Multifunkční dávkovací systém pomáhá spojit přírodní vlákna a plasty dohromady

Gravimetrická synchronní dávkovací a míchací jednotka ze série Graviplus s čtyřmi dávkovacími moduly Labline; jeden dávkovací modul může být automaticky plněn materiálem pomocí dopravního zařízení Metro, zatímco zbývající tři je třeba plnit ručně. (Obrázek: Motan-Colortronic) / Graviplus-series gravimetrická synchronní dávkovací a míchací stanice se čtyřmi dávkovacími moduly Labline, z nichž jeden může být automaticky zásoben materiálem pomocí dopravního zařízení Metro, zatímco ostatní tři je třeba plnit ručně. (Obrázek: motan-colortronic)

Modulárně sestavený dávkovací systém lze bez velkého úsilí snadno přizpůsobit různým dávkovacím úkolům pomocí různých dávkovacích modulů pro granulát, mikrogranulát, prášek a drť, stejně jako pro kapaliny. (Obrázek: Motan-Colortronic) / The modular dosing system comes with four different dosing modules and can be quickly and easily adapted for feeding granulate, micro granulate, powder, grinding stock and liquids and various dosing tasks. (Image: motan-colortronic)

Řídicí systém dávkovacího zařízení je ovládán pomocí řídicí jednotky Gravinet GP, která se ovládá pomocí menu zobrazeného na 12,1" TFT dotykové obrazovce. (Obrázek: motan-colortronic)

Pro vývoj inovativních klimaticky a zdrojově šetrných postupů a materiálů pro výrobu vozidel, dřevařský a nábytkářský průmysl a řadu dalších aplikací byla na Hochschule Rosenheim nainstalována jedinečná zařízení s pilotním charakterem na celostátní úrovni. Cílem investičního projektu je spojit výhody dřeva nebo přírodních vláken s výhodami plastů za účelem vývoje technologicky inovativních produktů z kompozitů přírodní vlákno-plast a vhodných výrobních technologií k jejich výrobě.

„MUNACU“ – mezioborová výzkumná spolupráce

Iniciátorem mezioborového výzkumného projektu „MUNACU – Multi-funkční kompozity z přírodních vláken a plastů“ byla oznámení Spolkového ministerstva pro vzdělávání a výzkum (BMBF). Podle toho BMBF podporuje v rámci programu financování „FHInvest“ vysoké školy, které chtějí rozšířit svůj výzkumný profil nebo výzkumný zaměření pomocí investičních projektů na zajištění a využití výzkumných zařízení.

„Naším výchozím záměrem bylo propojit tradiční zpracování dřeva s osvědčenou a efektivní technikou „One-Shot“ vstřikování,“ vysvětluje Peter Karlinger, profesor na Hochschule Rosenheim, průběh projektu. Karlinger mimo jiné vede obor vstřikování a zkoumá v oblasti techniky zpracování při vstřikování, lehké konstrukce a techniky čistých prostor. Společně se svými kolegy Dr.-Ing. Michaelem Schemme, jehož specializací jsou kompozitní materiály, a Dr. Andreasem Michanicklem z fakulty dřevařství a stavebnictví navrhli projekt „Multifunkční lehká konstrukce s přírodními surovinami nebo materiály, zejména s obnovitelnými vlákny.“

Komplexní konfigurace zařízení

U zařízení vědci sledovali komplexní koncept – který současně odpovídá hlavnímu tématu „Od suroviny přes vlákna ke komponentu.“ Pilotní zařízení je složeno z několika komponent v různých oblastech:

- Refiner v laboratoři dřevařské techniky pro výrobu definovaných vláken z přírodních surovin
- DCIM vstřikovací kompaktní zařízení v technickém centru plastového zpracování
- Gravimetrická synchronní dávkovací a míchací stanice se čtyřmi dávkovacími moduly pro zásobování kompaktního zařízení
- Vertikální uzavírací jednotka, která může být současně použita jako předlisovací lis
- Přídavné vstřikovací zařízení (Bolt-On zařízení)
- IMC vstřikovací kompaktní zařízení s kontinuálním gravimetrickým dávkováním
- 6osický robot, zkušební nástroje a kontrolní zařízení

Materiálové zpracování a zpracování pomocí technologie DCIM

Při technologii Direct Compounding Injection Moulding (DCIM) dochází ke zpracování vstupních materiálů a jejich následnému tvarování v jednom výrobním kroku.

Za tímto účelem pracuje extrudér s jedním šroubem na kontinuálním zpracování standardní plastifikační a vstřikovací jednotky. Na špičce extrudéru je přepínací ventil, kterým je řízena dodávka materiálu do plastifikační a vstřikovací jednotky. Není zde potřeba tavicí nádrž; samotný vstřikovací proces zůstává nezměněn.

