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Der Einsatz der Geräte bei der Extrusion und beim Spritzgießen ist Standard. Die Frage nach „Wo“ erübrigt sich daher, weil über die in der Tabelle genannten Einsatzbereiche hinaus schon lange keine weiteren die Kunststoffverarbeitungen betreffenden genannt wurden. Naturgemäß verlagert sich daher das Augenmerk auf das „Wie“ des Einsatzes.

Hierzu schreibt Woywod, dass die Geräte „möglichst noch universeller einsetzbar sein sollten“, was durch den Hinweis von Three-Tec unterstützt wird, wonach „durch ständig sich ändernde Anforderungen heute eine maximale Flexibilität der Geräte gefordert wird.“ Dies macht sich beipielsweise in einem „wachsenden Trend“ bemerkbar „zu einem Aufbau neben gegenüber einem Aufbau auf der Maschine“, den Wittmann feststellt. Dazu wird von dieser Firma angemerkt, dass „die befürchtete „Entmischung“ der Komponenten nicht so wie vorerst angenommen ins Gewicht fällt“ und „die Dosierung so flexibler auf unterschiedlichen Maschinen gestaltet werden kann.“

Der geforderten Flexibilität trägt die Gerätetechnik Rechnung. Wittmann verweist hierzu auf den Trend „weg von diversen Schiebertechnologien und unterschiedlichen Ventilgeometrien“. Dies erlaubt, in jeden Materialtrichter unterschiedliches Material“ einzufüllen, „ohne dass auf die Ventile geachtet werden muss“. Die geringe „Genauigkeit von Schiebern und Batch-Verwiegung birgt Risiken, welche mit hohen Farbanteilen zum Ausgleich von Farbschwankungen führt. Eine Echtzeit-Verwiegung während der Dosierung pro Komponente verhindert dies und die Rezepturen können angepasst werden mit dem Ziel, Farbkomponente auf ein Minimum zu reduzieren und Geld einzusparen.

Flexibilität zeigt sich nach Woywod auch in der „Art der Konstruktion von Entleerungs-Systemen für gravimetrische und volumetrische Systeme, die entscheidend für schnelle und möglichst bedienerlose Umstellprozesse ist. Optimal geeignet sind dafür Geräte mit pneumatischen Entleerungen“ sowie leicht entfernbare und austauschbare Trichter. Besonderes Augenmerk liegt nach Woywod auch auf der Anbau-Situation der Geräte. Die Kontrolle der Fließwege und eine optimale Anpassung an die Einzüge der Maschinen gewährleisten einen fehlerfreien Betrieb.

Trotz des allgemeinen Trends zu gravimetrischen Dosiergeräten behaupten sich nach motan-colortronic die volumetrischen Varianten im Spritzgieß-Bereich weiterhin auf hohem Niveau. „Im Extrusions-Bereich steigen mit der Komplexität der Applikation natürlich auch die Anforderungen an das Dosier- und Misch-System“, führt diese Firma weiter aus und stellt fest, dass „am oberen Ende kontinuierlich gravimetrisch arbeitende Loss-in-Weight-Dosiersysteme mit komplexen Regelmöglichkeiten dominieren.“ Bei den Steuerungen sind die Trends ganz klar Reproduzierbarkeit, Vernetzungsmöglichkeit und einfache Bedienung, ergänzt motan-colortronik. Auch nach Woywod geht der Trend zu möglichst einfacher Bedienung. Process Control verweist auf die Erfordernis der Fernbedienbarkeit über das Internet für die Mischer, sicherlich eine Voraussetzung für die von Three-Tec angesprochene unbemannte Produktion, für die darüber hinaus hohe Automatisierung und störungsfreier Lauf gefordert werden.

