The search, the perfect 'dew point with Theo Hillers GmbH

„Vyrábíme mnoho dílù, které byly doposud z hliníku litého pod tlakem“, objasòuje výzvy vedoucí výroby Erich Klinkhammer. Dalšími pilíøi firmy Hillers je lékaøská a instalaèní technika.

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

Rodinná firma, založená v roce 1980, momentálnì zamìstnává ve svém hlavním sídle v Kall 210 pracovníkù. Od roku 2006 vyrábí firma Hillers s 45 zamìstnanci i v maïarském Gyõru. V Neustadt/Wied provozuje firma ještì výrobu speciálních strojù se sedmi zamìstnanci.

Od subdodavatele automobilù obdržela firma Hillers objednávku na výrobu váleèku unašeèe spojky. Komplexní souèástka musí splòovat nejvyšší požadavky jak z hlediska mechaniky, tak optiky. Za provozu vznikají napø. vnitøní tlaky mezi 40 a 50 bary. Z bezpeènostních dùvodù je však pøedepsána jako tlak pøi roztržení mnohonásobnì vyšší hodnota provozního tlaku. Firma Hillers vyrobí každý den na dvou strojích kolem 4 500 tìchto souèástí. Zpracovává se èásteènì aromatický polyamid (PPA) s 50% podílem sklenìných vláken výrobce Ems-Grivory. Materiál je dodáván vakuovì balený v oktabínu.

„Nástroje byly vyrobeny, odbìr vzorù úspìšnì dokonèen – sériová výroba mohla zaèít“, vzpomíná pan Klinkhammer. „Sotva se však rozbìhla výroba, zaèaly potíže, protože jsme ne vždy dokázali dodržet požadovaný tlak pøi roztržení“, líèí historii.
 

Obr. 1.: Obsah vlhkosti se projevuje pøímo na viskozitì taveniny, poškození je nejmenší jen pøi optimálním obsahu vlhkosti

Takové situace asi zažilo mnoho zpracovatelù. Postup pøi hledání pøíèin je obvykle rutinní. Tým firmy Hillers se tedy nejprve zamìøil na nastavovací data temperování a parametrù vstøikování. Podrobnì prozkoumali i nástroj; vznikla domnìnka, že materiál by mohly poškozovat trysky s jehlovým uzávìrem. Zamìøili se i na plastifikaci vstøikovacího stroje. Kontrolovali, sledovali a obmìòovali šnek, hrot šneku, geometrii šneku, znovu teploty hmoty, systém horkého kanálu a trysky.

„Všechno jsme doslova obrátili vzhùru nohama“, upøesòuje Dirk Hensel, vedoucí závodu Hillers. Zákazník poslal na pomoc specialisty. „Byly poøízeny, zdokumentovány a vyhodnoceny všechny parametry, každá, i sebenepatrnìjší odchylka byla zdùvodòována“, popisuje tehdejší situaci pan Hensel.

Poté, co byly provìøeny témìø všechny aspekty na stranì stroje a zaøízení, zbýval jako pøíèina už jenom materiál. Tým byl rozšíøen o odborníky na materiál a sušení – a následovaly další série mìøení. Mezitím se ukázalo, že zkouška tlaku pøi roztržení má lepší výsledky pøi vyšších teplotách sušení. Hlavní podezøení tedy padlo na sušièku.
 

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

„Nejprve jsme dva týdny odebírali každý den vzorky materiálu, abychom zmìøili obsah vlhkosti“, popisuje Erich Klinkhammer další postup. „Pøitom jsme zjistili, že materiál byl v oktabínu zèásti pøíliš vlhký, což zpùsobovalo pøetížení sušièky. Pak jsme tuto sérii mìøení rozšíøili a prùbìžnì, v pravidelných intervalech jsme zapisovali vlhkost materiálu v oktabínu.“ Ze záznamù bylo zøejmé, že materiál v naèatém oktabínu zpoèátku velmi rychle pøijímá vlhkost. Souèasnì jsme vypozorovali, že se zbytková vlhkost vysušeného materiálu rovnìž mìní, což zøejmì souviselo se zpìtným vlhnutím v oktabínu. .

