Im Schatten der Entwicklungen bei den Verarbeitungsverfahren schreitet auch die Technik der Peripheriegeräte voran. Wesentliche Treiber für Entwicklungen sind Kosteneinsparungen, die sich bei Trocknern aus gesteigerter Energieeffizienz ergeben, bei Dosiergeräten aus höherer Präzision.

Vom Trocknen mit Druckluft über die Relativität der Präzision beim Dosieren bis zum  Fördern von „Mikadostäbchen“

Dosier- und Mischgeräte

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Kunststoff-Aufbereitung

Klotz, Karlhorst, Dr.

Dosiergeräte

Trockner

Farbdosiergeräte

Dosieranlagen, allgemein

Dosierer

Trockner, Granulat-

Materialhandling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Fördersysteme

Lücke geschlossen

Viele Arbeitsschritte liegen zwischen Granulat und fertigem Produkt. Gerade wenn Messen ausfallen, auf denen sonst die großen Spritzgieß- und Extrusionsanlagen im Rampenlicht stehen, richtet sich die Aufmerksamkeit wieder auf Neuheiten bei Peripheriekomponenten, ohne die eine moderne Fertigung nicht effizient läuft.

Von der Materialversorgung über das Erwärmen und Trocknen bis zur Qualitätssicherung

Steuerungen (Hardware und Software)

Automatisierungstechnik

Peripheriegeräte für KU-Verarbeitung

Kunststoffverarbeitungsmaschinen

Filteranlagen

Neuartige nützliche Helfer

Sowohl die Menge der recycelten Kunststoffabfälle als auch die der verarbeiteten Rezyklate steigt kontinuierlich. Allerdings bestehen noch Schwierigkeiten bei der Qualität der aufbereiteten Kunststoffe, was den Ersatz von Neuware erschwert. Maschinenhersteller und Kunststofferzeuger haben in letzter Zeit verschiedene Weiterentwicklungen vorgestellt.

Kunststoffrecycling ist ein aufwendiger Prozess. Damit das Rezyklat über die notwendige Qualität verfügt, ist zunächst eine genaue Sortierung in die verschiedenen Kunststoffe notwendig 

Die Schwierigkeiten beim Kunststoffrecycling überwinden

Streifinger, Florian

Recycling

Umweltmanagement

Extruder

Extrusionsanlagen

Waschen und Entfetten

Sortierer

Kunststoff-Recycling

Additive

Kunststoff Werkstoffe

Inspektion, Analyse und Sortierung von Rohmaterial

Qualitätssicherung

Qualitätssicherung Kunststoff

Der lange Weg zur Kreislaufwirtschaft

Eisbär bietet mit Plug&Dry eine Komplettlösung für die effiziente Materialtrocknung. Ein Stromanschluss und die Materialleitung sind alles, was noch benötigt wird.

Einschalten, anstecken und loslegen: Der Materialtrockner Plug&Dry benötigt nur einen elektrischen Anschluss sowie eine Materialzuleitung.

Messe K-Kunststoffmesse

kunststoffe-international.com

kunststoffe.de

Energieeffiziente Materialtrocknung als Komplettlösung

Für sein Kundenportal „arburgXworld“ hat der Maschinenhersteller Arburg auf der Fakuma 2021 zahlreiche neue digitale Features für Spritzgießanwendungen vorgestellt, mit denen sich die Produktionseffizienz weiter steigern lässt. Dazu zählen zum Beispiel Assistenzfunktionen der Gestica-Steuerung für die Optimierung von Zykluszeit und Energiebedarf sowie die Kundenportal-App „AnalyticsCenter“ für die Prozessanalyse.

Der Umfang der Gestica-Steuerung wurde um neue Assistenzfunktionen und Features erweitert.

Kunden können eigenes Equipment ins Portal „arburgXworld“ einbinden

Spritzgießen

Steuern, Regeln

Software

Digitale Transformation

Wirtschaft

Innovationen und neue Technologie

Energieeffizienz

Spritzgießmaschinen

Neue Apps erleichtern  den Spritzgieß-Alltag

Wenn es um Effizienzsteigerungen geht, denken Hersteller von Dünnwandverpackungen in Zehntelsekunden. Jede Zykluszeitverkürzung erhöht die Produktivität. Ein weiterer Einflussfaktor auf die Stückkosten ist die Energieeffizienz der Produktionsanlagen.

