Pulsationsfrei am Puls der Dosiertechnik

Pumpensysteme für Zwei-Komponenten-Silikone

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05.04.2018 Zwei-Komponenten-Silikone sind äußerst vielseitige Werkstoffe, deren Materialeigenschaften sich ständig weiterentwickeln. Damit müssen auch die entsprechenden Pumpen- und Dosiersysteme Schritt halten.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Materialeigenschaften und Anwendungen von Zwei-Komponenten-Silikonen entwickeln sich ständig weiter. Damit müssen auch Dosiersysteme Schritt halten.
  • Zahnradpumpen eignen sich besonders bei geringen Mengen nur bedingt für die exakte Dosierung.
  • Dosiersyteme, die auf das Endloskolben-Prinzip setzen, können mithilfe von Exzenterschnecken Zwei-Komponenten-Silikone exakt mischen und ausbringen.

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Die Steuerung der Endloskolben-Dosierpumpen erfolgt über externe Signalpfade – oder ein eigenes Touchpanel. Bilder: Viscotec

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Die Pumpen- und Dosiersysteme müssen mit neuen Materialeigenschaften und Anwendungen von Zwei-Komponenten-Silikonen umgehen können.

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Bei Zwei-Komponenten-Systemen sind zwei Dosierpumpen nebeneinander stehend oder – wie hier – v-förmig angebracht.

Während viele Silikone nur als handelsüblichen Fugendichter aus dem Sanitärbereich kennen, machen es Zwei-Komponenten-Silikone Herstellern etwa möglich, die Materialhärte („Shore-Härte“) innerhalb eines Produktes zu variieren.

Zahnrad- und Kolbenpumpen haben Nachteile

Dem Anwender muss dazu ein geeignetes Dosiersystem zur Verfügung stehen, mithilfe dessen er das Mischungsverhältnis der Silikon-Komponenten während des Materialauftrags steuern kann. Einige Systeme setzen dazu auf Zahnradpumpen. Mit diesen lässt sich zwar softwaregesteuert die Drehgeschwindigkeit der Zahnräder und damit das Mischungsverhältnis verändern. Das ist jedoch regeltechnisch äußerst aufwendig: Aufgrund der Rückströmung verändert sich bei dieser Technik die ausgebrachte Dosiermenge nicht linear mit der Drehzahl. Stattdessen muss erst ein Volumenmesser die tatsächliche Fördermenge feststellen und diese an das System zurückmelden.

Zahnrad-Dosierpumpen können den eigentlichen Dosierprozess daher nur zeitverzögert nachjustieren. Die Abweichungen sind besonders bei geringen Dosiermengen signifikant. Zahnradpumpen eignen sich damit nur bedingt für Anwendungen, in denen sehr exakt dosiert werden muss. Eine solch aufwendige, kontinuierliche Nachregelung der Dosiermenge benötigen Systeme mit Kolbenpumpen nicht. Jedoch lässt sich das Mischungsverhältnis der Komponenten bei diesen nur sehr aufwendig ändern, etwa indem das Bedienpersonal den Kolbenhub über mechanische Anschläge einstellt oder gar den Dosierkolben komplett austauscht. Diese Hardwareanpassungen verursachen häufig einen längeren Anlagenstillstand und zusätzliche Kosten.

Außerdem können diese Kolbenpumpen-Systeme das Material system­bedingt nicht kontinuierlich, sondern lediglich gepulst ausbringen, da sich der Zylinder immer wieder neu mit Medium befüllen muss. Die dafür notwendige Zeit steigt mit zunehmender Viskosität des Mediums.

Endloskolben sorgt für pulsfreie Dosierung

Die Dosiersysteme der Firma Viscotec setzen dagegen auf das Endloskolben-Verfahren, bei dem eine Exzenterschnecke das Medium fördert. Durch das Zusammenspiel zwischen Rotor und Stator entstehen abgeschlossene Kammern mit identischen Volumina, die sich während des Dosierprozesses nicht verändern. Das Medium wird von der Saug- zur Druckseite der Pumpe gefördert und folgt einem gleichmäßigen und kontinuierlichen Bewegungsstrom in einer Richtung. Das System arbeitet damit pulsationsfrei. Durch das Einstellen der Drehzahl kann das Bedienpersonal außerdem die Fördermenge pro Zeiteinheit exakt und verzögerungsfrei festlegen.

