitungsmaschine, sonder diese Feinanteile werden über die gemeinsame Vacuumleitung zum zentralen Filter abgeführt. Der Zentralfilter wird konsequenterweise mit dem Vacuum-Gebläse in einem separaten Raum außerhalb der Produktion installiert. Die Staubfreiheit ist einer der großen Vorteile, welche für den Einsatz von Zentral- Fördersystemen spricht. Systemauswahl: Zuerst ist abzuklären, wie viel Maschinen innerhalb eines Systems mit wieviel verschiedenen Materialien befüllt werden sollen. Der maximale Durchsatz jeder Maschine und deren Entfernung zur Materialbevorratung sind erforderlich. Folgende Durchsätze, Entfernungen und Anzahl von Maschinen in einem System wurden realisiert: 1000 Kg/h 140 Meter 70 Maschinen Obwohl die Anzahl der zu beschickenden Verarbeitungsmaschinen, welche an einem gemeinsamen Vacuum - und Steuerungssystem verbunden sind, nach oben theoretisch offen scheint, sollte die Anzahl der Abscheider in einem System auf ca begrenzt werden. Die Begründung liegt nicht in der Begrenzung der System-Leistung, sondern führt zu einer besseren Übersichtlichkeit im Störfall und bei der Wartung. Es gibt inzwischen auch andere Überlegungen zur Frage: Wie viel Maschinen in einem gemeinsamen System verbinden? Zum Beispiel eine kleinere Gruppe von Maschinen zusammenfassen in einer angepassten Trocknungs- und Zentralbeschickungsanlage.Hintergründe liegen bei der flexiblen Möglichkeit der Auslagerung von kompletten Produktionsgruppen an andere werksinterne Standorte oder Auslagerung in andere Werke. Weiter muss geklärt werden, wie häufig Materialwechsel auf der entsprechenden Maschine vorzunehmen ist, wie hoch die Automatisierungserfordernisse anzusetzen sind und wie konsequent die Trennung der einzelnen Materialsorten bezüglich Farben und chemisch-physikalischen Eigenschaften zu berücksichtigen sind. Reinigung von Rohrleitungen sind mit sogenannten Molchsystemen möglich. Je nach Qualität der Rohrverlegung können jedoch innen an den Verbindungsstellen der Rohre Nuten vorliegen in die sich Materialpartikel setzen können. Wenn farbige und glasklare und weiße Materialien verwendet werden sollte man für das glasklare und für das weiße Material vorzugsweise eigene Leitungen verlegen.

12 2 Fördersysteme Maschinenbezogen Materialbezogen Maschinenbezogen: Bedeutet, dass vom Materiallagersilo bzw. von Kupplungsbahnhof eine Förderleitung zu einer Maschine verlegt ist und in dieser Leitung nur zu dieser Maschine gefördert wird. Bei Materialwechsel ohne Reinigung besteht allerdings die Gefahr der Kontamination mit Resten aus dem Vorgängermaterial. Hinweis: Anstelle des manuellen Kupplungsbahnhofes existieren auch Lösungen mit vollautomatischer motorischer Umschaltweiche. Dies bedeutet aber, dass auf einer kleinen Rohrstrecke in der Weiche alle Materialien in stetigem Wechsel gefördert werden ( Gefahr von Kontamination). Bei Verwendung von automatischen Zentralweichen bedeutet eine Störung an der Weiche den Totalausfall des gesamten Beschickungssystemes.

13 Materialbezogen: Bedeutet, dass je Materiallagersilo eine Förderleitung an allen Maschinen vorbeiführt. In Höhe jeder Maschine befindet an jeder dieser Materialleitungen eine Zapfstelle mit Schnellkupplung und Blinddeckel. Der Materialwechsel wird dann über der entsprechenden Maschine vorgenommen. Tabelle 1 Systemauswahl - Einflussgrößen Materialsorten Vermischungsgefahr Max Anzahl maschinenbezogen 100 groß materialbezogen 10 gering Wir erinnern uns noch an die zuvor erwähnte Dichtstromförderung. Natürlich könnte man die beiden Systeme aus Tabelle 1 auch als Flugförderung oder als Dichtstromförderung auswählen.

