O hled�n� �perfektn�ho� rosn�ho bodu s firmou Theo Hillers GmbH

„Vyrábíme mnoho díl�, které byly doposud z hliníku litého pod tlakem“, objas�uje výzvy vedoucí výroby Erich Klinkhammer. Dalšími pilí�i firmy Hillers je léka�ská a instala�ní technika.

Na celkem 80 vst�ikovacích strojích s uzavírací silou 250 a� 5 500 kN vyrábí firma Hillers díly s hmotností od 0,1 do 400 g. Zpracovává se hlavn� PA, PP a POM; denn� zhruba sedm tun, 250 dní v roce.

Rodinná firma, zalo�ená v roce 1980, momentáln� zam�stnává ve svém hlavním sídle v Kall 210 pracovník�. Od roku 2006 vyrábí firma Hillers s 45 zam�stnanci i v ma�arském Gyõru. V Neustadt/Wied provozuje firma ješt� výrobu speciálních stroj� se sedmi zam�stnanci.

Od subdodavatele automobil� obdr�ela firma Hillers objednávku na výrobu vále�ku unaše�e spojky. Komplexní sou�ástka musí spl�ovat nejvyšší po�adavky jak z hlediska mechaniky, tak optiky. Za provozu vznikají nap�. vnit�ní tlaky mezi 40 a 50 bary. Z bezpe�nostních d�vod� je však p�edepsána jako tlak p�i roztr�ení mnohonásobn� vyšší hodnota provozního tlaku. Firma Hillers vyrobí ka�dý den na dvou strojích kolem 4 500 t�chto sou�ástí. Zpracovává se �áste�n� aromatický polyamid (PPA) s 50% podílem sklen�ných vláken výrobce Ems-Grivory. Materiál je dodáván vakuov� balený v oktabínu.

„Nástroje byly vyrobeny, odb�r vzor� úsp�šn� dokon�en – sériová výroba mohla za�ít“, vzpomíná pan Klinkhammer. „Sotva se však rozb�hla výroba, za�aly potí�e, proto�e jsme ne v�dy dokázali dodr�et po�adovaný tlak p�i roztr�ení“, lí�í historii.
 

Obr. 1.: Obsah vlhkosti se projevuje p�ímo na viskozit� taveniny, poškození je nejmenší jen p�i optimálním obsahu vlhkosti

Takové situace asi za�ilo mnoho zpracovatel�. Postup p�i hledání p�í�in je obvykle rutinní. Tým firmy Hillers se tedy nejprve zam��il na nastavovací data temperování a parametr� vst�ikování. Podrobn� prozkoumali i nástroj; vznikla domn�nka, �e materiál by mohly poškozovat trysky s jehlovým uzáv�rem. Zam��ili se i na plastifikaci vst�ikovacího stroje. Kontrolovali, sledovali a obm��ovali šnek, hrot šneku, geometrii šneku, znovu teploty hmoty, systém horkého kanálu a trysky.

„Všechno jsme doslova obrátili vzh�ru nohama“, up�es�uje Dirk Hensel, vedoucí závodu Hillers. Zákazník poslal na pomoc specialisty. „Byly po�ízeny, zdokumentovány a vyhodnoceny všechny parametry, ka�dá, i sebenepatrn�jší odchylka byla zd�vod�ována“, popisuje tehdejší situaci pan Hensel.

Poté, co byly prov��eny tém�� všechny aspekty na stran� stroje a za�ízení, zbýval jako p�í�ina u� jenom materiál. Tým byl rozší�en o odborníky na materiál a sušení – a následovaly další série m��ení. Mezitím se ukázalo, �e zkouška tlaku p�i roztr�ení má lepší výsledky p�i vyšších teplotách sušení. Hlavní podez�ení tedy padlo na suši�ku.
 

Obr. 2.: Spole�n� našli perfektní rosný bod: Georg Flink (vlevo) z firmy Motan-Colortronic a Erich Klinkhammer z firmy Hillers

„Nejprve jsme dva týdny odebírali ka�dý den vzorky materiálu, abychom zm��ili obsah vlhkosti“, popisuje Erich Klinkhammer další postup. „P�itom jsme zjistili, �e materiál byl v oktabínu z�ásti p�íliš vlhký, co� zp�sobovalo p�etí�ení suši�ky. Pak jsme tuto sérii m��ení rozší�ili a pr�b�n�, v pravidelných intervalech jsme zapisovali vlhkost materiálu v oktabínu.“ Ze záznam� bylo z�ejmé, �e materiál v na�atém oktabínu zpo�átku velmi rychle p�ijímá vlhkost. Sou�asn� jsme vypozorovali, �e se zbytková vlhkost vysušeného materiálu rovn� m�ní, co� z�ejm� souviselo se zp�tným vlhnutím v oktabínu. .

