Sie besitzen eine hohe mechanische Stabilität bei geringem Gewicht, sind äußerst biegesteif oder extrem zäh – technische Kunststoffe kommen mit ihren Eigenschaften in der Automobilindustrie, in der Luftfahrt oder in […]
Sie besitzen eine hohe mechanische Stabilität bei geringem Gewicht, sind äußerst biegesteif oder extrem zäh – technische Kunststoffe kommen mit ihren Eigenschaften in der Automobilindustrie, in der Luftfahrt oder in der Herstellung von Lebensmittelverpackungen immer häufiger zum Einsatz. Die steigende Nachfrage treibt allerdings den Preis nach oben – während die Verfügbarkeit für die Betriebe spürbar sinkt. Immer häufiger führen sie deshalb Prozessabfälle in Form von Anfahrklumpen oder Ausschussteilen in den Produktionskreislauf zurück. Dazu benötigen sie jedoch eine Technik, die das anspruchsvolle Material auch zu hochwertigem Granulat aufbereiten kann. Vecoplan bietet dafür Zerkleinerer, mit denen sich ein hoher Durchsatz erreichen lässt. Doch auf was kommt es dabei an?
Mit dem leistungsstarken Zerkleinerern von Vecoplan lassen sich technische Kunststoffe effizient aufbereiten. Anwender sparen Zeit und optimieren ihre Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der eingesetzten Rohstoffkosten und -mengen (Foto: Vecoplan AG).
„Immer mehr Branchen setzen auf technische Kunststoffe“, kennt Martin Klotz den Markt. Er ist Area Sales Manager bei der Vecoplan AG mit Sitz in Bad Marienberg im Westerwald. Das Unternehmen entwickelt, produziert und vertreibt Maschinen und Anlagen, die Primär- und Sekundärrohstoffe im Produktions- und Wertstoffkreislauf zerkleinern, fördern und aufbereiten. „Vor allem das Zerkleinern wird bei diesen Werkstoffen immer häufiger zur Herausforderung“, sagt er. Woran das liegt? „Genau an den Eigenschaften, weswegen sie im Einsatz sind.“ Als Beispiel nennt er Polyamide (PA), die in großen Mengen zu Fasern verarbeitet werden. Diese technischen Thermoplaste können üblicherweise Temperaturen bis 130 Grad Celsius dauerhaft standhalten. Sie zeichnen sich aber vor allem durch ihre hohe Festigkeit, Zähigkeit und Dämpfungseigenschaften aus. „In der Automobilindustrie ersetzen diese Materialien immer häufiger Metall“, erläutert Klotz. Die zunehmende Elektrifizierung lässt den Bedarf noch weiter steigen: ob zum Schutz der Batterien, zum Verringern der Staubbelastung im Interieur oder für eine moderne Lichttechnik mit LEDs.
Entscheidend ist das Schneidwerk. Je nach Anwendung ist ein großer Rotordurchmesser verbaut, der mit gehärteten konkaven Werkzeugen bestückt ist (Foto: Vecoplan AG).
PA dient auch, ebenso wie Polyoxymethylen (POM), Polyethylenterephthalat (PET) oder Gusspolyamid 6, mit ihren hervorragenden mechanischen Eigenschaften der Konstruktion von Maschinen. PET ist zudem in der Getränke- und Nahrungsmittelbranche sehr beliebt – ein weiterer wichtiger Markt, der auf technische Kunststoffe setzt. Denn insbesondere in Europa hat sich das Verbraucherbewusstsein hinsichtlich nachhaltiger Verpackungen verbessert. PET ist besonders abriebfest und beständig gegenüber verdünnten Säuren, Ölen, Fetten und Alkoholen. „Der steigende Bedarf an technischen Kunststoffen in den ganz unterschiedlichen Branchen führt jedoch zu einer angespannten Versorgungssituation“, sagt Klotz. „Die Lieferzeiten können inzwischen bis zu vier Monate betragen. Dazu steigen die Preise. Für Verarbeiter ist das eine unbefriedigende Situation.“
Aus Alt hochwertiges Neu machen
Das robuste Sieb kann für unterschiedliche Output-Korngrößen einfach gewechselt werden (Foto: Vecoplan AG).