In Anlagen, die Zwei-Komponenten-Silikone dosieren sollen, sind zwei Dosierpumpen v-förmig oder nebeneinander stehend an einen Mischkopf angebunden. Dieser weist geringe Tot- und Bauräume auf. Zwei separate Kanäle trennen die Komponenten bis in das statische Mischrohr hinein und unterbinden so zuverlässig eine direkte Aushärtereaktion im Mischkopf. Die Dosierpumpen laufen dort direkt zusammen, und die Dosierstrecken nach den Pumpenausgängen sind kurz. Dies vermeidet unkontrollierbare Druckprofile, die sonst auf langen Förderstrecken häufig entstehen.

Der Anwender kann das Mischungsverhältnis für das Zwei-Komponenten-Silikon exakt und stufenlos einstellen, indem er über ein Analogsignal die Motordrehzahlen der Dispenserantriebe steuert. Diese bestimmen die Fördermenge pro Kanal. Damit lässt sich die Dosiermenge zu jedem Zeitpunkt verändern. Es ist außerdem möglich, Mengenprofile einzusetzen.

Einfache und schnelle Steuerung

Für die exakte Steuerung des Zwei-Komponenten-Dosiersystems stehen zwei Schnittstellen zur Verfügung. Die Antriebseinheiten lassen sich sowohl durch externe Signalpfade einer übergeordneten Automatisierungsanlage als auch durch ein separates und eigens entwickeltes Bedienterminal mit Touchpanel ansteuern.

Der Anwender kann dort alle Basisparameter des Prozesses wie Mischungsverhältnis, Dosiergeschwindigkeit und Dosiermenge voreinstellen und diese kalibrieren. Die eingebundene Rezeptverwaltung macht es möglich, unterschiedliche Mischungsverhältnisse und somit Produkteigenschaften zu hinterlegen und diese später mit wenigen Klicks wieder aufzurufen. Darüber hinaus kann der Anwender weitere Prozessparameter einstellen, welche die vollautomatische Produktion unterstützen sollen: So kann er etwa Grenzwerte für Dispenser-Eingangsdrücke und Dosierdrücke festlegen, bei deren Überschreitung dann das System das Bedienpersonal über eine optische Anzeige am Display alarmiert oder ein elektrisches Signal an externe Geräte ausgibt.

Gleichermaßen kann der Anwender angeben, bis wann das Medium spätestens verarbeitet sein muss („Topfzeit“). Das ist z. B. dann wichtig, wenn das Medium durch einen Anstieg der Viskosität nach einer gewissen Zeit nicht mehr gebraucht werden kann. Hat die Anlage vor Erreichen der Topfzeit nur eine unzureichende Menge des Mediums ausgegeben, gibt das System eine Fehlermeldung aus. Der Anwender kann außerdem festlegen, wann ein Spülschuss ausgelöst werden soll. Dieser verhindert, dass das Material bereits im statischen Mischer miteinander reagiert oder sogar aushärtet. Dabei ist die Anzahl dieser Spülschüsse begrenzbar, was etwa bei einem längeren Anlagenstillstand den übermäßigen Verbrauch von Silikon zur Spülung vermeidet.

Kompletter Prozess mit Endloskolben

Kolbenpumpen kommen in Zwei-Komponenten-Anlagen nicht nur beim Ausbringen des Materials, sondern auf der gesamten Versorgungsstrecke zum Einsatz: von der Materialentnahme über die -aufbereitung bis zum eigentlichen Dosierprozess. Die einzelnen Komponenten werden dabei über parallele Kanäle geführt. Die Endloskolben-Technologie ermöglicht damit eine einheitliche und qualitativ hochwertige Verarbeitung von Zwei-Komponenten-Silikonen.

Heftausgabe: April/2018
Elisabeth Naderer, Marketingleiterin,  Viscotec

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Elisabeth Naderer, Marketingleiterin, Viscotec
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