Následovaly zkoušky tlaku p�i roztr�ení s rozdílnými obsahy zbytkové vlhkosti. Tato data byla zase p�i�azena k nastavovacím dat�m stroj�. Prokázala se p�itom korelace mezi tlakem p�i p�etr�ení a vst�ikovacím tlakem. S klesajícím tlakem p�i p�etr�ení klesal i vst�ikovací tlak. V další fází byla tato data, dávka za dávkou, p�i�azena k dat�m p�íslušné šar�e materiálu a byla pozorována její zbytková vlhkost a také koeficient te�ení. Z toho se dala odvodit souvislost mezi st�ídáním šar�í a skokem u tlaku p�i p�etr�ení: P�i pom�rn� vysokém koeficientu te�ení byly tlaky p�i p�etr�ení lepší – a naopak.

„Ale i to m�lo svoje meze“, informuje Dirk Hensel. „Jestli�e byl materiál p�íliš suchý, byl sice tlak p�i p�etr�ení v po�ádku, ale objevily se potí�e s kvalitou povrchu.“ D�vodem je skute�nost, �e se obsah vlhkosti p�ímo projevuje na viskozit� taveniny. P�íliš nízká zbytková vlhkost zp�sobuje tuhou taveninu a vyšší st�ih materiálu v plastifikaci, co� má zase za následek poškození materiálu a sní�ení viskozity.
 

Obr. 3.: Aby nedocházelo ke zp�tnému vlhnutí materiálu v oktabínu, je zásobník p�ikrytý. Jeho obsah je navíc permanentn� ovíván suchým vzduchem

Ovšem p�íliš vysoká zbytková vlhkost zp�sobuje mimo jiné degradaci molekulových �et�zc�, a tím pádem zhoršené mechanické vlastnosti. To také vysv�tlovalo špatné výsledky zkoušek tlaku p�i roztr�ení.

Erich Klinkhammer p�i svých m��eních zjistil, �e p�ijímání vlhkosti PPA se m��e p�i teplot� 23 °C a 50% vlhkosti vzduchu zvýšit na 1,3 %, v závislosti na pov�trnostních podmínkách dokonce a� na 1,7 %. Sta�í, kdy� materiál z�stane za ur�itých klimatických podmínek p�es víkend v otev�eném oktabínu.

Ve specifikacích suši�ky p�vodn� vycházeli ze zaru�ené po�áte�ní vlhkosti. Intenzivní zp�tné zavhl�ení za nep�íznivých podmínek m�lo však za následek, �e suši�ka nemohla materiál v po�adovaném �ase vysušit. Vysušit materiál s po�áte�ní vlhkostí více ne� 1 % na zbytkovou vlhkost 0,03 % pomocí adsorp�ní suši�ky toti� nemá smysl. Krom� toho se musí nainstalovat velké generátory suchého vzduchu a sušicí násypky, odpovídající pr�toku. Rozhoduje také s tím spojená vysoká spot�eba energie.

Cílem firmy Hillers tedy musela být stabilní, nem�nná zbytková vlhkost, nezávislá na pr�toku. Bylo bezpodmíne�n� nutné zabránit tomu, aby se do suši�ky dostával ‚mokrý’ materiál, tak�e suši�ka bude mít dostatek �asu na vysušení na po�adovanou zbytkovou vlhkost.
 

Obr. 4.: Vybaven automatickou nivelací teploty a rosného bodu (ATTN), reguluje generátor suchého vzduchu Luxor A 120 rosný bod procesního p�ívodního vzduchu s p�esností ±1°C

Jako optimální byla stanovena zbytková vlhkost 0,03 %. Vzhledem k tomu, �e materiál je v dodaném stavu s cca 0,05 a� 0,08 % tém�� vhodný ke zpracování, m�l by být tento stav ‚co nejvíc zachován’ – ani� dojde k poškození materiálu!

„Bezpe�nost procesu znamená vyregulovat všechny dostupné parametry“

Te� byla na �ad� firma Motan-Colortronic. „Nejd�ív jsme definovali rámcové podmínky“, lí�í další postup Georg Flink ze spole�nosti Kunststofftechnik Flink und Wortmann GbR, Burscheid. Jako smluvní prodejce firmy Motan-Colortronic byl rozhraním mezi firmou Hillers a aplika�n�-technickým centrem výrobce �ešení pro manipulaci s materiálem ve Friedrichsdorf/Taunus. Podle specifikace m�ly být dva stroje zásobovány pr�m�rným mno�stvím 15 kg/h, tzn. �e suši�ka m�la sušit maximáln� 30 kg/h. Dále bylo t�eba zohlednit �asy chodu stroj�, to znamená, zda jsou v provozu oba stroje, jenom jeden nebo v nejhorším p�ípad� �ádný.