Eine Lösung für verarbeitende Betriebe ist es, Material in Form von Anfahrklumpen oder Ausschussteilen zurück in den Produktionskreislauf zu führen. Dieses sogenannte Inhouse-Recycling bietet eine Reihe an Vorteilen: Die Unternehmen müssen weniger für teure Neuware ausgeben und die Entsorgung in externen Recyclinganlagen entfällt. Außerdem ist ein geringerer Platz in der Werkhalle erforderlich, auf dem das Ausschussmaterial gelagert wird. Das Material ist lediglich zwischenzulagern, bevor es zu einer sauberen Aufbereitung des Rohstoffs kommt. „Und mit der richtigen Technik lässt sich eine Qualität herstellen, die sich mit der von Neuware messen kann – oder diese sogar noch übertrifft“, sagt Klotz. Doch das ist gar nicht so einfach – Stichwort Zerkleinerung. Als Beispiel nennt er den glasfaserverstärkten Kunststoff GF 30. „Die Fasern, die in diesem Material eingelegt sind, müssen eine gewisse Länge aufweisen, damit sie die erforderliche Steifigkeit sicherstellen“, beschreibt Klotz. „Sind die Fasern zu lang, leidet die Qualität, sind sie zu kurz, ebenso.“ Bei anderen Werkstoffen – wie PET – spielt die Viskosität eine Rolle, wenn sie im Extruder compoundiert werden sollen. Erfolgt das Schreddern statt in einem mehr- nur in einem einstufigen Prozess, fördert dies das Fließverhalten. Damit Betriebe wirtschaftlich arbeiten können, muss aber nicht nur die Output-Qualität stimmen, sondern
auch die Durchsatzleistung.
Auf die Anlagentechnik kommt es an
Über die Rotor- und Messer-Bestückung sowie die entsprechende Siebwahl lässt sich der Zerkleinerer detailliert an die Input- und Output-Anforderungen anpassen (Foto: Vecoplan AG).
Um für die verschiedenen technischen Kunststoffe eine auf den Anwendungsfall passende Lösung zu finden, arbeiten die Entwickler von Vecoplan eng mit ihren Kunden zusammen. „In den vergangenen Jahren kamen Verarbeiter mit immer neuen Herausforderungen auf uns zu“, resümiert Klotz. „Teilweise handelte es sich um extrem schwierig zu bearbeitende Werkstoffe, die mit einem hohen Durchsatz zu qualitativem Granulat zerkleinert werden sollten.“ Unter den Kunden befanden sich Firmen, die erst bei anderen Herstellern nachgefragt haben, jedoch keine zufriedenstellende Lösung erhielten. „Wir entwickeln Anlagen, die wir in zahlreichen Versuchen in unserem hauseigenen Technikum auf die individuellen Anwendungen abstimmen“, erläutert Klotz. „Wir sind dabei im ständigen Austausch mit den Anwendern.“
Doch was zeichnet eine solche Maschine aus, und auf welche Komponenten kommt es an? „Entscheidend ist vor allem die Schneidgeometrie“, beschreibt Klotz. „Über die Rotor- und Messer-Bestückung sowie die entsprechende Siebwahl können wir die Anlagen detailliert an die In- und Output-Anforderungen anpassen. Die Leistungsfähigkeit lässt sich schnittstellengenau abstimmen. Je nach Anspruch wählen wir zum Beispiel einen größeren Rotordurchmesser, der mit gehärteten Werkzeugen bestückt sein kann.“ Diese lassen sich auch mehrfach nutzen und schnell wechseln. Für eine stabilere und zähere Ausführung der Werkzeuge lässt sich ihr Kern erhöhen und ihre Aufnahme an die jeweilige Aufgabe angleichen. Zudem können die Vecoplan-Techniker die Traverse mit verschraubten gehärteten Gegenmessern massiver ausführen.
Dynamischer, robuster und sicherer Antrieb
Für die Rotoren verbaut Vecoplan je nach Anforderung den HiTorc-Antrieb, der in verschiedenen Leistungsklassen erhältlich ist. Dieser arbeitet dynamisch und ist anlauf- und drehmomentstark. Er kommt komplett ohne mechanische Elemente wie Getriebe, Riemen, Kupplungen oder Hydraulikaggregate aus. Die starken Erschütterungen und Vibrationen, die bei der oft schwierigen Zerkleinerung entstehen, stellen für den HiTorc-Direktantrieb im Gegensatz zu Aggregaten mit Getriebeantrieb keine große Herausforderung dar.
