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24.04.2017

Rohstoffhandling bei der Kunstharzherstellung

Mit dem richtigen Dosier- und Mischequipment klebt┬Ĺs

Kunstharze bestehen aus zwei Komponenten, dem reinen Epoxidharz sowie dem zugeh├Ârigen H├Ąrter. Erst wenn diese beiden Komponenten in einem bestimmten Mengenverh├Ąltnis miteinander vermischt werden, reagieren die jeweiligen Molek├╝le miteinander und das z├Ąhfl├╝ssige Gemisch beginnt auszuh├Ąrten. Oberstes Gebot dabei ist es das exakt richtige Mischverh├Ąltnis zwischen Harz und H├Ąrter einzuhalten. Ist das nicht der Fall, finden die ├╝berz├Ąhligen Molek├╝le einer Komponente keinen Reaktionspartner, was sich im geh├Ąrteten Zustand durch eine spr├Âde bzw. klebrige Oberfl├Ąche verbunden mit einer deutlich geringeren Bruchfestigkeit ├Ąu├čert. Im richtigen Mischverh├Ąltnis jedoch h├Ąrten die Kunstharze zu einem stabilen, duroplastischen Werkstoff aus. Aufgrund der hohen Festigkeit bei geringem Gewicht und der schier unendlichen M├Âglichkeiten der Formgebung stehen diese Kunstharze vor allem beim Modell-, Flugzeug- oder Yachtbau hoch im Kurs.

Entscheidend f├╝r Reaktionsf├Ąhigkeit von Harz und H├Ąrter ist jedoch, dass auch die jeweiligen Vorprodukte im richtigen Mischungsverh├Ąltnis zusammengebracht und mit dem optimalen Mischverfahren zu einem homogenen Endprodukt verarbeitet werden. Wie genau eine solche Anlagenumgebung aussehen kann, zeigt das nachfolgende Beispiel der Engelsmann AG. Ein Hersteller von Epoxidharzen war auf der Suche nach einem Anlagenkonzept, mit dem er nicht nur den Mischvorgang sondern auch die dosierte Zuf├╝hrung der Einzelkomponenten in den Produktionsprozess sowie die anschlie├čende Fassabf├╝llung von Harz und H├Ąrter abbilden kann ┬ľ und zwar in dreifacher Ausf├╝hrung. Da Produktionsniederlassungen in anderen Teilen der Welt bereits eine gut funktionierende Misch-, F├Ârder-, und Abf├╝llanlage von Engelsmann einsetzen, war diese L├Âsung auch die Planungsgrundlage f├╝r das anstehende Projekt.

Von der Aufgabe der Vorprodukte bis zur Abf├╝llung des Endprodukts

In der geplanten Anlage sollten drei identische Produktionslinien aufgebaut werden, eine f├╝r die Harz- und zwei f├╝r die H├Ąrterherstellung. Die einzelnen Bestandteile wie Aerosil, F├╝llstoffe sowie ein spezieller Harz- bzw. H├Ąrter- Premix sollen aus ihrem jeweiligen Lagergebinde entleert und dem Herzst├╝ck jeder Produktionslinie, dem Mischer, zugef├╝hrt werden. Durch den Mischprozess verbinden sich die einzelnen Stoffe zu einem z├Ąhfl├╝ssigen Gemisch und die eigentliche Harz- bzw. H├Ąrterkomponente entsteht. Da das Produkt anschlie├čend in den Verkauf geht, soll auch der dosierte Austrag aus dem Trommelmischer sowie die Fassabf├╝llung mit der neuen Anlage abgebildet werden. Der Prozess an sich klingt einfach, birgt jedoch einige Schwierigkeiten wie beispielsweise die unterschiedlichen Stoffeigenschaften der einzelnen Komponenten. W├Ąhrend die eingesetzten F├╝llstoffe ├╝ber gute Flie├čf├Ąhigkeit verf├╝gen, neigt Aerosil mit seiner sehr geringen Sch├╝ttdichte sowohl zur starken Staubbildung als auch zu Anbackungen und leichter Agglomeration. Die zugef├╝hreten Harzund H├Ąrter-Premixes allerdings liegen in fl├╝ssiger Form vor. Dass die unterschiedlichen Produkteigenschaften und Aggregatsformen auch unterschiedliche Anforderungen an das Produktionsequipment stellen, zeigt sich bereits bei der Entleerung der Gebinde und Zuf├╝hrung der Vorprodukte in den Trommelmischer.