Následovaly zkoušky tlaku pøi roztržení s rozdílnými obsahy zbytkové vlhkosti. Tato data byla zase pøiøazena k nastavovacím datùm strojù. Prokázala se pøitom korelace mezi tlakem pøi pøetržení a vstøikovacím tlakem. S klesajícím tlakem pøi pøetržení klesal i vstøikovací tlak. V další fází byla tato data, dávka za dávkou, pøiøazena k datùm pøíslušné šarže materiálu a byla pozorována její zbytková vlhkost a také koeficient teèení. Z toho se dala odvodit souvislost mezi støídáním šarží a skokem u tlaku pøi pøetržení: Pøi pomìrnì vysokém koeficientu teèení byly tlaky pøi pøetržení lepší – a naopak.

„Ale i to mìlo svoje meze“, informuje Dirk Hensel. „Jestliže byl materiál pøíliš suchý, byl sice tlak pøi pøetržení v poøádku, ale objevily se potíže s kvalitou povrchu.“ Dùvodem je skuteènost, že se obsah vlhkosti pøímo projevuje na viskozitì taveniny. Pøíliš nízká zbytková vlhkost zpùsobuje tuhou taveninu a vyšší støih materiálu v plastifikaci, což má zase za následek poškození materiálu a snížení viskozity.
 

Obr. 3.: Aby nedocházelo ke zpìtnému vlhnutí materiálu v oktabínu, je zásobník pøikrytý. Jeho obsah je navíc permanentnì ovíván suchým vzduchem

Ovšem pøíliš vysoká zbytková vlhkost zpùsobuje mimo jiné degradaci molekulových øetìzcù, a tím pádem zhoršené mechanické vlastnosti. To také vysvìtlovalo špatné výsledky zkoušek tlaku pøi roztržení.

Erich Klinkhammer pøi svých mìøeních zjistil, že pøijímání vlhkosti PPA se mùže pøi teplotì 23 °C a 50% vlhkosti vzduchu zvýšit na 1,3 %, v závislosti na povìtrnostních podmínkách dokonce až na 1,7 %. Staèí, když materiál zùstane za urèitých klimatických podmínek pøes víkend v otevøeném oktabínu.

Ve specifikacích sušièky pùvodnì vycházeli ze zaruèené poèáteèní vlhkosti. Intenzivní zpìtné zavhlèení za nepøíznivých podmínek mìlo však za následek, že sušièka nemohla materiál v požadovaném èase vysušit. Vysušit materiál s poèáteèní vlhkostí více než 1 % na zbytkovou vlhkost 0,03 % pomocí adsorpèní sušièky totiž nemá smysl. Kromì toho se musí nainstalovat velké generátory suchého vzduchu a sušicí násypky, odpovídající prùtoku. Rozhoduje také s tím spojená vysoká spotøeba energie.

Cílem firmy Hillers tedy musela být stabilní, nemìnná zbytková vlhkost, nezávislá na prùtoku. Bylo bezpodmíneènì nutné zabránit tomu, aby se do sušièky dostával ‚mokrý’ materiál, takže sušièka bude mít dostatek èasu na vysušení na požadovanou zbytkovou vlhkost.
 

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

Jako optimální byla stanovena zbytková vlhkost 0,03 %. Vzhledem k tomu, že materiál je v dodaném stavu s cca 0,05 až 0,08 % témìø vhodný ke zpracování, mìl by být tento stav ‚co nejvíc zachován’ – aniž dojde k poškození materiálu!

„Bezpeènost procesu znamená vyregulovat všechny dostupné parametry“

Teï byla na øadì firma Motan-Colortronic. „Nejdøív jsme definovali rámcové podmínky“, líèí další postup Georg Flink ze spoleènosti Kunststofftechnik Flink und Wortmann GbR, Burscheid. Jako smluvní prodejce firmy Motan-Colortronic byl rozhraním mezi firmou Hillers a aplikaènì-technickým centrem výrobce øešení pro manipulaci s materiálem ve Friedrichsdorf/Taunus. Podle specifikace mìly být dva stroje zásobovány prùmìrným množstvím 15 kg/h, tzn. že sušièka mìla sušit maximálnì 30 kg/h. Dále bylo tøeba zohlednit èasy chodu strojù, to znamená, zda jsou v provozu oba stroje, jenom jeden nebo v nejhorším pøípadì žádný.

Sušièku bylo nutno dimenzovat tak, aby mìl materiál dobu setrvání osm hodin, když jsou oba stroje v chodu. Tìch osm hodin ovšem platí jen tehdy, když se dostane do násypky materiál s maximální zbytkovou vlhkostí 0,08 %. Kdyby se napø. materiál s poèáteèní vlhkostí 1 % musel vysušit na dohodnutou zbytkovou vlhkost pro zpracování 0,03 %, osm hodin by na to nestaèilo. Navíc bylo nutno najít øešení, jak udržet zbytkovou vlhkost materiálu v oktabínu v dodaném stavu.
 