Dem Trend nach möglichst kurzen Umrüstzeiten begegnet diese Firma mit flexibler Bauweise und einfacher Demontage. Bei kontinuierlichen gravimetrischen Mischern werden nach Process-Control extrem Platz sparende kompakte Versionen eingesetzt, die zudem mehr Komponenten für eine größere Rohstoff-Vielfalt so auch bei kleineren Extrudern ermöglichen.

ProTecPolymerProcessing geht auf die Ausrüstung der Geräte für Mahlgut-Komponenten ein. Da die Schüttgewichte bis zu 150 g/l hinunter gehen, sind unter anderem Rührwerke erforderlich.

Kontinuierliche Dosiergeräte mit der Möglichkeit der Extruder-Regelung werden durch diskontinuierliche Chargen-Dosiergeräte ersetzt, die über spezielle Lösungen diese Regelungstechnik auch realisieren können. Der Durchsatzbereich für Kleinkomponenten geht inzwischen hinunter bis auf 120 g/h bei hoher Dynamik und hoher Kurzzeit-Genauigkeit. Dies er-fordert hochauflösende Auswerte-Elektroniken.

Zur Verfahrenstechnik stellt Wittmann fest, dass „der einwandfreie Dosiervorgang schon im Materialtrichter beginnt. Hier sind Geometrien für das Fließ-Verhalten ausschlaggebend, die auch schwer fließendes Mahlgut problemlos ohne so genannte Brückenbildung zu den Dosier-Einheiten führen. Das Dosierventil selbst sollte jedes Material optimal dosieren und im Zusammenspiel mit der Verwiege-Einrichtung harmonieren. Eine grammgenaue Arbeitsweise und vor allem ein von Dosierung zu Dosierung gleich bleibendes Ergebnis sind mit anderen Methoden kaum zu schaffen.“ Mischer sollten die gesamte Materialmenge homogen vermischen, was eine richtig dimensionierte Mischer-Größe bedingt. Eine richtige Auslauf-Form vermeidet anschließend das unvollständige Ausfließen der Mischung. Im Bereich der Extrusion besteht nach Woywod ein Trend hin zum Ersetzen von Batch-Systemen durch Loss-in-Weight-Systeme, die Material-Ersparnis und Verbesserung der Produktqualität bringen.

Gute Geräte alleine können, wie motan-colortronic ausführt, nicht mehr überzeugen – „sie müssen auch den Applikationen entsprechend eingesetzt werden. Dadurch gewinnen Erfahrung und sichere Kenntnisse in der Applikations- und Verfahrenstechnik immer mehr an Bedeutung. Applikationsorientierte Gesamtlösungen unter Einbeziehung vor- und nachgelagerter Prozess-Schritte sind ein eindeutiger Trend.

Eine komplette und flexible Produktpalette ist ebenso unerlässlich geworden wie auch die Test- und Dokumentations-Möglichkeit in einem Technikum. Gerade durch die Kombinations-Möglichkeiten verschiedener Dosiertechniken, wie zum Beispiel Schneckendosierung, Scheiben-dosierung, Dosierschieber oder Konusdosierung können Applikations-Anforderungen kundengerecht und effizient erfüllt werden.“

Zur Energie-Effizienz der Geräte und Anlagen stellt Wittmann dar, dass „der Energieverbrauch bei einem Dosiergerät sich bei den meisten Anwendungen auf Druckluft und Strom beschränkt. Manchmal wird zur Kühlung von Masterbatch-Behältern, speziell bei „direktem“ Einfärben von PET-Applikationen, eine Wasserkühlung benötigt. Der Druckluft-Verbrauch wird auf ein notwendiges Volumen reduziert, da dieser nur während der Ventilbewegung benötigt wird. Der Stromverbrauch reduziert sich auf die Steuerung und den Mischermotor“ und ist individuell einstellbar durch Wahl eines kontinuierlichen oder zeitgesteuerten Mischens und so an den Anwendungsfall anpassbar. Woywod sieht in einer punktgenauen Anpassung der Systeme an die Aufgabenstellung eine optimale Energie-Bilanz gewährleistet.