Suši�ku bylo nutno dimenzovat tak, aby m�l materiál dobu setrvání osm hodin, kdy� jsou oba stroje v chodu. T�ch osm hodin ovšem platí jen tehdy, kdy� se dostane do násypky materiál s maximální zbytkovou vlhkostí 0,08 %. Kdyby se nap�. materiál s po�áte�ní vlhkostí 1 % musel vysušit na dohodnutou zbytkovou vlhkost pro zpracování 0,03 %, osm hodin by na to nesta�ilo. Navíc bylo nutno najít �ešení, jak udr�et zbytkovou vlhkost materiálu v oktabínu v dodaném stavu.
 

Obr. 5.: Firma Hillers pro jistotu nainstalovala na stroje zapínatelné suši�ky, aby nedocházelo ke zp�tnému vlhnutí granulátu v pokládání materiálu

Konkrétní úlohou firmy Motan-Colortronic te� bylo zajišt�ní definované, reprodukovatelné zbytkové vlhkosti. K tomu bylo t�eba zjistit vhodnou kombinaci teploty rosného bodu a teploty sušení, tak�e v Tech Center firmy Motan-Colortronic byly provedeny rozsáhlé zkoušky sušení s �etnými m��eními vlhkosti.

V zásad� je takový rovnová�ný stav u r�zných kombinací parametr� mo�ný. Aby však p�i dlouhé dob� setrvání materiálu v sušicí násypce nedošlo k jeho tepelnému poškození, doporu�uje se kombinace nízkých teplot sušení a lepších (ni�ších) rosných bod�. P�i ni�ších teplotách sušení se nevyhnuteln� prodlu�uje �as sušení. Pro technicky a ekonomicky ú�elné dimenzování za�ízení s konstantními parametry sušení bylo proto nezbytné omezení p�ípustné po�áte�ní vlhkosti.

Aby byly po�adavky spln�ny, bylo za�ízení u firmy Hillers vybaveno automatickou nivelací teploty a rosného bodu (ATTN), která byla optimalizována na základ� poznatk�, získaných v technickém st�edisku. Nivelace ATTN byla speciáln� vyvinuta pro aplikace, p�i kterých smí probíhat sušení materiálu jen v malém okn� teploty rosného bodu. Rosný bod procesního p�ívodního vzduchu je p�esn� a konstantn� regulován s p�esností ± 1 °C a také dokumentován. Jako generátor suchého vzduchu pou�ívá firma Hillers Luxor A 120 s technologií Eta-Plus a objemem suchého vzduchu 120 m³/h. Sušicí násypka typu Luxorbin A 600-SH má obsah 600 litr�.

Eta-Plus kombinuje regulaci mno�ství vzduchu suši�ky se sni�ováním teploty sušení. Systém rozpozná kolísání pr�toku materiálu podle teploty odvád�ného vzduchu a p�i stoupající teplot� sní�í mno�ství vzduchu. Pokud teplota p�i p�erušení výroby p�esto dál stoupá, sní�í systém teplotu sušení a� na pohotovostní teplotu. Souhra všech komponent navíc umo��uje pln� automatické, reprodukovatelné sušení, vhodné pro individuální pot�eby.

Aby nedocházelo ke zp�tnému vlhnutí materiálu v oktabínu, vymysleli odborníci na sušení pom�rn� jednoduché protiopat�ení: Obsah te� u� p�ikrytého zásobníku je permanentn� ovíván suchým vzduchem z malého, úsporného odvlh�ova�e. Jak odvlh�ova�, tak suši�ka jsou v chodu i ve dnech pracovního klidu. Suši�ka samoz�ejm� s automaticky výrazn� sní�eným výkonem, tzn. se sní�enou teplotou a sní�eným mno�stvím vzduchu.

V této souvislosti je rozhodující i správný výpo�et pokládání na stroji. Pokud je stanoveno p�íliš vysoko, hrozí nebezpe�í zp�tného zavhl�ení. Firma Hillers proto pro jistotu nainstalovala na stroje malé, zapínatelné suši�ky. P�i dlouhých p�erušeních nebo o víkendech se násypka samoz�ejm� vyprázdní. Bez problém� lze však p�eklenout a� dv� hodiny.

Obr. 6.: Jestli�e je plastový granulát ulo�en na vzduchu, v�dy se p�izp�sobí vlhkosti okolního prost�edí tak, aby byla vlhkost materiálu a okolního prost�edí v rovnováze

Záv�rem

Pro úsp�šné dokon�ení projektu byla rozhodující úzká, mezioborová spolupráce zú�astn�ných odborník�. P�i posuzování jednotlivých proces� se zdálo, �e jsou všechny parametry v po�ádku, ale koncový produkt byl stále chybný. Teprve kdy� se všichni specialisté setkali u jednoho stolu, provedli a vyhodnotily bezpo�et zkoušek, za�alo se rýsovat �ešení. V neposlední �ad� byly rozhodující série zkoušek v Motan-Colortronic-Technikum, jejich� výsledky byly zahrnuty do dimenzování suši�ky s nivelací teploty a rosného bodu.

Více info na www.luger.eu, www.motan-colortronic.com