Minimale und sichere Additiv-Dosierung

Wolfgang Leitner,Leiter Vertrieb und Produktionsmanagament, ElmetElastomere Produktions- und Dienstleistungsgesellschaft, Oftering, Österreich

Worin liegt die technische Herausforderung in der Dosierung von Additiven und Farbstoffen in LSR-Mischungen? Eher im Material oder eher in der Verfahrenstechnik? Warum ist das so?
Wolfgang Leitner Die Herausforderung bei der prozentualen Beimengung von Additiven liegt einerseits darin, dass die Menge des Grundmaterials exakt bekannt sein muss. Wir verwenden dazu Volumenzähler, die den Strom des Flüssigsilikons mit einer Auflösung von 64.000 Inkrementen pro Liter erfassen. Andererseits liegt die Schwierigkeit in den extrem kleinen Mengen der Additive, die dem Flüssigsilikon hinzugemischt werden: Bei einem Schussgewicht von wenigen Gramm und einem Farbanteil von 2 Prozent muss die Auflösung des Volumenzählers für diese Additive wesentlich höher sein als bei der Messung des Flüssigsilikon-Volumenstroms. Darum setzen wir für die Messung des Additiv-Volumenstroms Zähler mit einer Auflösung von 640.000 Inkrementen pro Liter ein. Mit den Materialströmen, die der hochaufgelöste Volumenzähler ermittelt, und dem vorgegebenen Prozentsatz, den der Bediener am Touchpanel einstellt, errechnet und regelt das Steuerungssystem die Zuführung des Additives mit einer Genauigkeit im Promille-Bereich.

Stellen Farben andere Anforderungen als Additive?
Leitner Grundsätzlich nein, denn als Additive bezeichnen wir alle Arten von Zusatzstoffen, die als zusätzlicher Materialstrom der A- und B-Komponente des Flüssigsilikons beigemengt werden. Bei den meisten uns bekannten Anwendungen handelt es sich um Farbe. Es gibt aber auch Anwendungen, bei denen zum Beispiel Öle, medizinische Wirkstoffe oder leitende Zusatzstoffe in einer exakt bestimmten und nachzuweisenden Menge beigemengt werden müssen. Gerade für diese Fälle ist das System von großem Nutzen, weil das Additiv bisher vor der Verarbeitung direkt ins Fass gemischt werden musste, wobei es im Laufe der Zeit zu Entmischungen kommen konnte. Zudem konnte es beim externen Mischvorgang auch zu Kontaminierungen des Materials kommen.

Wo liegen die Grenzen der möglichen Dosiermengen?
Leitner Mit der Elmet Additivlinie können in der Standardausführung bis zu 10 Prozent Additiv beigemengt werden. Im Spezialfall sind auch 20 Prozent möglich. Nach unten gibt es theoretisch keine Grenzen, weil die Menge über die Taktfrequenz bestimmt wird. Wir wissen von Anwendungen, bei denen Kunden nur 0,2 Prozent beimengen und dabei sehr gute Ergebnisse erzielen.

Bei Flüssigkeiten in Fässern bilden sich gerne Agglomerate. Damit einhergehen kann nicht nur eine Viskositäts-, sondern auch eine Konzentrationsänderung. Wie regelt das System dies?
Leitner Ob dieses Phänomen ein Problem ist, hängt davon ab, ob in der jeweiligen Anwendung Anteilstoleranzen erlaubt sind und wie stark das Additiv dazu neigt, die Homogenität zu verlieren. Für kritische Fälle setzen wir das 20-Liter-Farbsystem ein, bei dem ein vollständiges Gebinde eingespannt werden kann und ein Rührwerk diesen Effekt durch permanente Bewegung des Additivs verhindert. Unsere Additivelinie verfügt zudem über einen feinen Filter, der das Beimengen von größeren Partikeln oder Agglomeraten verhindert.

Wie werden Verschmutzungen erkannt?
Leitner Das eingesetzte Farbventil beruht auf dem Verdränger-Prinzip. Dabei wird die immer gleiche Menge an Additiv in den Flüssigsilikon-Materialstrom eingetaktet, bevor dieser zuerst im Mischer statisch und dann beim Aufdosieren in der Schnecke der Spritzgießmaschine dynamisch homogenisiert wird. Das System erfasst und dokumentiert die beigegebene Additivmenge pro Takt und errechnet abhängig vom aktuellen Materialstrom des Flüssigsilikons, wann die nächste Eintaktung stattfinden muss. Verringert sich zum Beispiel durch Verschmutzung das Volumen, das pro Takt beigemengt wird, so erhöht das System entsprechend die Taktfrequenz. Somit wird sichergestellt, dass der eingestellte Prozentwert immer exakt erreicht wird. Erkennt das System, dass das durchschnittliche Eintaktvolumen zunehmend vom ursprünglichen Eintaktvolumen abweicht, aktiviert es bei Erreichen einer Warngrenze die orangene Statusleuchte, und es gibt am Display einen Hinweis aus, dass eine Wartung durchzuführen ist. Verschlechtert sich die Situation weiter, weil zum Beispiel die Wartung nicht durchgeführt wird, so stellt das Dosiersystem die Produktion bei Erreichen der Störungsgrenze ab.