14 Tabelle 2 Verfahrensauswahl Einflußgrößen Flugförderung Dichtstromförderung Abrieb am Fördergut mittel gering Verschleiß der Förderleitung mittel gering Belagbildung im Rohr mittel gering Entmischung mittel gering Wartungsaufwand gering hoch Einstellung der Anlage unempfindlich sensibel Förderstrom Masse / Zeiteinheit gleichmäßig ungleichmäßig Für die Systemauswahl und Wahl der Rohrmaterialien zeigt uns Tabelle 3 das Verhalten verschiedener Granulate bezüglich Belagbildung und Rohrverschleiß. Tabelle 3 Belagbildung und Verschleiß bei unterschiedlichen Granulaten Belagbildung im Förderrohr Verschleiß im Förderrohr Weiche Granulate ( PE, PP ) mittel gering Harte Granulate ( PC, PS ) gering mittel GFK-verstärkte Granulate gering hoch Lösungsfindung: Als Aufgabe liegt uns vor: eine Beschickung von 25 Maschinen 50 verschiedene, harte Kunststoffsorten Vermeidung von Materialvermischung Gemäß Tabelle 1 käme wegen der Anzahl der 50 Sorten nur das materialbezogene System in Frage. Gemäß Tabelle 2 müsste wegen der harten Kunststoffsorten eine Dichtstromförderung verwendet werden. Der Wartungsaufwand und die Anlagen-Sensibilität spricht jedoch nicht dafür. Gemäß Tabelle 3 erkennen wir, dass mit geringer Belagbildung und mittlerem Verschleiß im Förderrohr zu rechnen ist. In diesem Beispiel erkenn wir, dass bei Realisierung aller Forderungen eine relativ sensible Anlage mit hohem Wartungsaufwand gewählt werden sollte. Es entstehen somit Zielkonflikte und dies erfordert immer entsprechende Kompromisse zu finden. Materialauswahl im Fördersystem Vorzugsweise ist die Abrasivität der Kunststoffsorte entscheidend. Tabelle 3 und nachfolgend Tabelle 4 geben Hinweise für diese Auswahl. Tabelle 4 Materialauswahl Förderleitungen und Filter Gerade Förderbogen Förderschlauch Filter Förderleitung Weiche Granulate ( PE, PP ) AL Edelstahl PVC Textil / Sieb Harte Granulate ( PC, PS ) Edelstahl Edelstahl PVC / PUR Textil / Sieb GFK-verstärkte Granulate Edelstahl Glas PUR Textil / Sieb

15 Die Vacuumleitungen werden üblicherweise mit Aluminium Rohren installiert. Bei Verarbeitung von glasfaserverstärkten Kunststoffen mit sehr hohem Glasfaseranteil kann ein entsprechend hoher Anteil an separiertem Glasstaub auch in der Luftleitung zu Verschleiß führen. Hier sollten zumindest die Abzweigrohrstücke der Luftleitung aus Edelstahl gewählt werden. Auswahl der Fördergebläse Meist werden bei der Flugförderung Seitenkanalverdichter eingesetzt. Diese sind relativ unempfindlich gegen Staub und niedrig in den Beschaffungskosten Allerdings sind Förderdruck und Luftmenge sehr stark voneinander abhängig. Niederer Förderdruck Höhere Luftmenge Höhere Luftgeschwindigkeit Höherer Förderdruck Niedrigere Luftmenge Niedrigere Luftgeschwindigkeit Dies führt innerhalb einer Anlage mit unterschiedlichen Förderstrecken zu wesentlichen Schwankungen in der Fördergeschwindigkeit mit allen bekannten Konsequenzen.