Zuerst wird der fl├╝ssige Premix ├╝ber bauseitige Pumpen und Rohrleitungen aus seinem Lagertank entleert und dem Trommelmischer zugef├╝hrt. Erst danach erfolgt die Zuf├╝hrung der Feststoffe. Sowohl Aerosil als auch die F├╝llstoffe werden in Big Bags angeliefert, m├╝ssen jedoch auf unterschiedliche Weise entleert werden. Aufgrund ihrer sehr guten Rieself├Ąhigkeit entleeren die F├╝llstoffe direkt in den Trommelmischer - ganz ohne den Einsatz einer Big Bag Entleerstation oder etwaigen Entleerhilfen. Zu diesem Zweck ist mittig auf dem Trommelmischer eine Entleereinheit angebaut. Der volle Big Bag wird zur Entleerung einfach mit einer Kranbahn angehoben und ├╝ber der Entleereinheit abgelassen. Der Bediener spannt, auf einer B├╝hne neben dem Mischer stehend, den Auslaufstutzen des Big Bags in die Entleereinheit ein und bet├Ątigt den Verschlussmechanismus. Nachdem der Big Bag Auslauf ge├Âffnet wird, entleeren sich die F├╝llstoffe quasi von alleine und ohne den Einsatz eines F├Ârderorgans direkt in den Trommelmischer. Um das feinpudrige Aerosil vollst├Ąndig und ohne Staubemissionen zu entleeren war der Einsatz einer Big Bag Entleerstation erforderlich. Die Beschickung der Station erfolgt ├╝ber eine integrierte Kranbahn mit Kettenzug. Per Knopfdruck wird der Big Bag in die Entleerposition gefahren und kann mit der Entleereinheit verbunden werden. Um Bediener und Anlagenumgebung vor einer zu hohen Staubbelastung zu sch├╝tzen ist diese Entleereinheit doppelt abgedichtet und so konstruiert, dass selbst beim L├Âsen des Big Bags keine Produktreste entweichen k├Ânnen. Damit sich das feine Aerosil nicht in den Falten des Big Bags absetzt, wurde die Station zus├Ątzlich mit einer Walkvorrichtung ausgestattet um einen effizienten und vor allem vollst├Ąndigen Produktaustrag zu gew├Ąhrleisten. Die Walkvorrichtung besteht aus zwei Auflagewangen, auf denen die Big Bag Unterseite abgelegt wird. Diese beiden Wangen bewegen sich beim Entleervorgang pneumatisch abwechselnd nach oben und heben so je eine Seite des Big Bags an, dadurch verbessert sich der Sch├╝ttwinkel und das Produkt rieselt in den Entleertrichter. ├ťber eine pneumatische Membranpumpe wird das Aerosil nun abgesaugt und ├╝ber Rohrleitungen senkrecht nach oben und direkt in einen Einlauf des Trommelmischers gef├Ârdert. Damit diese Produktzuf├╝hrung gewichtsgenau stattfinden kann, ist die Big Bag - Entleerstation zus├Ątzlich mit Wiegezellen ausgestattet. Mithilfe der elektrischen Steuerung gibt der Bediener einfach die gew├╝nschte Produktmenge ein, die dem Mischer zugef├╝hrt werden soll, und der Entleer- und F├Ârderprozess startet. Sobald die gew├╝nschte Menge erreicht ist, wird der Materialeintrag in den Entleertichter durch ein pneumatisches Quetschventil unterbrochen und die Membranpumpe abgeschaltet.