„Im Vergleich zu mechanischen und hydraulischen Antrieben ist der Verschleiß deutlich geringer, und es fallen weniger Wartungsarbeiten an“, sagt Klotz. „Wegen der direkten Befestigung des Antriebs auf der Rotorwelle kommt es zu keinen Leistungsverlusten im Antriebsstrang, und somit erreicht der HiTorc einen höheren Wirkungsgrad.“ Das hohe, über den gesamten Drehzahlbereich zu Verfügung stehende Drehmoment ermöglicht einen problemlosen Anlauf unter Last. Bei Überlast sind rasche und dynamische Reversiervorgänge möglich. Für einen sicheren Betrieb ermöglicht der Bremswiderstand einen schnellen Rotorstop bei Unfallgefahr (Not-Aus) und bei Störstofferkennung. Durch die Kaltleitertechnik ist der Hauptmotor vor Brand geschützt. „Die Firma Oswald Elektromotoren GmbH hat unseren HiTorc als Hauptantrieb in der Direktantriebstechnik eingesetzt. Das hat den Elektromotorenbau revolutioniert“, ist Klotz begeistert. „Die Elektromotoren ohne Getriebe erhöhen die Energieeffizienz und damit die Produktivität von Anlagen erheblich. Dafür gab es den Umweltpreis der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) 2017.“
Bei Bedarf ein verstärktes Design
Damit es bei der Zerkleinerung bestimmter Materialien – beispielsweise glasfaserverstärkten Werkstoffen – zu keinem vorzeitigen Verschleiß kommt, können die Entwickler die Maschinen in verstärktem Design auslegen. So kann zum Beispiel das Gehäuse dickwandig verrippt, mit massiveren Seitenwänden und einem robusteren Boden ausgeführt sein. „Bei einer unserer Anlagen haben wir im Rotorbereich und im Siebraum den Abstand zwischen Rotorstirnseite und Seitenwand vergrößert. Damit können sich keine Bänder und Drähte auf der Rotorwelle aufwickeln“, beschreibt Klotz. Der freie Materialdurchlass nach unten mindert zudem den Verschleiß zwischen Rotor und Seitenwand. Eine überarbeitete Abstimmung zwischen Antriebswelle und Rotorlagerung sowie robuste austauschbare Dichtelemente an Rotor und Seitenwand verhindern das Eindringen und Festsetzen von Materialien im Lagerbereich. Dies erhöht die Lebensdauer und verbessert die Wartungsfreundlichkeit.
Zu den Kunden gehören Unternehmen aus verschiedenen Branchen – zum Beispiel aus der Elektroindustrie, ebenfalls ein wichtiger Abnehmer technischer Kunststoffe. „Wir haben für einen Verarbeiter eine Zerkleinerungstechnik entwickelt, die glasfaserverstärktes Material aufbereitet, in dem sich eingepresste Steckverbindungen und Platinen befinden“, erläutert Klotz. Das Material wird kistenweise in die Anlage gekippt. Zuerst werden die Messingteile maschinell aussortiert, anschließend mit der Vecoplan-Technik zu hochwertigem Output geschreddert. Ein anderer Kunde fertigt Straßen-Leitpfosten. Diese sind meist 15 Jahre im Einsatz. „Wir haben gemeinsam mit dem Kunden eine Lösung erarbeitet, um das Material wieder aufzubereiten“, sagt Klotz. Wichtig ist unter anderem, dass es nach der Zerkleinerung intensiv gewaschen wird, weil die Pfosten zum Beispiel durch Streusalz erheblich verschmutzt sein können.
„Je nach Anwendung entwickeln wir komplett neue Komponenten oder optimieren bereits vorhandene“, berichtet Klotz. „Wir können so immer auf die unterschiedlichen Materialien und Durchsätze unserer Kunden wirkungsvoll eingehen. Das ist wichtig, weil sich die Situation mit Neuware voraussichtlich in den kommenden Jahren nicht bessern wird.“
