Fachartikel vom 16.06.2016

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Entfeuchtung von Werkzeugformen für ganzjährig schwitzwasserfreie Produktion

Günther Scheiflinger, Technical Director, FarragTech GmbH

Formprodukte ‒ ob gespritzt, geblasen oder vakuumgeformt ‒ müssen durch Kaltwasser in der Kavität der Werkzeugform gekühlt werden. Allerdings verursacht ein Absenken der Kaltwassertemperatur unter den Taupunkt der Umgebungsluft eine Kondensation auf der Formoberfläche und bringt zusätzliche Anforderungen an den Prozess mit sich. So kann die Feuchtigkeit zu Fehlern am geformten Produkt führen und die Form selbst nachhaltig beschädigen beziehungsweise ihre Lebensdauer drastisch verringern. Andererseits verlängert eine Erhöhung der Kaltwassertemperatur die Kühlzeit, verlangsamt den Fertigungsprozess und senkt die Produktivität. Zudem erhöht sich in vielen Fällen die Kristallisationsrate im geformten Kunststoff, so dass wiederum die Produktqualität leidet. Eine Klimatisierung der Produktionshallen kann zwar helfen, löst aber das Problem nicht. Deshalb hat die FarragTech GmbH die Mould Area Protection (MAP)-Systeme entwickelt, um Werkzeugformen zu entfeuchten und das ganze Jahr über eine schwitzwasserfreie Produktion zu gewährleisten ‒ auch unter tropischen Bedingungen.


FarragTech setzt für seine MAP-Systeme einfache Lufttrockner ein, die nicht nur Schwitzwasserbildung auf der Werkzeugform verhindern, sondern auch in der Lage sind, die von den Produktionsmaschinen abgegebene Wärme sehr effizient und mit geringerem Energieaufwand abzubauen.
FarragTech setzt für seine MAP-Systeme einfache Lufttrockner ein, die nicht nur Schwitzwasserbildung auf der Werkzeugform verhindern, sondern auch in der Lage sind, die von den Produktionsmaschinen abgegebene Wärme sehr effizient und mit geringerem Energieaufwand abzubauen.
Der Formprozess und die Kühlphase, die für gewöhnlich den größten Teil der gesamten Zykluszeit ausmacht, sind teure und wichtige Abschnitte der Herstellung. Das Kaltwasser, das dafür verwendet wird, sollte nicht kühler als 6 °C sein, da bei tieferen Temperaturen Frostschutzmittel zugegeben werden muss, um ein Gefrieren des Verdampfers im Kaltwasser-Kühler zu verhindern, was jedoch die Wärmeableitung deutlich verschlechtern würde. Bis zu diesem neuralgischen Punkt bringt allerdings eine Absenkung der Kaltwassertemperatur um 1K eine Produktionssteigerung von einem Prozent und ist somit sinnvoll. Ein unerwünschter Nebeneffekt der Kühlung mit Wasser, dessen Temperatur unter dem Taupunkt der Umgebungsluft liegt, ist aber die Bildung von Kondenswasser in der Form. Ein einfaches Klimatisieren der Produktionshalle allein ist oft nicht ausreichend, um das zu verhindern ‒ zumal der Gewinn durch die hohen Betriebskosten geschmälert wird.


Formprodukte ‒ ob gespritzt, geblasen oder vakuumgeformt ‒ müssen durch Kaltwasser in der Kavität der Werkzeugform gekühlt werden. Ein unerwünschter Nebeneffekt ist dabei die Bildung von Kondenswasser in der Form. Diese kann dadurch korrodieren (Bild unten) und auch die Qualität des Endprodukts leidet (Bild oben).
Formprodukte ‒ ob gespritzt, geblasen oder vakuumgeformt ‒ müssen durch Kaltwasser in der Kavität der Werkzeugform gekühlt werden. Ein unerwünschter Nebeneffekt ist dabei die Bildung von Kondenswasser in der Form. Diese kann dadurch korrodieren (Bild unten) und auch die Qualität des Endprodukts leidet (Bild oben).
Um die Formoberfläche frei von Kondenswasser zu halten, gibt es Entfeuchtungssysteme, die Trockenluft mit einem Adsorptionstrockner erzeugen. Mit diesem lässt sich ein sehr niedriger Taupunkt erzielen, was jedoch nicht nötig und zudem mit hohem Aufwand verbunden ist, da das Molekularsieb regelmäßig gewechselt werden muss. Auch fallen durch den komplizierten Aufbau höhere Kosten im Fall eines Defekts an und für die Regeneration des Molekularsiebs ist ein zusätzlicher Energieaufwand nötig. Deshalb setzt FarragTech für seine MAP-Systeme einfache (Umgebungs-) Lufttrockner ein, die ‒ kombiniert mit einer Klimatisierung der Produktionshalle ‒ in der Lage sind, die von den Produktionsmaschinen abgegebene Wärme sehr effizient und mit deutlich geringerem Energieaufwand abzubauen.