Jetzt kann der wichtigste Prozess, das Durchmischen der einzelnen Harz- bzw. H├Ąrterkomponenten beginnen. Der Engelsmann Trommelmischer wurde nicht grundlos f├╝r diese Aufgabenstellung ausgew├Ąhlt. Die zylindrische Trommel kann je nach Bedarf ausgelegt werden, sodass die geforderten 3.200 l Fassungsverm├Âgen f├╝r die H├Ąrter- bzw. 6.300 l f├╝r die Harzproduktion kein Problem darstellen. Das rotierende T-Schaufelmischwerk im Inneren des Beh├Ąlters ist speziell an dessen Geometrie angepasst, wodurch das Mischgut in eine dreidimensionale Bewegung gezwungen wird. Auf diese Art und Weise werden die Komponenten intensiv miteinander vermischt, auch wenn diese sich stark hinsichtlich Mengenverh├Ąltnis, Sch├╝ttgewicht und K├Ârnung unterscheiden. Bereits nach wenigen Minuten im Trommelmischer reagieren Aerosil, F├╝llstoffe sowie der fl├╝ssige Premix miteinander und verbinden sich zu einem hochviskosen Harz bzw. H├Ąrter. Die T-Schaufeln sind zwar so ausgerichtet, dass das Mischgut zum Auslauf hin transportiert wird, durch die hohe Viskosit├Ąt des Produkts w├╝rden sich jedoch Reste an Innenwand der Mischkammer festsetzen. Um auch diese Reste zu entleeren, wurde der Trommelmischer mit zwei Abstreifern ausgestattet. Diese Leisten rotieren an beiden Stirnseiten des Mischers wodurch Produktanhaftungen abgeschabt und dem Mischprozess wieder zugef├╝hrt werden. Um die einwandfreie Qualit├Ąt des Endprodukts sicherzustellen, war es dem Auftraggeber dar├╝ber hinaus wichtig, dass sich w├Ąhrend dem Mischprozess weder im Harz noch im H├Ąrter Luftbl├Ąschen ausbilden. Um das zu vermeiden sind die Trommelmischer jeweils mit einem Filterdom ausgestattet. Mithilfe einer Vakuumpumpe wird dem Mischbeh├Ąlter jegliche Luft entzogen und der Blasenbildung so vorgebeugt. Da der Trommelmischer zus├Ątzlich mit einem Drucksensor sowie einem Temperaturf├╝hler ausgestattet ist, kann der Bediener diese Parameter stets ├╝ber die integrierte Steuerung mit verfolgen um bei Unregelm├Ą├čigkeiten gegebenenfalls eingreifen zu k├Ânnen.Nachdem der Mischvorgang beendet ist, ├Âffnet sich die Auslaufklappe des Mischbeh├Ąlters und die fertige Harz- bzw. H├Ąrterkomponente wird durch die nun langsam rotierenden T-Schaufeln in Richtung Auslauftrichter gef├Ârdert und flie├čt in die darunter angebaute Exzenterschneckenpumpe. Diese f├Ârdert das Endprodukt zur der Fassabf├╝llung, der letzten Station dieser Anlage.

Da Harze und H├Ąrter direkt in ihr Verkaufsgebinde abgef├╝llt werden, erfolgt auch dieser letzte Prozessschritt dosiert. Dazu wurde am Auslaufrohr der Schneckenpumpe eine Wiegeplattform platziert, bestehend aus einer Bodenwaage mit aufgebautem Drehteller. Mithilfe eines Staplers platziert der Bediener jeweils eine Palette mit 4 leeren F├Ąssern auf dem Drehteller sodass eins der F├Ąsser direkt unter dem Schneckenauslaufrohr steht. Die Abf├╝llung des Produkts wird per Knopfdruck ├╝ber die elektrische Steuerung gestartet. Der Bediener muss lediglich die gew├╝nschte Menge eingeben und der Bef├╝llvorgang l├Ąuft so lange bis die Bodenwaage ein Signal an die elektrische Steuerung ├╝bergibt, dass die F├╝llmenge erreicht wurde. Die Abf├╝llung wird dann automatisch gestoppt, indem sich die Auslaufklappe des Mischers schlie├čt sodass kein Produkt mehr in die Exzenterschnecke ausgetragen wird. Um zu verhindern, dass auch nach dem Stoppen des Materialflusses Produktreste in der Exzenterschnecke in die Fassabf├╝llung nachlaufen, ist die elektrische Steuerung so eingestellt, dass sich bei Erreichen des F├╝llgewichts auch die Exzenterschnecke abschaltet. So wird sichergestellt, dass immer exakt die richtige Menge abgef├╝llt wird und in den Verkauf geht.

Durch die optimale Eignung der Anlagenteile f├╝r den Herstellungsprozess von Kunstharzen und die bequeme Steuerung des gesamten Prozesses, hat Engelsmann bereits einen weiteren Auftrag erhalten f├╝r eine ├Ąhnliche Anlage im Kunstharzbereich.