Die Zahl der beteiligten Firmen hat im Vergleich zum letztjährigen Blick in den Markt um zwei zugenommen. Beide Firmen bieten Geräte für das Fördern und Dosieren rieselfähiger und nicht rieselfähiger Schüttgüter an.
Beide Verfahren zum Abmessen der Materialmengen, das gravimetrische und das volumetrische Dosieren, werden von nahezu allen vertretenen Firmen angeboten. Unabhängig davon, ob die Verwiegung kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt, bieten die Systeme die Möglichkeit der eindeutigen Dokumentation der dosierten Mengen. Dies ist die Basis einer nachweisbaren Qualitätssicherung im Hinblick auf die Produzentenhaftung.
Für das Zuführen der Materialkomponenten beim Verwiegen werden vor allem Schneckenförderer verwendet, die aber auch der volumetrischen Dosierung dienen. Mit Abstand folgt die Schwerkraft als die Zuführung bewirkende Kraft und mit weiterem Abstand die Verwendung von Zellradschleusen, die ebenso wie Schneckenförderer aber auch der volumetrischen Dosierung dienen. Schwing- und Bandförderer haben eher untergeordnete Bedeutung bei der Materialzuführung. Verdrängungsförderer sind in der Regel dann in der Tabelle zu finden, wenn unter Materialarten Flüssigkeiten aufgeführt sind. Soweit diese inkompressibel sind, erfolgt ihre volumetrische Dosierung ebenfalls mit großer Genauigkeit.
Mikroprozessoren statt SPS
Das kontinuierliche Wiegen beim gravimetrischen Dosieren kann, wie dies in der Tabelle wiedergegeben ist, auf unterschiedliche Weise erfolgen. Zur Feststellung des durchlaufenden Flächengewichts sind Bandförderer erforderlich, die kontinuierlich den Messwert liefern. Integrale und differenzielle Messverfahren stellen kontinuierlich die Gewichtsabnahme des Vorlagebehälters fest und errechnen daraus den Durchsatz. Da ein Behälter aber auch befüllt werden muss, wird während dieses Vorgangs die Regelung kurzzeitig unterbrochen und in dieser Zeit mit dem Wert vor der Abschaltung der Regelung unverändert dosiert.
Die für die Qualität des Produkts erforderliche Homogenität der zu verarbeitenden Masse wird von der Zusammenführung der Materialkomponenten bestimmt. Erfolgt diese nacheinander, ist ein nachfolgender Mischvorgang unerlässlich. Weitere Arten der Komponentenzusammenführung listet die Tabelle auf. Im Fall der Zuführung aller Komponenten gleichzeitig und über einen gleich langen Zeitraum ergibt sich von selbst die gewünschte Längsmischung. Auf ein Vermischen vor dem Eintritt in die Verarbeitungsmaschine kann dann verzichtet werden, da in dieser in der Regel Quermischung erfolgt. Nach diesem Prinzip arbeiten zum Beispiel Fallmischer. Die Möglichkeiten zur Veränderung der Dosierdauer und -menge zur Abstimmung der Stoffströme aufeinander werden in der Tabelle wiedergegeben.
Die anfänglich dominanten speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) werden mehr und mehr durch Mikroprozessorsteuerungen und zunehmend auch durch PC-Steuerungen ersetzt. Viele Hersteller bieten aber nach wie vor alle drei Arten an. Programmiert wird manuell oder über Hostrechner und in selteneren Fällen mittels Datenträger.
Hauptsächlich zwei Verfahren kommen bei der Einstellung der Dosiermengen zur Anwendung, zum einen die Eingabe des jeweiligen Absolutwerts, zum anderen die prozentuale Angabe in Abhängigkeit von einer Führungsmenge.
Die Verbindung zu Hostrechnern, Druckern, Betriebsdatenerfassungssystemen und dergleichen ist heute unerlässlich, schon im Hinblick auf die Qualitätssicherung und Produkthaftung. Eine Vielzahl von Schnittstellen steht zur Verfügung.