16 Vacuumpumpen (vorzugsweise ölfreie Trockenläufer) bieten hier den Vorteil einer nahezu konstanten Luftmenge bei konstantem Vacuum. Auch reicht der Vacuumbereich bis hin zu 800 mbar wobei Seitenkanalverdichter bei ca. 450 mbar bei stark abfallender Kennlinie bezüglich Luftmenge ihre Grenzen erreichen. Die Investitionskosten sind etwas höher. Diese Pumpen sind bauartbedingt empfindlicher gegenüber Staubbelastung. Aus diesem Grund muss die Wartung des Zentralfilters besser beachtet werden bzw. zusätzliche Sicherheitsmassnahmen wie Einsatz einer Filterüberwachung (Differenzdruckwächter) sind empfehlenswert.

17 Steuerungssysteme WITTMANN liefert 2 Arten von Steuerungen: 1.Herkömmliche SPS-Steuerung ( SIMATIC S 7) PLC Simatic C7 Verdrahtung erfolgt konventionell von jedem Abscheider ( Zentralfilter und Gebläse) eine Verbindung zur Steuerung Als Standard in verschiedenen Ausbaustufen bis zu 16 Abscheider 32 Abscheider 48 Abscheider Erweiterungen kundenspezifisch bis zur Visualisierung der Anlage auf Farb-Graphik-Display 2. WITTMANN BUS-System

18 Kostengünstiges System Verdrahtung erfolgt über ein zentrales BUS -Kabel Fernbediengeräte können an jeder beliebigen Stelle adaptiert werden. Als Standard in verschiedenen Ausbaustufen bis zu 8 Abscheider 16 Abscheider 24 Abscheider Beiden System sind in der Standardausführung gemeinsam: Eingabe der Parameter Förderzeit Prozentuale Zugabe von Zweitmaterial über Dosierventil Leersaugzeit Anzeigen Störmeldung bei Materialmangel Vollmeldung Zentralfilter

19 Einfärben, Dosieren und Mischen auf oder an der Verarbeitungsmaschine: Vorteile der Eigeneinfärbung: Reduzierung der Varianten im Rohstofflager, d.h. es ist nur noch von jedem Rohstoff eine uneingefärbte Sorte zu lagern Keine farbbezogenen Restposten mehr zu lagern Größere Flexibilität und Schnelligkeit um auf Kundenwünsche einzugehen Zugabe von Additiven wie Treibmittel, UV-Stabilisatoren etc. sowie Mahlgut oder andere Rohstoffe sind ebenfalls möglich. Dosiergeräte: Man unterscheidet zwischen volumetrischen und gravimetrischen Dosiergeräten. Volumetrische Geräte arbeiten nach den Prinzipien Lochscheibe Zellenrad Dosierschnecke. Lochscheiben-Dosierung

20 Zellenrad-Dosierung Schnecken- Dosierung WITTMANN-Movacolor Schnecken- Dosiergerät mit Schrittmotor und Drehzahlregelung Additiv-Dosierleistung: 5 g/h bis 25 kg/h (Schüttgutabhängig)

21 Gravimetrische Dosiergeräte- und Mischgeräte können sich aus den unterschiedlichen Dosier-Bausteinen der volumetrischen Geräte zusammensetzen. Jedoch ist bei der gravimetrischen Ausführung jedes der Dosieraggregate auf einer Wiegezelle installiert und die Dosierungen können gleichzeitig erfolgen oder der gemeinsame Mischbehälter wird auf einer Wiegezelle installiert und die Dosierungen erfolgen in den Mischbehälter nacheinander. Dosierschieber Wiegebehälter Füllstandsmelder Mischer Extruder oder Spritzgußmaschine Gravimetrische Dosiergeräte der Baureihe WSB - R

