Der erste Schritt bei der Herstellung von Polyurethanschläuchen findet im Extruder statt. Hierbei wird das PUR-Granulat bei etwa 200 °C geschmolzen und kann nachfolgend komprimiert werden. Im Rahmen dieses Prozesses stellt ein adäquater Trockenvorgang einen essenziellen Bestandteil dar, um eine hohe Qualität beim Endprodukt zu erreichen. Genau hier konnte Papurex W. Büchner, Mörlenbach, durch die Zusammenarbeit mit dem Unternehmen Simar, Vaihingen/Enz, Verbesserungspotenziale aufdecken.

Das Qualitätsmanagement der Papurex ist seit 1996 nach DIN ISO 9001 zertifiziert und genügt dementsprechend höchsten Anforderungen. Das Mörlenbacher Unternehmen beliefert unter anderem Kunden in der äußerst anspruchsvollen Automobilindustrie. Im Zuge dessen musste konstatiert werden, dass es vor allem in Monaten mit hoher Luftfeuchtigkeit zu Schlieren, Bläschenbildung und rauen Stellen an der Oberfläche der fertigen Schläuche kommt. Endprodukte mit Mängeln dieser Art erfüllen die hohen Qualitätsstandards nicht mehr und müssen deshalb entsorgt werden. Die Hauptursache dieses Problems lag in der suboptimalen Trocknung des Materials, die vor allem mit den schlechten Taupunktwerten des bisher eingesetzten Trockners zu begründen war.

Bildunterschrift

Trocknungsanlage im Werk von Papurex W. Büchner in Mörlenbach. (Bildquelle: Simar)

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Trocknungsanlage im Werk von Papurex W. Büchner in Mörlenbach. (Bildquelle: Simar)

Für diese Problematik stellte sich die neue eDry Trocknergeneration von Simar als optimale Lösung heraus. Eine der Schlüsseleigenschaften hierbei ist, dass diese Trockner unabhängig von klimatischen Bedingungen ein gleichbleibend gutes Ergebnis liefern. Nach einigen Testläufen entschloss sich Papurex, einen eDRY Trockner für die Fertigung einzuführen – mit großem Erfolg. Die zuvor beschriebenen Schwankungen in der Qualität der PUR-Schläuche konnten vollständig behoben werden, sodass auch in den Sommermonaten mit hoher Luftfeuchtigkeit eine gleichbleibend hohe Qualität sichergestellt werden kann. Dies ist damit zu begründen, dass der Taupunkt des Trockners auch unter diesen erschwerten klimatischen Bedingungen konstant im optimalen Bereich liegt.

Kurze Regenerationszeiten, hohe Energieeffizienz

Das eDry Trocknungsverfahren basiert im Wesentlichen auf zwei grundsätzliche Anforderungen: Erstens muss das Trockenmittel, sprich Molekularsieb, der Luft möglichst viel Feuchtigkeit entziehen. Zweitens sollte der Energieaufwand, um die gespeicherte Feuchtigkeit wieder aus dem Molekularsieb zu lösen, möglichst gering sein. Je seltener und je kürzer das Molekularsieb regeneriert werden muss, desto geringer ist der Energieaufwand für die Regeneration und desto geringer ist der Gesamtstromverbrauch des Trockners.

Um möglichst lange Regenerationspausen erzielen zu können, ist es notwendig, dass das Molekularsieb einerseits eine möglichst hohe Wasseraufnahmekapazität aufweist und andererseits die Feuchtigkeitsbeladung des Molekularsiebes so gering wie möglich gehalten wird. Um die Regenerationsdauer zu verkürzen, muss auf der einen Seite das Dampfdruckgefälle zwischen dem feuchten Molekularsieb und der Regenerationsluft möglichst hoch sein und auf der anderen Seite die Molekularstruktur des Trockenmittels für eine schnelle Feuchtigkeitsabgabe geeignet sein. Um die ursprüngliche Adsorptionskapazität des Molekularsiebes wieder zu erlangen, ist eine ausreichende Regeneration notwendig.

Die Regenerationsdauer wird bestimmt durch:

  • Regenerationstemperatur und Taupunkt der Regenerationsluft
  • Menge der Regenerationsluft
  • Trockenmittelmenge beziehungsweise die zu desorbierende Wassermenge
  • Beschaffenheit des Trockenmittels (Porengröße).

Es wird deutlich, dass ein geringerer Taupunkt der Regenerationsluft zu einem besseren Regenerationsergebnis führt. Ebenso zeigt sich, dass durch die Absenkung der Taupunkt-Temperatur die Regenerationstemperatur gesenkt werden kann, ohne dadurch das Ergebnis negativ zu beeinflussen. Dies ist der Hauptgrund, warum Simar Trockner im Gegensatz zu allen anderen Fabrikaten Trockenluft zur Regeneration verwenden. Der eDry gewährleistet einen nahezu konstanten Taupunkt der Prozessluft im Bereich von -50 bis -80 °C.

Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Wasseraufnahmekapazität des Molekularsiebes. Sie bestimmt die Adsorptionszeit bis zum Sättigungspunkt des Molekularsiebes und damit auch indirekt den Startpunkt einer neuen Regeneration. Die Aufnahmekapazität wird wesentlich durch die Temperatur des Trockenmittels beeinflusst. Die Massentransfereigenschaften und die Molekularstruktur des Simar- Molekularsiebes tragen ebenfalls zur Energieeinsparung bei. Es überzeugt durch eine deutlich höhere Aufnahmekapazität gegenüber gewöhnlichen Molekularsieben und gibt während der Regeneration die gespeicherte Feuchte leichter beziehungsweise schneller frei.