Přímé zpracování v teple má technické i ekonomické výhody. Patří mezi ně například lepší kvalita materiálu díky nižšímu teplotnímu a mechanickému namáhání (nižší třecí zátěž) materiálu. Lze například začlenit delší vlákna a jemně je rovnoměrně rozložit, což je důležité při zpracování přírodních vláken. Díky eliminaci další mezivrstvy vznikají také úspory nákladů a energie. Technologie DCIM je společným vývojem společností KraussMaffei, Motan-Colortronic a vývojáře kompozitů Exipnos.

Čtyřnásobná laboratorní dávkovací linka – přesnost při dávkování komponent

Zásobování materiálem pro kompaktní extrudér je zajištěno gravimetrickou synchronní dávkovací a míchací jednotkou z řady Graviplus od Motan-Colortronic, Friedrichsdorf. Dávkovací systém je vybaven čtyřmi dávkovacími moduly Labline. Zatímco jeden dávkovací modul může být automaticky plněn pomocí dopravního zařízení Metro, zbývající tři jsou plněny ručně. Pro základní vybavení byly vybrány dávkovací šneky pro různé vlastnosti prášků (volné, středně tekuté a těkavé). Jeden dávkovací přístroj je vybaven dvojitým šroubovým modulem.

Modulární dávkovací systém lze rychle a bez velkého úsilí přizpůsobit různým dávkovacím úkolům, což ho činí ideálním pro plánované výzkumné aktivity. K dispozici jsou volitelně různé dávkovací moduly pro granuláty, mikrogranuláty, prášky a drť, stejně jako pro kapaliny. Pro těžko nebo nevybíravě tekoucí materiály obsahuje „Dávkovací stavebnic“ dávkovací moduly s dvojitým šroubem a míchacími zařízeními.

Graviplus pracuje podle principu rozdílové váhy, známého také jako „loss-in-weight“ princip. Ve srovnání s dávkovacím zařízením na dávkování po šaržích má technika loss-in-weight podstatně vyšší přesnost dávkování, jak ukázaly zkušební dávkovací pokusy v rámci předchozího projektu. Tento aspekt je zvláště důležitý u materiálů, které jsou obtížně dávkovatelné. Navíc díky přímému dávkování do kompaktního extrudéru je téměř vyloučeno rozdělení směsi. Kromě požadované přesnosti dávkování byl dalším důvodem pro použití kontinuálního gravimetrického dávkování i fakt, že tento způsob minimalizuje riziko separace složek.

V provozu řídicí systém porovnává skutečný průtok s nastaveným cílovým průtokem a okamžitě rozpoznává případné odchylky. Odchylky jsou kompenzovány změnou otáček dávkovacích zařízení. Materiál je kontinuálně a synchronně odváděn do sběrného zásobníku. Odtud se homogenní směs dostává do materiálového vstupu kompaktního zařízení. U tohoto postupu není třeba se obávat separace složek.

Protože je tok materiálu kontinuálně sledován a řízen na základě hmotnosti, nemají kolísání hmotnosti zásobníku, změny velikosti zrn nebo proměnlivé chování toku téměř žádný vliv na přesnost dávkování. Tento aspekt je rovněž klíčový při plánovaných výzkumech v Rosenheimu, protože dávkování a doprava přírodních vláken představují velkou výzvu.

Řízení dávkovacího systému je zajištěno pomocí řídicího systému Gravinet GP, který je ovládán prostřednictvím menu na 12,1" TFT dotykové obrazovce. Systém zobrazuje hlášení a alarmy v textové podobě.

„Kromě vysoké přesnosti dávkování a reprodukovatelnosti výsledků byla jasnou požadavkem i jednoduchá obsluha systému. S několika málo údery můžeme variabilně měnit experimentální uspořádání a provádět výměnu materiálu,“ dodává Karlinger.

Plánované výzkumné zaměření

S dostupnou technikou se otevírá široké spektrum možností pro materiálové a procesní výzkumy v oblasti dřevařského a plastového průmyslu. Hlavním cílem je výzkum a vývoj nových materiálů a lehkých konstrukčních postupů, které umožní výrobu dílů s přírodními vlákny šetrně k zdrojům, nákladově efektivně a s vysokou variabilitou použití. Ve spojení s IMC vstřikovacím kompaktním zařízením – které je rovněž vybaveno kontinuálním gravimetrickým dávkovacím systémem od Motan-Colortronic – jsou plánovány srovnávací studie mezi DCIM a tradičním souosým dvojitým šroubovým extrudérem.