Abkühlung der Umgebungsluft in zwei Schritten

Dazu wird der Formenbereich der Maschine von der Umgebungsluft abgeschottet und vom MAP mit gefilterter, trockener Luft versorgt. Dies ermöglicht eine ständige Verwendung von Kaltwasser bis zu einer Temperatur von 6 °C, ohne dass es zu einer Kondensation auf der Formoberfläche kommt. Über einen Filter wird Umgebungsluft angesaugt und in zwei Schritten gekühlt: zunächst über einen wassergekühlten Wärmetauscher, danach im Wärmetauscher des integrierten Kältekreislaufs, wo die Luft mit R407C als Kältemittel auf eine Temperatur von ca. 3 °C abgesenkt wird. Das Kaltwasser, welches auch der Formenkühlung dient, wird dabei zur Vorkühlung der angesaugten Umgebungsluft verwendet. Die Feuchtigkeit, die in Folge der Kondensation ausgeschieden wird, wird in einer Wanne gesammelt und über eine Pumpe aus dem Gerät gefördert.

Über einen Filter wird Umgebungsluft angesaugt und in zwei Schritten gekühlt. Die Feuchtigkeit, die in Folge der Kondensation ausgeschieden wird, wird in einer Wanne gesammelt und über eine Pumpe aus dem Gerät gefördert. Die Wärme aus dem Verdampfer wird in den Kondensator geleitet, wo sie die vorgekühlte Umgebungsluft wieder auf 25 °C erwärmt. Diese wird anschließend über ein Rohrleitungssystem in eine abgeschottete Kabine eingeblasen, die die Form der Produktionsmaschine umgibt.
Über einen Filter wird Umgebungsluft angesaugt und in zwei Schritten gekühlt. Die Feuchtigkeit, die in Folge der Kondensation ausgeschieden wird, wird in einer Wanne gesammelt und über eine Pumpe aus dem Gerät gefördert. Die Wärme aus dem Verdampfer wird in den Kondensator geleitet, wo sie die vorgekühlte Umgebungsluft wieder auf 25 °C erwärmt. Diese wird anschließend über ein Rohrleitungssystem in eine abgeschottete Kabine eingeblasen, die die Form der Produktionsmaschine umgibt.
Die Wärme aus dem Verdampfer wird mit hoher Temperatur über den Kompressor in den Kondensator geleitet. Wenn die vorgekühlte Umgebungsluft den Kondensator passiert, erwärmt sie sich wieder auf 25 °C und wird anschließend über ein Rohrleitungssystem in eine abgeschottete Kabine eingeblasen, die die Form der Produktionsmaschine umgibt. Hier verteilt sich die trockene, gefilterte Luft und entweicht schließlich durch Lücken und Öffnungen, die für das Entfernen des Produkts aus dem Maschinenbereich vorgesehen sind. Je nachdem wie dabei vorgegangen wird, können größere Abschottungen oder Löcher in der Abschottung notwendig werden. Dies muss bei der Auslegung berücksichtigt werden.