Anwender profitieren mit der optimierten Elios 4500 – das Foto zeigt die bisherige Variante – von höherer Produktivität und geringeren Stückkosten.

Schließeinheit der Elios 4500 neu mit vollelektrischem Antriebskonzept

Elektrische Antriebe für Spritzgießmaschinen

Antriebe

Elektrische Antriebe

Mehr Leistung und reduzierter Energieverbrauch

Wie bringt man 65 Spritzgießmaschinen und diverse Montagelinien – den Großteil der Fertigungszellen im Reinraum – und dazu demnächst noch eine Vielzahl an Peripheriegeräten unter ein digitales Dach? Ein Erfahrungsbericht.

Das Arburg-Leitrechnersystem ALS ist das Bindeglied zwischen Shop Floor und ERP-System und verbindet Auftragsverwaltung mit Prozess- und Qualitätsüberwachung.

Das Arburg-Leitrechnersystem als Basis für höhere Produktivität und Produktqualität

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Condition Monitoring / Prozessüberwachung

Instandhaltung

Kennzahlen, Q-Leitstand, Q-Monitor

Rückverfolgbarkeit, Traceability

Qualitätsmanagement

Industrie 4.0 für die Kunststoffverarbeitung

Montagelinien

Montagetechnik

Montage

Medizintechnik

Reinraumsysteme / -technik

Medizinprodukte

Prozessakten für die Patientensicherheit

Mit dem neuen viper 4 erweitert Engel zur K 2022 seine Linearroboterbaureihe. Mit dem aktuell kleinsten Modell dieser Serie geht der Spritzgießmaschinenbauer und Automatisierungsexperte neue Wege.

Mit dem neuen viper 4 ergänzt Engel seine Linearroboterbaureihe nach unten.

Die Niederspannungsantriebstechnik des viper 4 steigert die Energieeffizienz deutlich.

Neuer Kleinroboter mit innovativer Niederspannungstechnik

Handling, Handhabungstechnik

Linearroboter für die Kunststoffverarbeitung

Energiesparfuchs

Neben dem Einsatz von Rezyklaten in der Spritzgießfertigung und Investitionen in erneuerbare Energie hat der Haushaltswarenhersteller Teco-plastic kürzlich eine vollelektrische Maschine von Wittmann Battenfeld installiert und mit ihr Energiemessungen durchgeführt.

EcoPower 450/3300 mit Fördergerät Feedmax basic und Roboter W832 pro, der gerade einen Eimer aus der Maschine entnimmt.

Anwender führt Energiemessungen an Maschine von Wittmann Battenfeld durch.

Teko-plastic verbessert Energiebilanz mit vollelektrischen Maschinen

Mehr Ausstoß, weniger Verbrauch

Die steigenden Energie- und Rohmaterialpreise stellen die Kunststoffverarbeiter vor neue Herausforderungen. Eine schnelle Reduktion des CO2-Fußabdrucks verschafft den Unternehmen Spielraum und stärkt deren Wettbewerbsfähigkeit und Resilienz, ist Engel überzeugt. Auf der K 2022 will der Spritzgießmaschinenhersteller genau das unter Beweis stellen.

Zur K 2022 schnürt Engel für seine Kunden Effizienzpakete: Auf die Spritzgießmaschine abgestimmte Temperiersysteme und digitale Lösungen reduzieren den Energieverbrauch deutlich.

Temperiertechnik

Kreislaufwirtschaft

Mit der Effizienz steigt die Resilienz

In welcher Verfassung und mit welcher Agenda präsentiert sich die Branche nach zweieinhalb Jahren Pandemie und in einem zunehmend instabilen politischen Umfeld? Einsichten zu den dominanten Themen dieser Zeit.

Vor der K 2022: Kunststoffe-Umfrage zur Situation im Spritzgießmaschinenbau

Doriat, Clemens, Dr.

Nachhaltigkeit

Mess-, Steuer- und Regelgeräte

Kunststoff-Rezyklat

Beinharte Realitäten

Arburg hat auf Basis des Standards ISO TS 14067 : 2015, der die Treibhausgasbilanz eines Produkts definiert, untersucht, wie sich der Product Carbon Footprint (PCF) und der spezifische Energiebedarf seiner Spritzgießmaschinen ermitteln lassen.

