XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Die Lebenszyklen der Produkte werden kürzer, die Produktvielfalt grösser. Die Folge davon: häufiges Umstellen der Produktion. Deshalb ist bei der Granulat Zufuhr höchste Flexibilität mit kürzest möglichen Umstellzeiten gefordert. Den Stand der Technik schildern Otmar Link, Leiter der Entwicklung, und Walter Sonntag, Marketingleiter bei Azo, Osterbrücken.

„Heute wird selbst in Bereichen automatisiert, bei denen man früher wegen geringer Materialdurchsätze Investitionen gescheut hat”, so Otmar Link, Leiter der Entwicklung bei Azo. „ Es ist inzwischen ganz normal, daβ selbst Kleinstkomponenten wie Additive vollautomatisch dosiert werden. Man will weg vom Unsicherheitsfaktor Mensch.“

Die Azo GmbH & Co. KG aus Osterbrücken mit weltweit über 700 Mitarbeitern und einem Umsatz von 115 Millionen Mark hat sich auf dem Gebiet der Materialzuführung für die kunststoffverarbeitende Industrie spezialisiert. Das Produktionsprogramm reicht von der Materialannahme über Lagerung, Beschickung, Transport, Einfärben, Trocken und Mischen bis zum Anschlussflansch an der jeweiligen Maschine.

Der Entscheidungsgrund für den Einsatz automatischer Systeme ist die Forderung nach immer gröβerer Flexibilität. Otmar Link: „ Bei immer kürzeren Lebenszyklen der Produkte ist es heute manchmal entscheidend, wie schnell die Produktion umgestellt werden kann. Und das gilt nicht nur für das Teileprogramm, sondern auch für Materialien und Farben.“

Die Flexibilität automatischer Anlagen zeigt sich etwa bei der Beschickung. Dabei wird zwischen Einzelbeschickung und Sammelbeschickung unterschieden. Walter Sonntag: „ Immer wenn die Anzahl der Granulat Sorten die Anzahl der Maschinen übersteigt, ist das maschinenbezogene System die bessere Wahl.“ Bei Sortenwechsel kann schnell und problemlos umgekuppelt werden. Dies ist manuell am Kupplungsbahnhof oder automatisch mittels Saugrohrverteiler möglich. Produktvermischungen beim Umschalten werden über ein Sicherheitsventil verhindert. Wenn dagegen viele Maschinen mit wenigen Rohstoffen versorgt werden, bietet sich die materialbezogene Sammelbeschickung an. Auch hier ist Materialwechsel manuell oder automatisch über Ventilweichen in kürzester Zeit möglich.

Die Beschickung erfolgt über Druck- oder Saugförderung. Die Saugförderung wird bevorzugt eingesetzt. Walter Sonntag: „Das hat den Vorteil, daβ man viele Produktsorten staubfrei und wirtschaftlich auf zahlreiche Verarbeitungsmaschinen fördern kann. Und sollte einmal eine Undichtigkeit an dem System auftreten, wird nicht der gesamte Bereich verstaubt.“ Das Gebläse verlässt nur saubere Luft, die feinen Stäube und Verunreinigungen werden durch fressluftgespülte Sekundärfilter abgeschieden und gesammelt. Bei sehr weiten hohen Durchsatzleistungen und sehr weiten Förderwegen bieten sich die Drucksysteme als Alternative an.

Bei der Automatisierung der Dosierung von Klein- und Kleinstkomponenten steht die Qualitätssicherung und die Optimierung des Materialeinsatzes im Vordergrund. Fallbeispiel: Ein Unternehmen überfärbt die Mischung aus Sicherheitsgründen. Bei manueller Dosierung waren etwa drei Prozent Masterbatch erforderlich. Durch die Automatisierung des Materialtransportes auch dieser kleinen Mengen konnte der Anteil auf etwa ein Prozent bei gleicher Qualität reduziert werden. Teures Masterbatch lässt sich einsparen.

Für die Dosierung kleiner Mengen kommen zwei Verfahren in Frage: die volumetrische und die gravimetrische Dosierung. Voraussetzung für den Einsatz volumetrischer Dosierung und Einfärbung ist die automatische Umrechnung von Kammervolumen in Gewicht. Aus dem ermittelten Kammergewicht und dem vorgegebenen Mischungsverhältnis wird dann die Anzahl der Kammern pro Komponente ausgerechnet. Otmar Link: „Werden jedoch hohe Anforderungen an die Qualität und Reproduzierbarkeit der Kunststoffteile gestellt, kommt nur das Wiegen der Komponenten in Frage. Dann nur so kann garantiert werden, daβ Schüttgewicht-Schwankungen die Zusammensetzung nicht beeinflussen. Auβerdem ist eine schnellere Reinigung bei Farbwechsel möglich.“

Die Wiege- und Dosiergenauigkeit liegt im Grammbereich. Eine besonders schnelle Rezeptzusammenstellung wird durch Parallelverwiegung erreicht.

Je nach kundenseitigen Bedingungen kommen bei der gravimetrischen Dosierung drei Systeme zum Einsatz:

Wenn viele Maschinen mit unterschiedlichen Chargen beschickt werden sollen, wird über eine oder mehrere Zentralwiege-Stationen Neuware, Farbe und Additive exakt gewogen bereitgestellt und über Druckförderung auf die Mixomat-Mischer geblasen.

Soll über der Verarbeitungsmaschine Verwiegen, Einfärben und Mischen erfolgen, wird die Mixomat-Waage eingesetzt. Bei der Waage handelt es sich um ein kompaktes Gerät, bei dem sämtliche Funktionen integriert sind.

Werden groβe Durchsatzleistungen und sehr hohe Genauigkeiten benötigt, wird dem Mischer eine Förderwaage vorgeschaltet. Dann kann durch die Förderwaage bereits eine neue Charge gewogen werden. Die Anordnung der Anlage erfolgt über die Verarbeitungsmaschine oder daneben über pneumatische, entmischungsfreie Überhebung.

Otmar Link: „ Einen sehr hohen Stellenwert nimmt das Thema Integration ein. Heute können in die computergesteuerte Materialzuführung alle Verfahrensstufen und alle Komponenten wie Farben, Additive, Weichmacher, Treibmittel oder Flüssigkeiten integriert werden. „ Walter Sonntag ergänzt: „Dabei setzen wir aber konsequent auf dezentrale Anlagen-Automatisierung. Bei Ausfall einzelner Komponenten steht der Rest der Anlage weiterhin zur Verfügung.“

Sämtliche Steuerungen sind mit mehrerer genormten Rechnerschnittstellen und offenen Kommunikationsprotokollen für den Datenaustausch ausgestattet. Betriebs- und Maschinendaten können in die rechnergeführte Materialzufuhr einbezogen werden. Dabei wird im PC- und SPS-Bereich auf Busstrukturen gesetzt. Die gewählten Busstrukturen sind integrationsfähig in künftige Breitbandsysteme, modular erweiterbar, und projekt- und kundenspezifisch konfigurierbar. Die Steuerung ist damit in bestehende Systeme integrierbar.

Omar Link: „Für den Anwender ist ganz wichtig: Die Hardware-Komponenten bei den Steuerungen sind alle genormt und weltweit erhältlich. Den Service können somit auch Dienstleistungsunternehmen aus dem Elektronikbereich übernehmen.“