Mit der neuen Technologie für die optoelektronische Separation können detektierte Kontaminationen in Kunststoffgranulaten quasi vollständig eliminiert werden. (Bild: alle Separation Group)
Die Problematik ist so alt wie die Herstellung von Kunststoffgranulaten: Selbst in einem sorgfältigen Produktionsprozess kommt es erfahrungsgemäß irgendwann zu optischen Verunreinigungen und Formveränderungen der Granulate. Dies lässt sich verfahrensbedingt in der Praxis kaum verhindern. Teilweise machen schon kleinste Veränderungen im oder am Granulat das Material für die vorgesehene Anwendung unbrauchbar.
Kein Prozess läuft ohne Probleme
Typische thermische Schädigungen in Kunststoffgranulaten (v.l.n.r): Düsenreißer, Vergrauungen, Metalleinschlüsse
Trotz Einsatz modernster Verarbeitungstechnologien sowie regelmäßiger Reinigungen der kompletten Polymerisations- und Compoundieranlagen entstehen thermische Schädigungen wie Black Specks, Düsenreißer, Vergilbungen und Vergrauungen. Im nachgeschalteten Granulierungsprozess können Fehler wie Überlängen, Doppelkörner sowie zu dünne oder zu dicke Granulate entstehen, die in der Verarbeitung oft zu Problemen führen. Weitere Verunreinigungen werden beim Materialhandling, wie zum Beispiel Förderung, Trocknung, Silierung, Abfüllung sowie Lagerung, erzeugt. Kontaminationen wie etwa Fremdmaterial, Engelshaar und Umgebungsstaub führen im weiteren Prozess ebenfalls zu Schwierigkeiten. Auch Verschleiß und damit verbundener Abrieb oder Metalleinschlüsse verursachen oft folgenschwere Mängel. Betroffen sind meist Verarbeiter in den Branchen Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrtindustrie, Medizin- und Elektrotechnik, Kabelindustrie und Verpackungsbranche – also überall dort, wo hohe Reinheit gefordert wird.
An erster Stelle aller Lösungen steht grundsätzlich die Vermeidung. Die Praxis zeigt jedoch, dass die Mehrzahl der entstandenen Fehler unvermeidbar bleibt. In unkritischen Fällen können verunreinigte Granulate durch nachträgliche „Schwarz“-Einfärbung wiederverwendet werden. Die thermische Verwertung steht als Ultima Ratio zur Wahl. Wesentlich ökonomischer und wohl auch ökologischer ist die optoelektronische Aussortierung der fehlerhaften Bestandteile.
Sortiertechnologien im Vergleich
Jede optoelektronische Sortieranlage besteht aus mindestens drei Verfahrensschritten:
- Schritt 1: Die Materialvereinzelung und Beschleunigung, wobei für die optische Betrachtung eines jeden einzelnen Granulates eine benötigte Monolage erzeugt und das Material in eine Fließbewegung gebracht wird.
- Schritt 2: Die optische Abtastung, welche die fließenden Granulate durch hochfrequente Zeilenkameras scannt.
- Schritt 3: Der eigentliche Sortierprozess, der unmittelbar nach der optischen Abtastung stattfindet, welcher die fehlerhaften Teile meist mittels Druckluftimpulsen ausschießt.
Feinste Einschlüsse bis zu optisch 25 x 25 µm werden detektiert.