22 Volumetrische Geräte: Zeitaufwendige Kalibrierung Einstellung durch geschultes Personal Prozessdaten und Berechnungen während der Einstellung Voraussetzung eines konstanten Schüttgewichtes Niedrige Investitionskosten Gravimetrische Geräte: Konstante und genaue Dosierung unabhängig von Schüttgewichts-Schwankungen Einsparung von Additiven/Farbe durch exakte Einstellung des Prozentwertes * Einfache Einstellung durch einfache Prozenteingabe Automatische Kalibrierung Qualitätssicherung und Kontrolle durch gravimetrischen Nachweis Hohe Investitionskosten Zusätzlich Datenerfassung wie Einzelne Materialdurchsätze Gewichte der produzierten Batche Auftragsnummer, Maschinennummer, Datum und Zeit Software (MLAN): Material- und Rezeptverwaltung Statistik der Materialverbräuche Produktionsgeschichte gemäß ISO 9000 Höhere Anforderungen an Qualität und der Wunsch nach Kostenreduzierung bei den teueren Additiven/Farben erfordert auch den Einsatz höherwertiger Apparaturen. Mit einem gravimetrischen Dosiergerät können durchaus Additive/Farben bis auf den tatsächlichen Bedarf bzw. an das untere Limit eingestellt werden. *Bedingt durch die Möglichkeit der Schüttgewichtsschwankungen werden volumetrisch arbeitende Geräte in der Praxis immer mit einer leichten Überdosierung gefahren. Abweichungen und Einstellungen bei der volumetrischen Dosierung Recycling

23 Die Materialrückführung kann aufgeteilt werden in Direkte Rückführung der Angüsse über Robotereingabe in Beistellmühle und Mahlgutrückführung über Saugfördergerät (Dosierventil) direkt auf den Maschinentrichter (keine weitere Trocknung erforderlich) Vacuum loader with dosing valve Regrinder Desiccant dryer Regrinder Indirekte Rückführung von Angüssen inklusive vermahlenen Ausschussteilen Bei diesem Verfahren erfolgt an zentraler Stelle eine sortengerechte Vermahlung und Lagerung. Vor der Rückführung ist hier eine Trocknung erforderlich. Die Mahlgut-Zugabe zur Neuware auf der Verarbeitungsmaschine erfolgt je nach Erfordernissen der Genauigkeit mit Dosierventilen oder mit volumetrischen oder gravimetrischen Dosiergeräten. Regrind Silo Vacuum loader with dosing valve Central Regrinder Desiccant dryer

24 Mühlen Das CMB-WITTMANN Mühlenprogramm bietet für den Spritzgußbereich hauptsächlich 4 Baugruppen an: Beistellmühlen Für direkte Beschickung von der Maschine und Absaugung durch ein Fördergerät Schneidmühlen Für mittlere bis Große Durchsätze ( kg/h) Entsorgung über integrierte Ventilatoren mit Zyklonabscheider

25 Mühlen mit Einzugsschnecken Einsatzort direkt im Ausfallschacht oder neben der Spritzgussmaschine Zahnwalzenmühlen Für harte und glasfaserverstärkte Werkstoffe Langsam laufend ( 25 U/min) Extrem leise und staubarm

26 Markante Punkte bei den CMB-WITTMANN Mühlen sind: Einfache Reinigungsfähigkeit Leichte Einstellung und Auswechselbarkeit der Messer Aufklappbare Trichteroberteile Schräge Messeranordnung (Scherenschnitt) Anwendungstechnisch sind alle bekannten Befüllungsarten lieferbar Schlussbemerkung:

27 WITTMANN - Ihr Gesamtanbieter! WITTMANN zählt weltweit zu den führenden Unternehmen für Spritzgieß-Automatisierung. Durch die Erweiterung des Produktionsprogramms verfügt WITTMANN jetzt über ein Gesamtangebot an Peripheriegeräten für die Kunststoffindustrie. >Alles aus einer Hand< bedeutet für den WITTMANN-KUNDEN die Sicherheit der mechanischen und verfahrenstechnischen Passgenauigkeit, immer nur einen Ansprechpartner für Lösungen von den immer mehr vernetzten und gegenseitig abhängigen Verfahren und Anwendungstechniken. >Alles aus einer Hand< bedeutet für WITTMANN eine große Gesamtverantwortung. 25 Jahre Erfahrung sowie Zweigniederlassungen, Vertriebseinrichtungen und Produktionsstätten in der ganzen Welt sichern kompetente Beratung und perfekten Service vor Ort. D. Rath/Juli 2001