Unterwassergranulierung automatisiert

Roboter und Kameras im Einsatz bei der Granulaterzeugung

Erstmals vollständig automatisiert laufen soll eine komplette Unterwassergranulierung (UWG). Per Robotertechnik, Kameras und zentralem Leitstand sollen der manuelle Aufwand und Personaleinsatz minimiert und die Prozesssicherheit gesteigert werden.

Die voll automatisierte Unterwassergranulierung soll unabhängiger von personalisiertem Fachwissen machen und hohe Prozesssicherheit bieten. © Econ

Neben technischen Kriterien, wie Verhindern des Einfrierens der Löcher, Vermeidung von aufwendigen Bypass-Equipment, Verschleißsenkung durch verbesserter Messeranstellung hängt die Produktivität maßgeblich vom Know-how und Verfügbarkeit des Bedienpersonals ab. Außerdem wirken sich diese beiden Faktoren maßgeblich auf Produktionskosten und Qualität des Granulats aus.

Die Verfügbarkeit qualifizierten Personals wird nicht nur für Extrusionsunternehmen und Compoundeure zum Problem. Zudem schlagen die Kosten, speziell im Mehrschichtbetrieb, erheblich zu Buche. Zudem sind Arbeitsplätze an Compoundierlinien aufgrund von Lärm- und Staubemission nicht eben beliebt.

Econ startete deshalb im Jahr 2018 das Projekt Econia, um den Betrieb der Compoundierlinie so weit wie möglich zu automatisieren. Dazu gehört speziell:

  • Betrieb mehrerer Compoundierlinien von einem Leitstand ohne Anlagenbediener
  • Zentrale, vollständige Leitstandüberwachung
  • Automatisierung der Standard-Bedienprozesse
  • Permanente Selbstoptimierung durch Inline-Granulatprüfung
  • Integration der bestehenden Econ-Technologie
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Der integrierte Roboter übernimmt innerhalb der UWG verschiedene Aufgaben. © Econ

Beim Anfahren und Stoppen einer Unterwassergranulierung war es bisher zwingend erforderlich, dass ein oder mehrere Bediener die Lochplatteneinheit manuell reinigen und die Granulierung öffnen bzw. schließen. Zusätzlich müssen sie sich per Sichtkontrolle davon überzeugen, dass die Schmelzekanäle frei sind. Bei konventionellen Systemen ist dazu ein Handlingsdevice erforderlich, da die Sicht auf die Lochplatte durch das Granuliergehäuse verdeckt ist. Die Dauer des Anfahrens hängt von der Erfahrung des Personals und der Komplexität des Prozesses ab. Fehler führen zu einem erheblichen Produktionsausfall und nachgelagerten Zusatzaufwänden. Während der Produktion ist die permanente Überwachung der Granulatqualität erforderlich. Verändert sich das Granulat, beispielsweise in Größe oder Form, müssen die Prozessparameter manuell korrigiert werden. Auch hier ist di Prozess- von der Bedienerqualität ab.

Prozess unabhängiger machen
Auf Basis der vorhandenen Granulierungssysteme mit thermisch isolierter Lochplatte, der servo-gesteuerte Messeranstellung mit Verschleißüberwachung und automatischen Hydraulikverschluss wurde die Neuentwicklung vorangetrieben, um den Aufwand für Bedienung, Granulatüberwachung und Prozessstabilisierung nachhaltig zu minimieren. Für Econ stand bei der Entwicklung daher die Produktivitätssteigerung unserer Partner und Kunden im Fokus."

Den sensiblen, von Bedienern geprägte Anfahr- und Stoppvorgang übernimmt bei Econia ein Mehrachs-Roboter. Lediglich ein Tastendruck im Leitstand sei erforderlich. Der Roboter übernimmt das Reinigen der Lochplatte und gibt dann ein Signal an die Steuerung. Daraufhin schließt sich das Granuliergehäuse automatisch. Beides werde mit hoher Geschwindigkeit und Prozesssicherheit ausgeführt. Die weiteren Vorgänge wie der automatische Start des Prozesswasserkreislaufs, das selbstständige Schalten des Anfahrventils und die Servo-gesteuerte Messeranstellung sind bei Econ bereits seit längerem Stand der Technik.

Die Prüfung des Granulats findet integriert in einem Bypass des Trockners statt. © Econ

Des Weiteren überwacht die Anlagensteuerung den Verschleiß der Messer. Ist es erforderlich neue Messer einzusetzen, übernimmt der Roboter diese Aufgabe. Die Anlage wird gestoppt, automatisch geöffnet, der Messerkopf schnell getauscht und wieder automatisch gestartet. Die Unterbrechung sehr kurz, der Anfahrvorgang laufe wieder automatisch. Den Messerkopf legt der Roboter in einem Magazin ab. Er kann später neu bestückt werden.

Kameras zeigen den gesamten Prozess am Leitstand. Die Aufgabe des Leitstandmitarbeiters konzentriert sich somit auf die Überwachung der verschiedenen Produktionslinien.

Online-Granulatüberwachung
Zweiter Schwerpunkt der Econia ist die Vermeidung von Ausschuss, sogenanntes Offspec-Material. Heute wird das Granulat von Mitarbeiter oder Labor manuell geprüft. Zwischen Probenentnahme und Korrekturreaktion vergeht teilweise längere Zeit, in der größere Mengen Offspec-Material produziert werden. Es entstehen Kosten, die auf die Margen drücken. Die Korrektur geschieht per manueller Verstellung verschiedener Prozessparameter nach dem Try-and-Error-Prinzip. Erst nach Einschwingen des Systems ist das Ergebnis sichtbar und das Granulat wird erneut geprüft. Ist der vorherige Korrektureffekt unzureichend geblieben, werden wieder Anpassungen vorgenommen, bis das Granulat die geforderte Qualität aufweist. Je nach Erfahrung des Bedieners und seiner "Treffersicherheit" ist dieser Korrekturvorgang mehrfach durchzuführen. Zusätzlich kann durch die Anpassungen die Prozessstabilität verloren gehen.

In der Econia leitet die integrierte Granulatprüfung Granulat aus dem Granulatauslass des Trockners in einen Bypass. In diesem Bypass werden die Granulate vermessen und per Bildverarbeitung geprüft. Verändert sich ein Granulatmerkmal wie Größe oder Form, meldet das Überwachungssystem die Abweichung an die Anlagensteuerung. Diese passt sofort Maschinenparameter wie Messerdrehzahl, Messerdruck und Wassertemperaturen an, so dass das Granulat schnellstmöglich in der gewünschten Form ohne Ausschuss produziert wird. Econ hat dazu die Korrektur-Algorithmen entwickelt, die jeweils individuell anpassbar sind.

Der Leitstand erhält eine Meldung über die eingeleiteten Maßnahmen. Die veränderten Parameter werden archiviert, so dass jederzeit eine Nachvollziehbarkeit gegeben ist. Manuelle Pürfungen und Korrektureingriffe sowie große Mengen Off-Spec-Materials sollen damit der Vergangenheit angehören.

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