Insbesondere die technische Umsetzung des ersten Verfahrensschritts, Materialvereinzelung, ist von großer Bedeutung für Reinheit und Leistung des gesamten Prozesses. Es sind hauptsächlich zwei spezifische Verfahren etabliert – die Rutschen- und die Bandanlage. Die Rutschenanlage nutzt die Gravitation und das Gleitverhalten des zu sortierenden Materials auf der Rutsche zur Vereinzelung und Beschleunigung. Dies hat Einfluss auf die Auswahl der zu detektierenden Materialien. Elastische Produkte mit haftender Oberfläche zum Beispiel oder runde, zylindrische Granulate neigen auf einer Rutsche zum Rollen in diagonaler Richtung. Durch die horizontale Positionsveränderung nach der optischen Abtastung ist die anschließende, präzise Ausschleusung der Kontaminationen nicht mehr möglich. Bei Bandanlagen ist dies naturgemäß immer gewährleistet. Ihre Stärke liegt in der deutlich höheren Bandgeschwindigkeit, die eine entscheidend stabilere und präzisere Flugbahn des Granulates, unabhängig von Gleitverhalten, Form oder Gewicht, gewährleistet. Außerdem hilft die höhere Geschwindigkeit, einen deutlich größeren Durchsatz zu realisieren. Positiv ist auch der geringe Abrieb der Bandanlage, denn nach kurzer Wegstrecke wird das Granulat ruhend gefördert, und ein Abrieb bleibt praktisch aus.
Auf die richtige Betrachtungsweise kommt es an
Mit der neuen Technologie für die optoelektronische Separation können detektierte Kontaminationen in Kunststoffgranulaten quasi vollständig eliminiert werden. (Bildquelle: alle Separation Group)
Hersteller von Sortieranlagen werden immer stärker mit dem Wunsch konfrontiert, Anlagen mit noch höheren optischen Auflösungen zu entwickeln, um auch kleinste Verunreinigungen wie etwa Black Specks erkennen zu können. Genau dabei kann der langsame Materialfluss der Rutschentechnik genutzt werden. Durch das langsame Gleiten des Materials ist es technisch einfacher, Produktbilder mit hoher optischer Auflösung zu erfassen. Zudem bringt die geringe Geschwindigkeit mehr Zeit für die elektronische Auswertung der erfassten Kamerabilder. Auch die Anforderungen an die Reaktionsgeschwindigkeit der Sortierventile können reduziert werden. Die erreichte hohe Auflösung steht jedoch signifikant den Einschränkungen in der erzielten Reinheit, der Ausschussgenauigkeit und der Durchsatzleistung gegenüber. Weitere optische Effekte müssen mit der Kombination Auflösung und Geschwindigkeit analysiert und berücksichtigt werden, um auch die Fehlsortierungen auf ein Minimum zu reduzieren. Optische Effekte entstehen durch Lichtbrechungen, beispielsweise an einer Vakuole oder Schnittkanten, insbesondere bei transparenten Granulaten.
Neue Sortiertechnologie bietet ungeahnte Möglichkeiten
Das Unternehmen Separation Group hat jetzt ein neuartiges Hochleistungserkennungssystem entwickelt, das laut Hersteller einen Meilenstein in der optoelektronischen Separation setzt. Das System wurde in einer ausschließlich für die Sortierung von Kunststoffgranulaten entwickelten Bandsortieranlage implementiert. Diese neue Technologie mit dem Namen „Black Speck Plus“ ermöglicht es, kleinste Einschlüsse in Kunststoffgranulaten mit einer technischen Auflösung von bis zu 15 x 15 μm abzutasten und dabei die detektierten Kontaminationen quasi hundertprozentig zu eliminieren. Nach Angeben des Herstellers ergaben erste Tests Durchsatzleistungen von mehr als 6 t/h, die selbst im Dauerbetrieb sichergestellt werden können. Damit ist es erstmals möglich, eine solche hochauflösende Sortiertechnik im großtechnischen Umfang, zum Beispiel direkt in einen Fertigungsprozess integriert, wirtschaftlich einzusetzen. Seit November 2019 steht das zum Patent angemeldete Sortiersystem – mit erweiterten Verfahrenstechniken zur Entfernung von Metall und Staub sowie einer Siebung – interessierten Anwendern für Tests zur Verfügung. Testreihen mit wenigen Kilogramm bis hin zu mehreren Tonnen Material sind möglich. Interessenten, für die sich ein Kauf der neuen Black Speck Plus-Technologie wirtschaftlich nicht rentiert, bietet die Separation Group das Verfahren als Dienstleistung an.