Mahlgut gewinnt an Bedeutung
Für den Einsatz direkt auf den Verarbeitungsmaschinen sprechen nach wie vor gute Argumente. Dazu zählt, wie Wittmann zumThema Entwicklungstrends auflistet, der kurze Förderweg nach dem Dosieren und Mischen aufgrund der direkten Anordnung am Einzug. Dies verhindert „Entmischung“ und sichert eine präzise Rezeptur der Materialien, die aufgrund unterschiedlicher Größe, Dichte und Form der Einzelkomponenten verschiedenes Förderverhalten aufweisen können. Weiterhin zählt dazu im Vergleich zu neben den Maschinen angeordneten Geräten die Ersparnis von Fläche, die sinnvoller für weitere Verarbeitungsmaschinen genutzt werden kann, auch wenn Geräte zur Anordnung neben den Maschinen geringere Anschaffungskosten verursachen.
Die Verfahrenstechnik und damit auch die Gerätetechnik werden durch die Anforderungen an die Geräte, verursacht durch Eigenschaften der zu dosierenden Materialien, aber auch durch die angestrebten Ergebnisse hinsichtlich Qualität und Wirtschaftlichkeit bestimmt. So berichtet Mann+Hummel ProTec, dass die Anzahl der zu dosierenden Komponenten, die für eine Produktion eingesetzt werden, ständig steigt und aus diesem Grund heute Dosiergeräte für bis zu zwölf einzelne Komponenten angeboten werden. Dies bedeutet zum Beispiel für Anlagen zur Herstellung von immer komplexer werdenden Folientypen wie Blowfilm oder Castfilm mit bis zu elf Einzelschichten den Einsatz der entsprechenden Anzahl an Extrudern an einer Folienanlage. Folglich reduzieren sich die einzelnen Extruderleistungen, was gleichbedeutend ist mit immer kleiner werdenden minimalen Durchsatzleistungen der einzelnen Dosierkomponenten. Dadurch werden dann auch die Anforderungen an die Messwertauswertung bzw. Regelungstechnik dieser Komponenten ungleich größer. Auf jedem dieser Extruder kommen daher gravimetrische Mehrkomponentendosiergeräte zum Einsatz, die mit einer integrierten Durchsatzregelung versehen sind. Diese kontinuierlich arbeitenden Geräte werden alternativ ersetzt durch diskontinuierliche Chargendosiergeräte, die ihrerseits nun über spezielle Lösungen die angesprochene Regelungstechnik für die Extruder realisieren können.
Wittmann weist darauf hin, dass die bekanntesten Geräte alle mehr oder weniger über den gleichen Aufbau verfügen, auch wenn es Unterschiede in der Handhabung, bei den Dosiermethoden und bei den Auswertungen gibt. So werden „bei der gravimetrischen Dosierung in den meisten Fällen alle Komponenten dosiert, anschließend verwogen und dann vermischt“. Ist dabei nach dem Dosieren von einer Komponente zu viel vorhanden, wird dies „im nächsten Zyklus wieder angepasst, indem von der besagten Komponente weniger dosiert wird“. Damit wird der Durchschnittswert zum Sollwert, was aber nicht bedeutet, „dass zum Beispiel immer die gleiche Farbgebung erreicht wurde oder immer der gleiche Anteil an Flammschutz beigefügt wurde. Von Batch zu Batch entstehen Abweichungen und damit verbunden Kosten. Daher sollte mit dem Dosieren auch gleichzeitig die Verwiegung stattfinden. So ist gewährleistet, dass die Menge konstant gehalten wird. Die Artikelkalkulation kann so auch exakter bestimmt bzw. angepasst werden.“ Hierzu bietet sich ein zweistufiger Dosiervorgang an, mit dem konstante Mischungen bei jedem Batch präzise erzielt werden. Das jeweilige Zielgewicht wird durch sich verringernde Öffnungsweiten eines Ventils erreicht. Da unterschiedliches Fließverhalten der einzelnen Materialien durch ein „Auto-Tuning“ kompensiert wird, eignet sich dieses System in Form eines einzigen hochpräzise arbeitenden Ventils sowohl für Neuware als auch für Mahlgut und Additive.