Obr. 5.: Firma Hillers pro jistotu nainstalovala na stroje zapínatelné sušièky, aby nedocházelo ke zpìtnému vlhnutí granulátu v pokládání materiálu

Konkrétní úlohou firmy Motan-Colortronic teï bylo zajištìní definované, reprodukovatelné zbytkové vlhkosti. K tomu bylo tøeba zjistit vhodnou kombinaci teploty rosného bodu a teploty sušení, takže v Tech Center firmy Motan-Colortronic byly provedeny rozsáhlé zkoušky sušení s èetnými mìøeními vlhkosti.

V zásadì je takový rovnovážný stav u rùzných kombinací parametrù možný. Aby však pøi dlouhé dobì setrvání materiálu v sušicí násypce nedošlo k jeho tepelnému poškození, doporuèuje se kombinace nízkých teplot sušení a lepších (nižších) rosných bodù. Pøi nižších teplotách sušení se nevyhnutelnì prodlužuje èas sušení. Pro technicky a ekonomicky úèelné dimenzování zaøízení s konstantními parametry sušení bylo proto nezbytné omezení pøípustné poèáteèní vlhkosti.

Aby byly požadavky splnìny, bylo zaøízení u firmy Hillers vybaveno automatickou nivelací teploty a rosného bodu (ATTN), která byla optimalizována na základì poznatkù, získaných v technickém støedisku. Nivelace ATTN byla speciálnì vyvinuta pro aplikace, pøi kterých smí probíhat sušení materiálu jen v malém oknì teploty rosného bodu. Rosný bod procesního pøívodního vzduchu je pøesnì a konstantnì regulován s pøesností ± 1 °C a také dokumentován. Jako generátor suchého vzduchu používá 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 litrù.

Eta-Plus kombinuje regulaci množství vzduchu sušièky se snižováním teploty sušení. Systém rozpozná kolísání prùtoku materiálu podle teploty odvádìného vzduchu a pøi stoupající teplotì sníží množství vzduchu. Pokud teplota pøi pøerušení výroby pøesto dál stoupá, sníží systém teplotu sušení až na pohotovostní teplotu. Souhra všech komponent navíc umožòuje plnì automatické, reprodukovatelné sušení, vhodné pro individuální potøeby.

Aby nedocházelo ke zpìtnému vlhnutí materiálu v oktabínu, vymysleli odborníci na sušení pomìrnì jednoduché protiopatøení: Obsah teï už pøikrytého zásobníku je permanentnì ovíván suchým vzduchem z malého, úsporného odvlhèovaèe. Jak odvlhèovaè, tak sušièka jsou v chodu i ve dnech pracovního klidu. Sušièka samozøejmì s automaticky výraznì sníženým výkonem, tzn. se sníženou teplotou a sníženým množstvím vzduchu.

V této souvislosti je rozhodující i správný výpoèet pokládání na stroji. Pokud je stanoveno pøíliš vysoko, hrozí nebezpeèí zpìtného zavhlèení. Firma Hillers proto pro jistotu nainstalovala na stroje malé, zapínatelné sušièky. Pøi dlouhých pøerušeních nebo o víkendech se násypka samozøejmì vyprázdní. Bez problémù lze však pøeklenout až dvì hodiny.

Obr. 6.: Jestliže je plastový granulát uložen na vzduchu, vždy se pøizpùsobí vlhkosti okolního prostøedí tak, aby byla vlhkost materiálu a okolního prostøedí v rovnováze

Závìrem

Pro úspìšné dokonèení projektu byla rozhodující úzká, mezioborová spolupráce zúèastnìných odborníkù. Pøi posuzování jednotlivých procesù se zdálo, že jsou všechny parametry v poøádku, ale koncový produkt byl stále chybný. Teprve když se všichni specialisté setkali u jednoho stolu, provedli a vyhodnotily bezpoèet zkoušek, zaèalo se rýsovat øešení. V neposlední øadì byly rozhodující série zkoušek v Motan-Colortronic-Technikum, jejichž výsledky byly zahrnuty do dimenzování sušièky s nivelací teploty a rosného bodu.

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