Amortisationszeit der MAP-Geräte in der Regel unter einem Jahr

Abhängig davon, wie groß die Abschottung der Formkabinen ist und wie viele Maschinen mit einem MAP-Gerät bedient werden sollen, muss auch das MAP entsprechend dimensioniert sein. Deshalb gibt es je nach Maschinengröße und Menge vier unterschiedlich große Trockner, über die sich alleinstehende oder mehrere in ein Zentralsystem eingebundene Produktionsmaschinen versorgen lassen. Um den Formwechsel, eine Inspektion, Einstellungsänderungen oder eine Reparatur an der Maschine nicht zu behindern, ist die Abschottung so anzupassen, dass sie einen leichten Zugang gewährt. Ein Druckschalter überwacht den Druckabfall nach der Filtermatte und alarmiert den Bediener, sollte der Filter gesättigt und eine Reinigung erforderlich sein. Diese nimmt etwa 15 Minuten in Anspruch, da sich die waschbare Filtermatte mit nur zwei Handgriffen aus dem Gerät entfernen lässt.

Abhängig davon, wie groß die Abschottung der Formkabinen ist und wie viele Maschinen mit einem MAP-Gerät bedient werden sollen, muss auch das MAP entsprechend dimensioniert sein. Deshalb gibt es je nach Maschinengröße und Menge vier unterschiedlich große Trockner, über die sich alleinstehende oder mehrere in ein Zentralsystem eingebundene Produktionsmaschinen versorgen lassen.
Abhängig davon, wie groß die Abschottung der Formkabinen ist und wie viele Maschinen mit einem MAP-Gerät bedient werden sollen, muss auch das MAP entsprechend dimensioniert sein. Deshalb gibt es je nach Maschinengröße und Menge vier unterschiedlich große Trockner, über die sich alleinstehende oder mehrere in ein Zentralsystem eingebundene Produktionsmaschinen versorgen lassen.
Unter Umständen ist eine Kombination mit dem Internal Air Cooling System (IACS) von FarragTech sinnvoll, da nur eine Kühlung über die Form durch möglichst kaltes Wasser und zugleich eine gute Innenkühlung beim Blasformprozess optimal effiziente Ergebnisse liefern können. Insbesondere beim Spritzguss, aber auch bei anderen Prozessen ist ohnehin nur eine Kühlung durch die Form möglich, weshalb diese so effizient wie möglich erfolgen sollte, um kein Potential zu verschenken. Die Amortisationszeit ist je nach Kosten der herzustellenden Produkte und Ausschuss durch Feuchtigkeit unterschiedlich. In manchen Regionen mit hoher Luftfeuchtigkeit, wie den Tropen, ist eine Produktion ohne MAP überhaupt nicht möglich. In anderen Ländern kann im Winter gut produziert werden, doch im Sommer gibt es Probleme, so dass die Temperatur des Kaltwassers erhöht werden muss, um eine störungsfreie Produktion zu gewährleisten. Das verlangsamt den Prozess und kostet entsprechend Geld. In der Regel kann jedoch von einer Amortisationszeit von unter einem Jahr ausgegangen werden.


Über FarragTech

FarragTech wurde ursprünglich 1991 von Rainer Farrag, dem Erfinder des ersten Drucklufttrockners, und Bernhard Stipsits als FASTI gegründet. Nachdem sich die beiden Geschäftsleiter 2002 entschlossen, getrennte Wege zu gehen, gründete Rainer Farrag zum 1. Juni 2005 die FarragTech GmbH. Das Unternehmen ist spezialisiert auf Peripheriegeräte für die Weiterverarbeitung von Kunststoffgranulat, die die Qualität der Produkte sowie die Produktivität der verarbeitenden Maschinen erhöhen. Zum Portfolio des Herstellers gehören Granulattrockner, die eine Weiterentwicklung des von Rainer Farrag erfundenen Drucklufttrockners sind, sowie ebenfalls von FarragTech entwickelte Systeme zur internen Formenkühlung, diverse Fördergeräte und atmosphärische Lufttrocknungsgeräte zum Schwitzwasserschutz. Die Firma beschäftigt derzeit an ihrem Hauptsitz im österreichischen Wolfurt acht Mitarbeiter. Die Produktion findet in Slowenien statt, die Vermarktung übernehmen Vertretungen weltweit.


FarragTech GmbH

Dammstrasse 61
6922 Wolfurt, Oesterreich

Tel.:   +43 5574 83800
Fax:   +43 5574 83800 11
Email: info@farragtech.com

Internet: www.farragtech.com


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