Mahlgut wird mit steigendem Anteil zugeführt, wie Mann+Hummel ProTec feststellt, „bei gleichzeitiger Verschlechterung der Qualität hinsichtlich Reinheitsgehalt, Fließverhalten und so weiter.“ Die Geräte werden daher mit Komponenten für Mahlgut ausgerüstet. Dies betrifft vor allem PET-Flaschenmahlgut mit schlechten Rieseleigenschaften, woran die Gerätetechnik angepasst werden muss. Nachgefragte Leistungen gehen bis zu 2500kg/h Mahlgut und hier insbesondere Flaschenmahlgut. Dadurch werden spezielle Aufbauten für die Wiegung und Dosierung notwendig. Auch Plast-Control weist auf kleinere Bauweisen für kleinere Dosierungen hin, die bezüglich des Anschaffungspreises günstiger sind. Forderungen nach schnellerer Produktionsumstellung werden hiermit erfüllt.
Zur Energieeffizienz der Geräte verweist Wittmann darauf, dass Druckluft nur während des Dosiervorgangs und hier nur im Arbeitsschritt benötigt wird. Der Mischermotor läuft nur im Intervall und stoppt anschließend.
ROI spätestens nach einem Jahr
Die Wirtschaftlichkeit der Geräte wird am Return on Invest gemessen. Nach Plast-Control muss dieser deutlich unter einem Jahr erreicht werden. Erzielt wird dies zum Beispiel durch die Reduzierung der Materialquote durch hohen Einsatz von preiswertem Mahlgut, wie Mann+Hummel ProTec ausführt. Auch für Wittmann ist dies ein Einstieg, der seine Fortsetzung in der Beigabe von Additiven sieht. Wird eine Vielzahl an Farben eingesetzt, „wird schlussendlich nur mehr das Basismaterial gekauft und sämtliche Anpassungen werden mit Dosiergeräten und Mischanlagen selbst gemacht“. Durch diese Ausrichtung steigt die Fertigungsflexibilität.
Von Bedeutung ist dabei die Wiederholgenauigkeit der Dosiergeräte. Deren Genauigkeit ermöglicht minimale Zugaben, ohne dass auf den Durchschnitt geachtet werden muss; konstante Dosierung sichert so konstanten Gewinn. Mann+ Hummel ProTec registriert darüber hinaus, dass „die Optimierung der Maschinentechnik zur Erhöhung des Durchsatzes und gleichzeitiger Verbesserung der Qualität, verbunden mit der Reduzierung der Schlechtproduktion nicht nur bei Neu-, sondern auch bei Altanlagen forciert“ wird. Immer mehr Altanlagen mit gravimetrischen Geräten werden mit moderner Technik nachgerüstet und sind dann durchaus für die heutigen Anforderungen geeignet. Bei Verwendung von diskontinuierlichen im Vergleich zu kontinuierlichen Chargendosiergeräten sinkt das Investitionsvolumen erheblich. Ergänzend verweist Plast-Control auf einen zunehmenden Wettbewerb aus Asien und Italien. Der Preisdruck auf die deutschen Anbieter steige. Werner Hoffmanns
Entwicklungstrends
Geräte für komplexe Produkte
Zunehmend komplexere Produkte wie Folien mit bis zu elf Schichten erfordern Fertigungsanlagen mit einer hohen Zahl an Einzelmaschinen, die auf das Gesamtprodukt bezogen geringer werdende Durchsatzleistungen erbringen müssen. Die Anforderungen an die Messwertauswertung und Regelungstechnik der Mehrkomponenten-Dosiergeräte auf jeder dieser Maschinen steigen damit erheblich an.