Auf die Phase von der Rohstoffgewinnung bis zur Auslieferung entfallen nur rund 5 % der CO2 -Emissionen im gesamten Lebenszyklus einer Spritzgießmaschine. 

Arburg ermittelt aussagekräftigen Product Carbon Footprint

CO2-Bilanz von Spritzgießmaschinen

Zur K 2022 bekommt die iQ-Produktfamilie von Engel Zuwachs. iQ hold control ermittelt automatisch und ohne Vorgaben durch den Einrichter die für das jeweilige Werkzeug optimale Nachdruckzeit.

Oft liegt die optimale Nachdruckzeit niedriger als die zu Beginn eingestellte. In diesen Fällen wird die Zykluszeit verkürzt. 

iQ hold control ermittelt die optimale Nachdruckzeit

Smart Factory

Mit Nachdruck zu höherer Qualität

Der Systemlieferant KraussMaffei zeigt auf der K 2022 nicht nur die dafür nötige Maschinen-Hardware, sondern auch neue digitale Lösungen, mit denen sich bei Energieverbrauch und CO2 -Fußabdruck jeweils hohe Einsparungen erzielen lassen.

Digitale Lösungen sind ein essenzieller Bestandteil des Materialkreislaufs von der Insulin-Pen-Kappe zum Fahrzeugtürmodul.

Von der Insulin-Pen-Kappe zum automobilen Türmodul

Zur K 2022 präsentiert Engel mit seinen Partnern Alpla Group, Brink und IPB Printing einen Quantensprung für die Verpackungsindustrie. Dünnwandbehälter lassen sich erstmalig aus PET in nur einem Prozessschritt direkt im Spritzgießverfahren produzieren.

Bild 1. Die dünnwandigen Behälter werden aus rPET spritzgegossen.

Spritzgießwerkzeuge

Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung

Schmelzefilter

Polyethylenterephthalat

Thermoplaste

rPET im Dünnwandspritzgießen verarbeiten

Umgekehrter Temperaturgradient durch Infrarot-Behandlung

Spritzgießgranulate in Minutenschnelle trocknen

Auf der K 2022 stellt B.IRD Machinery Stricker erstmals IRD-Geräte vor, die zum Beistellen für Spritzgießmaschinen ausgelegt sind. Damit können auch Spritzgießer die Vorteile der Infrarot-Drehrohrtechnik nutzen.

Die Infrarot-Drehrohrtechnik (IRD) zur Trocknung von Schüttgütern wurde vor gut 20 Jahren entwickelt. Heute laufen weltweit mehrere Hundert Großanlagen für Kunststoffe in Extrusion und Recycling. Auf der K 2022 stellt die B.IRD Machinery Stricker GmbH aus Aachen jetzt erstmals IRD-Geräte vor, die zum Beistellen für Spritzgießmaschinen ausgelegt sind. Damit können nun auch Spritzgießer die Vorteile nutzen, die die ultraschnelle und energieeffiziente Trocknung in kontinuierlicher Inline-Produktion bietet.

Das auffälligste Merkmal der Erwärmung und Trocknung von Kunststoffgranulaten mittels Infrarot-Bestrahlung ist die Schnelligkeit des Prozesses. Organische Werkstoffe werden in wenigen Minuten erwärmt und auf einen Restfeuchtegehalt getrocknet, mit dem sie verarbeitet werden können. Das ist eine sehr deutliche Verbesserung gegenüber den herkömmlichen Verfahren, bei denen die Trocknung mit warmer Luft meist mehrere Stunden dauert. Technisch ausgedrückt: ein Zeitsprung um Zehnerpotenzen!

Dass dies so ist, ist heute durch die vielfältige Nutzung der IRD-Technologie (Infrarot-Drehrohrtechnik) bei Extrusionsprozessen in der kunststoffverarbeitenden Praxis hinreichend nachgewiesen. Nach wie vor wird jedoch noch an wissenschaftlichen Modellen gearbeitet, mit denen erklärt werden kann, warum dies so ist. Klar ist, dass Infrarot-Strahlung in Festkörper wie Granulate genügend tief eindringt, um dort Moleküle in Schwingung zu versetzen – eine Übertragung von Wärme also. Die Umgebungsluft hingegen wird von IR-Strahlung nicht erwärmt.