Das Mehrkomponenten-Dosiersystem verfügt über robuste und energieeffiziente pneumatische Antriebe und eignet sich für 20-l- sowie für 200-l-Gebinde. Seine maximale Förderleistung beträgt 2,5 l/min, wobei bis zu 10 Prozent Farbmittel zudosiert werden können. (Bildquelle: Elmet)

Lassen sich mehrere Additiv-Dosierstränge über eine Steuerung bedienen?
Leitner Derzeit können zwar mehrere Additiv-Dosierstränge bedient werden, jedoch kann nur eine davon mit dem Regelsystem ausgestattet werden. Ab Juni 2016 wird auch der parallele Einsatz von zwei geregelten Dosiersträngen möglich sein.

Sollte die Maschine stoppen müssen , wie lange dauert es, die Anlage zu reinigen und erneut anzufahren bis zur Gutteil-Produktion?
Leitner Dies hängt natürlich stark von der Anwendung und dem Grund für den Stopp ab: Wenn es zu einem Stopp aufgrund von fehlender Farbe kommt, dann ist diese einfach nachzufüllen, und die Produktion kann nach wenigen Minuten weitergehen. Ein Stopp, der aufgrund des Wartungs- oder Reinigungszustandes der Additivlinie erforderlich ist, kann durch den raschen Tausch gegen eine bereits gereinigte Additivlinie auf wenige Minuten reduziert werden. Zu diesem Zweck ist die Schlauchverbindung zwischen Farbbehälter und Volumenzähler als Bajonettverschluss und die Datenleitung steckbar ausgeführt.

Welche Zielbranchen möchten Sie mit der neuen Dosiertechnik bedienen?
Leitner Einerseits jene Branchen, in denen der Anteil des Additives von höchster Bedeutung ist. Ich denke hier in erster Linie an die Medizinbranche oder Anwendungen, bei denen die fertigen Silikonteile eine elektrische Leitfähigkeit haben müssen. Andererseits zahlt sich der Einsatz in allen Branchen bei der Serienproduktion von Silikonteilen im Automatikbetrieb aus. Durch das System kann es einfach nicht mehr passieren, dass Teile ohne die eingestellte Farbe oder das Additiv produziert werden.

Ist die Technik auch mit elektrischem Antrieb erhältlich?
Leitner Nein. Elmet setzt nach wie vor auf die pneumatischen Antriebssysteme. Ausschlaggebend für die Prozessstabilität ist nicht das Antriebsmedium sondern das Regelsystem. Auch die niedrigen Energiekosten von 300 EUR bei einem Jahresverbrauch von 20 Tonnen Flüssigsilikon rechtfertigen aus unserer Sicht nicht, auf die Vorteile der robusten Technik und der sicheren Ersatzteilversorgung über die gesamte Produktlebenszeit zu verzichten.

Lassen sich Anlagen mit der Dosiertechnik nachrüsten?
Leitner Alle Anlagen, die mit der letzten Controller-Generation ausgeliefert wurden (ca. ab Frühjahr 2014), können nachgerüstet werden. Anhand der Seriennummer des Gerätes können wir  feststellen, ob das gelieferte Gerät für ein Upgrade geeignet ist.

Lässt sich der ROI für das Nachrüsten mit dem Dosiersystem an bestehenden Anlagen beziffern?
Leitner Abhängig von der Anwendung lassen sich verschiedene ROI Betrachtungen machen:
1.)     Externe Additiv-Beimengung
Für Anwendungen, bei denen Additive bisher im Vorfeld der Produktion beigemengt werden mussten, ist, je nach Materialverbrauch, bereits nach einem Jahr der Return on Investment erreichbar.
2.) Reduzierte Farbmenge
In vielen Anwendungen werden heute 2 Prozent Farbe oder mehr verwendet um sicher zu gehen, dass das gewünschte Erscheinungsbild des Endproduktes auch bei starken Prozessschwankungen wirklich immer erreicht wird. Mit der  Farbregelung kann durch die hohe Prozessstabilität weniger aber dafür intensivere Farbe eingesetzt werden. Laut Farbherstellern sind somit Einsparungen bis zu 20 Prozent der jährlichen Farbkosten möglich.
3.)     Verhinderung von Fehlproduktionen
Viele Silikon-Verarbeiter haben bereits die schmerzliche Erfahrung gemacht, dass aufgrund einer technischen Störung oder fehlender Farbe über mehrere Stunden bzw. sogar über ganze Schichten transparente Teile produziert wurden. Rechnet man den Produktionsentgang, die Kosten für das verschwendete Material und die Gefahr eines Lieferverzuges, so hat sich das System bereits beim Verhindern der ersten Fehlproduktion gerechnet.

Welchen Service bieten Sie mit Blick auf Wartung und Ersatzteilbeschaffung an?
Leitner Die Wartung des Dosiersystems kann der Kunde aufgrund des im Angebot enthaltenen Trainings und des mitgelieferten Handbuchs selbst durchführen. Die gängigen Ersatzteile sind bei Elmet in Österreich und in Lansing, Michigan, USA lagernd. Bei schwierig zu lösenden Problemen stehen Techniker bereit, um kurzfristig zum Kunden zu reisen. Außerdem halten wir immer Dosiersysteme bereit, die im Notfall als Leihgerät zum Kunden geschickt werden können, damit dieser seine Produktion aufrechterhalten kann.