In der Regel denkt man, so motan-colortronik, dass die Energie-Effizienz bei Dosier- und Mischgeräten eine kleinere Rolle spielt und führt weiter aus, dass „sie auf den zweiten Blick indirekt eine große Rolle spielt, denn seriös betrachtet interessiert lediglich der Gesamtprozess beim Energieverbrauch und dort spielt es wohl eine Rolle, wie effizient das Teilsystem Dosieren und Mischen mit den anderen Teilsystemen funktioniert. Weniger Ausschuss bedeutet weniger Energie, kurze Anfahrzyklen benötigen weniger Energie, kurze Stillstand-Zeiten beim Materialwechsel bedeuten weniger Stand-by-Energie und auch eine optimierte Mahlgut-Zufuhr bedeutet weniger Energie.“

Zu wirtschaftlichen Gesichtspunkten merkt Three-Tec an, dass „Anschaffungen nur getätigt werden, wenn mit einem sehr guten Rückzahlwert gerechnet werden kann, ansonsten werden die Projekte oft nicht mehr in Mittel-Europa realisiert.“ Das heißt, so formuliert es auch motan-colortronik, „der erste wirtschaftliche Gesichtspunkt ist natürlich immer der Preis – aber auch hier ist ein Wandel spürbar.

Der Gerätepreis rückt zunehmend in den Hintergrund, dafür gewinnen die Gesamt-Betriebskosten eines Systems über den Produktions-Zeitraum mehr an Bedeutung. Das Know-how als Applikations-Spezialist, der den Gesamtprozess im Auge behält, wird immer häufiger entscheidend. Die Technik effektiv und vertrauensvoll einzusetzen bringt dem Anwender mehr Benefit, als nur das „preiswerteste Gerät“ oder das „genaueste Gerät“ anzupreisen“. Hierzu sagt auch Woywod, dass eine „höhere Investitions-Summe für Loss-in-Weight-Systeme gegenüber Gain-in-Weight/Batch-Systemen sich sehr schnell über die Material-Ersparnis und bessere Produkt-Qualität rechnet.“ Darüber hinaus verlangen die Kunden eine hohe Service-Qualität und -Verfügbarkeit.

Diese Leistungen werden immer wichtiger und haben einen hohen Stellenwert bei der Kauf-Entscheidung. Ziele des Geräte-Einsatzes sind natürlich eine gleich bleibende Qualität der Produkte zur weiteren Ver- und Bearbeitung, aber auch die Reduktion der Kosten für Farbe und Additive auf das Notwendige, wie Wittmann darstellt. Die hierzu erforderliche Überwachung muss die Geräte-Steuerung ermöglichen, auch zum Nachweis einer einwandfreien Fertigung. Darüber hinaus müssen Nach-Justierungen der Mengen durchgeführt werden können und bei Ausfall einer Komponente wie zum Beispiel Mahlgut ein automatisches Angleichen der übrigen Komponenten erfolgen.

 

Entwicklungstrends

Flexible Systeme

Flexibilität der Geräte ist hinsichtlich ihres Einsatzes eine zunehmende Forderung. Die Ausführung muss des verschiedensten Material-Eigenschaften gerecht werden und so bei Produktions-Wechseln ein Umrüsten weitgehend entbehrlich machen. Steuerungen sorgen für Transparenz und Nachvollziehbarkeit der Fertigungen. Ihre Vernetzung und Anbindung an das Internet ermöglichen eine unbemannte Produktion. Hinsichtlich der Energie-Effizienz einer Produktion kommt den Geräten eine größere als allgemein angenommene Bedeutung zu, da der erhöhte Energie-Aufwand bei Fertigungs-Umstellungen und bei Ausschuss-Fertigung seine Ursachen auch in diesen Geräten haben kann.

Autor

Über den Autor

Prof. Dr.-Ing. Werner Hoffmanns