Regeneration und Molekularsiebkühlung mit Trockenluft

Die Feuchtigkeitsbeladung des Molekularsiebes entsteht einerseits natürlich aus der dem Kunststoffgranulat entzogenen Feuchte. Vernachlässigt und unterschätzt wird häufig jedoch der Einfluss der Umgebungsluft. Im Anschluss an die starke Erhitzung während der Regeneration muss das Trockenmittel abgekühlt werden, um die Übertragung von Schleppwärme in den Prozesskreislauf zu unterbinden. Für diesen Kühlprozess wird, wie auch für die Regeneration, nach heutigem Stand der Technik dem Trockner Umgebungsluft zugeführt. Letztere enthält wesentlich mehr Feuchte als die Rückluft aus dem Trockengutbehälter. Besonders gut zu erkennen ist diese Beeinflussung an schwülen, heißen Sommertagen.

Durch das speziell entwickelte ECO-Valve wird bei einem eDRY-Trockner keine Umgebungsluft zur Abkühlung des Molekularsiebes verwendet. Wie auch bei der Regeneration wird dem regenerierten Trockenmittelbett ausschließlich Trockenluft zugeführt. Der Kühlprozess findet in einem geschlossenen Kreislauf statt. Hierdurch wird das Molekularsieb nicht mit Umgebungsfeuchte belastet und die Adsorptionszeit deutlich verlängert. Adsorptionszeiten von bis zu neun Stunden, das heißt Regenerationspausen von bis zu neun Stunden, sind für einen eDRY-Trockner die Regel – und gleichzeitig auch der Grund für den niedrigen Energieverbrauch.

Prozessüberwachung und Rückverfolgung

Im 24-Stunden-Betrieb benötigt ein solcher Trockner durchschnittlich zwei bis drei Regenerationszyklen. Serienmäßig ist jeder Trockner mit einem Taupunktsensor ausgestattet. Der Taupunktverlauf wird in der Trocknersteuerung protokolliert und angezeigt. Ebenso kann der Taupunktverlauf über die USB-Schnittstelle zur Weiterverarbeitung und zur Prozessnachverfolgung genutzt werden. Die intelligente Trocknersteuerung des eDry regelt den Regenerationsstart und die Regenerationsdauer bedarfsgerecht. Vorzeitige Regenerationen werden unterbunden, und die Regenerationsdauer wird ständig an die tatsächliche Feuchtigkeitsbeladung im Trockenmittelbett angepasst. Hierdurch wird sichergestellt, dass nach jeder Regeneration das Molekularsieb wieder mit maximaler Wasseraufnahmekapazität zur Verfügung steht. Taupunktschwankungen aufgrund der klimatischen Bedingungen sind ausgeschlossen.

Die Standzeit des Molekularsiebes wird durch die Häufigkeit der Regenerationen bestimmt. Hierbei ist die Anzahl der Aufheizungen entscheidend. Die Dauer spielt in diesem Kontext  eine untergeordnete Rolle. Bei herkömmlichen Trocknern werden in 24 h etwa 18 Regenerationen durchgeführt, bei einem eDry sind es lediglich zwei bis drei. Hierdurch verlängert sich auch die „Lebensdauer“ des Molekularsiebes um ein Vielfaches, was besonders in den Wartungskosten spürbar wird. Das Servicemenü weist den Anwender auf notwendige Wartungsarbeiten hin und bietet  zusätzlich die Möglichkeit, eigene Wartungsintervalle, zum Beispiel für eine Jahreswartung, zu bestimmen.

Neben dem Taupunkt ist eine möglichst hohe Trocknungstemperatur des Kunststoffgranulates notwendig, damit das maximale Dampfdruckgefälle und somit das optimale Trocknungsergebnis erzielt werden kann. Diese Trocknungstemperatur ist jedoch materialspezifisch begrenzt. Die eDRY-Trocknersteuerung bietet hierzu eine Rezeptvorlage zur Trocknung von mehr als 60 handelsüblichen Kunststoffen. Außerdem hat der Anwender die Möglichkeit, eigene Rezepte zu erstellen und zu verarbeiten. Fehleinstellungen können dadurch leicht vermieden werden.

Im Statistikmenü der Steuerung werden neben dem tatsächlichen Energieverbrauch und dem Taupunktverlauf auch die Durchsatzmengen des getrockneten Kunststoffgranulates ausgewertet. Die Verbrauchswerte, die Durchsatzmengen und die Taupunktwerte werden in der Steuerung stetig aufgezeichnet und gespeichert. Über die USB-Schnittstelle können diese Werte als CSV-Datei abgerufen werden. CSV ist ein Unicode-Format und kann ohne weiteres zum Beispiel mit Excel für weitere Auswertungen oder zur Prozessnachverfolgung genutzt werden. Die Historie des Störmeldespeichers ist ebenso im CSV-Format verfügbar. Die Passwortverwaltung bietet die Option, für jeden Anwender ein eigenes Passwort zu erstellen und zu vergeben. Hierdurch können Parameteränderungen, Fehleinstellungen oder sonstige Zugriffe jederzeit nachvollzogen werden. Die Benutzerzugriffe werden ebenfalls protokolliert und als CSV-Datei bereitgestellt. Sofern der Trockner mittels des serienmäßig vorhandenen LAN-Anschlusses mit einem Netzwerk oder einzelnen PC verbunden ist, kann eine Fernüberwachung und -bedienung erfolgen.

Durch die Reduzierung des Gesamtenergieverbrauchs um rund 30 % (rund 85 % bei der Regeneration) amortisiert sich der Mehrpreis des eDry gegenüber einem herkömmlichen Trockenlufttrockner oftmals bereits innerhalb weniger Monate.

Über die Autoren

Uwe Günther

ist Werkstattleiter bei Papurex in Mörlenbach.

Lars Peter

Ist Vertriebsleiter bei  Simar in Vaihingen/Enz.