So entsteht zwischen dem schnell und stark erwärmten Feststoff und der Umgebungsluft ein hohes Temperaturgefälle (Bild 1). Alle bisher bekannten Beschreibungen von Trocknungsprozessen für Granulate aber gehen davon aus, dass die Temperatur der Umgebungsluft konstant höher ist als die des Festkörpers. Der extrem hohe umgekehrte Temperaturgradient bei der Infrarot-Behandlung ist ein Ansatzpunkt für die weiterführende polymerphysikalische Erklärung.

Einstufiges Verfahren statt doppelter Trocknungsprozess

Der Einsatz der Drehrohrtechnik garantiert, dass jedes einzelne Granulatkorn im Prozessverlauf genügend Strahlungsenergie absorbiert, um ausreichend erwärmt zu werden. Die in den Stoffen eingelagerten Wassermoleküle „fliehen“ vor der Wärme im Korn in die deutlich kühlere Umgebung. Resultat: Die Körner erreichen sehr schnell einen Zustand, in dem die Restfeuchte vor dem Aufschmelzen auf das erforderliche Maß reduziert ist.

Dass dabei gegenüber den mit heißer Trockenluft arbeitenden Prozessen der erforderliche Energieaufwand in der Regel insgesamt deutlich verringert werden kann, liegt auf der Hand. So muss die Luft über Stunden warm gehalten werden. Wenn der Trocknungsprozess in den bekanntermaßen schlecht wärmeleitenden Polymeren endlich einsetzt, muss die Luft stetig getrocknet werden, damit sie die Stofftrennung von Wasser aus dem Festkörper initiieren kann. Sie wird separat entfeuchtet. Die dazu nötigen Trockenmittel müssen wiederum getrocknet werden: Es handelt sich also um einen doppelten Trocknungsprozess. IRD ist dagegen ein einstufiges Verfahren.

Großanlagen auf Inline-Spritzgießdimension geschrumpft

B.IRD Machinery hat diese Technologie weiterentwickelt. Das Unternehmen wird geführt von dem IRD-Erfinder Dipl.-Ing. Urban Stricker und seinem Bruder Daniel (siehe Infokasten). Durch die Anwendung von Leichtbauprinzipien ist es gelungen, die bislang großen und meist sehr massiven Anlagen an die überschaubaren Dimensionen für das Spritzgießen anzupassen. Je nach Material sind mit den jetzigen Standardgeräten volumetrisch dosierte Durchsätze von 20 bis 200 kg/h realisierbar.

Die komplett in Deutschland gefertigten und mit OPC-UA-Anbindung ausgestatteten Geräte sind nur etwa gut 1 m lang, Breite und Höhe liegen darunter. Das Gewicht beträgt je nach Ausführung rund um 150 kg inklusive der Leistungs- und Steuerungseinheiten (Bild 2), die vom Anlagenteil auch getrennt werden können. Damit lassen sich die B.IRD-Geräte auf oder über Spritzgießmaschinen positionieren. Entsprechend ist eine Deckenbefestigung standardmäßig vorgesehen. Eine solche Positionierung ermöglicht, dass das getrocknete Material kontinuierlich direkt in den Einzugsbereich der Folgemaschine gegeben werden kann.

Der Vorteil liegt auch hier auf der Hand: Erstmals wird es möglich, die Trocknung von Granulaten beim Spritzgießen inline in einem Prozessschritt zu realisieren. Es wird nur getrocknet, was tatsächlich für die Produktion benötigt wird – Körnchen für Körnchen (Bild 3). Nur etwa ein Zehntel des Stundendurchsatzes befindet sich im Trocknungsprozess, statt wie bisher das Mehrfache dessen.

Besonders hydrophile Kunststoffe wie etwa PET oder Polyamide sind in der Praxis auf den teils sehr langen Wegen von zentralen Trocknungsanlagen zur Maschine anfällig für die erneute Aufnahme von Feuchtigkeit. Auch dieses Problem entfällt bei den IRD-Beistellgeräten komplett.

Tritt an der Spritzgießmaschine eine Produktionsunterbrechung auf, führt dies bei der Lufttrocknung unausweichlich zu höheren Standzeiten des Materials in der Wärme. Oft sind die unbeliebten Mehrfach- und Übertrocknungen die Folge. Das Produktionssystem braucht vielfach Stunden, um wieder zu stabilen und damit verlässlichen Materialkennwerten zu gelangen.

Mit den B.IRD-Geräten sind Stillstände der Spritzgießmaschine von 15 bis 30 Minuten dagegen kein Problem. Das Material zieht aufgrund des weiterhin bestehenden Temperaturgefälles im Prozessraum keine Feuchtigkeit. Und selbst wenn es länger dauert: Nach nur einem Durchlaufzyklus ist der Werkstoff wieder verlässlich den Parametern entsprechend aufbereitet – eine Frage von wenigen Minuten und einem Zehntel der Stundenmenge, die beim Startprozess durch einen Bypass dem Gesamtsystem wieder zugeführt wird. Die Materialeffizienz wird so spürbar erhöht.

Flexible Produktion  auch kleinerer Losgrößen

Insbesondere bei der Produktion kleinerer Losgrößen eröffnen sich für den Spritzgießverarbeiter zudem Möglichkeiten, die Produktion grundlegend zu flexibilisieren. Die Vorlaufplanung kann erheblich reduziert werden, Aufträge werden einzeln darstellbar. Der Einrichter überblickt in einer Hand auch die Trocknung.

Bei Materialwechseln (Farbe, Typ) kann durch schnelle und unkomplizierte Drehrohrwechsel die Einzelmaschine gezielter ausgelastet werden. Warum nicht an einem Tag zwei oder mehr Kleinaufträge auf einer Maschine abwickeln und so die Laufzeiten deutlich verbessern? In der betrieblichen Praxis ergeben sich viele neue Chancen.

Wie weit lässt sich das Material  „vorplastifizieren“?

Die Potenziale der Technologie sind damit aber noch nicht ausgeschöpft. Bei Produktionsversuchen zur Trocknung von ABS und PC wurde als Nebeneffekt beobachtet, dass die Ausschussraten der Produktion von zuvor über 5 % auf unter 1 % sanken. Dies deutet daraufhin, dass die kürzeren Wärmestandzeiten die Polymerschädigung verringern könnten. Auch könnten die höher als bisher liegenden Übergabetemperaturen zu einer schonenderen Aufschmelzung der Werkstoffe führen.

Zur Klärung der Phänomene läuft derzeit ein länger angelegtes Projekt am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen (Bild 4). Die technisch bedingt immer schon HT-fähigen B.IRD-Geräte sind in der Lage, das Granulat mit sehr hohen Temperaturen an die Spritzgießmaschine zu bringen – bis hin zur jeweiligen Glasübergangstemperatur (Tg). Die Scherung in der Schnecke kann so deutlich reduziert werden. Es wird am IKV nun gezielt untersucht, wie weit diese „Vorplastifizierung“ getrieben werden kann und welche Rückschlüsse sich auf den Verarbeitungsprozess ziehen lassen.

B.IRD Machinery Stricker GmbH  

https://www.ir-drum.de

Ausgabenartikel KU09-22

Im Inneren des B.IRD 5 wird Granulat in einem Drehrohr mit 30 cm Durchmesser durch IR-Strahlung erwärmt. Damit kann der Energie-, Zeit-, Raum- und Materialbedarf spürbar gesenkt werden.

Bild 1. Infrarot-Strahlung erwärmt das Korn von innen. Partialdruck- und Temperaturgefälle überlagern sich für eine schnelle Trocknung.

Bild 2. Steuerungsdisplay (HMI) des Modells <a href="http://B.IRD" target="_blank">B.IRD</a> 5.

Bild 4. Im Technikum des IKV werden sowohl die polymerphysikalischen Zusammenhänge des IRD-Verfahrens untersucht als auch Ansätze zur Optimierung des Aufschmelzprozesses in der Spritzgießmaschine.

Name - Hauptartikel

Infrarot-Drehrohrtechnik mit hoher Energieeffizienz

Daniel Stricker, branchenbekannt unter anderem als langjähriger Chefredakteur der „Kunststoff Information“, ist einer der beiden Geschäftsführer der <a href="http://B.IRD" target="_blank">B.IRD</a> Machinery Stricker GmbH, Aachen; <a href="mailto:ds@ir-drum.com">ds@ir-drum.com</a>

Das Unternehmen stellt die Technologie im Oktober in Düsseldorf auf dem NRW-Gemeinschaftsstand in Halle 6, Stand D76, vor. Weitere Informationen: <a href="http://www.birdmachinery.de" target="_blank">www.birdmachinery.de</a>