Verwiegungen im Kunststoffrecycling

Post-Consumer-Recycling–Dosierprozesse besser steuern

Ökonomische Kunststoffaufbereitung mit der richtigen Prozesstechnik. Hohe Rohstoffpreise, hohe Entsorgungskosten sowie gesetzliche Auflagen führen zu verstärktem Einsatz von Recyclingwerkstoffen. Während der Einsatz sortenreiner Produktionsabfälle bei vielen Produkten Stand der Technik und damit üblich ist, sind Post-Consumer-Abfälle, vor allem wenn sie verunreinigt sind, erheblich problematischer.

Die selbsttätige Waage CTW von Bolder Automation ist direkt in den Materialstrom eingebunden. (Bilder: Siemens)

Die richtige Mischung aus neuem Rohstoff und Rücklaufware hat deshalb in der Kunststoffverarbeitung eine hohe wirtschaftliche Bedeutung. Entsprechende Dosierprozesse spielen dabei eine bedeutende Rolle.

Hat ein Produkt ausgedient, so stellt sich die Frage
nach der Wiederverwendung seiner Rohstoffe. Gebrauchte Kunststoffprodukte aus dem Konsumbereich werden schon heute in einigen Fällen aufbereitet. Während beispielsweise Ausschussmaterialen aus der laufenden Produktion zumeist nach vergleichsweise einfachen Recyclingmaßnahmen wieder einzusetzen ist, ist die Situation bei bereits gebrauchten Rohstoffen: wie PET-Flaschen, Fensterprofilen, landwirtschaftliche Folien und andere Recycling-Materialien anders: Hier reicht kein einfaches vermahlen und gegebenenfalls Regranulieren, da die Reinheit des Werkstoffs nicht mehr gewährleistet werden kann. Für die wirtschaftliche Kunststoffproduktion ist bei der Rohstoffzuführung also die richtige Mischung aus Neuware und Rücklaufware entscheidend. Dies muss über einen adäquaten Verwiegungsprozess gesteuert werden.

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Die Bolder Automation GmbH ist nach eigenen Angaben seit mehr als 20 Jahren als Anlagenbauer für Dosier- und Schüttguttechnik tätig. Spezialisiert habe sich das Unternehmen auf die gravimetrische Dosierung und Verwiegung sowie auf die Automatisierung von Extrusionsanlagen und die Materialförderung. Bei den Steuerungssystemen setzt Bolder auf Simatic-Lösungen von Siemens.

Die Steuerung der selbsttätigen Waagen übernimmt eine Simatic S7-1200, als Wägeelektronik ist Siwarex WP231 eingesetzt.

Wägetechnik im Aufbereitungsprozess
Der Aufbereitungsprozess besteht zum einen aus der Aufbereitung, mit Trennung, Waschung und Entstaubung des Recyclingmaterials. Der aufbereitete Rohstoff wird nach Zerkleinerung durch einen Trichter auf die Waage geladen. Die Verwiegung übernimmt die selbsttätige Waage CTW: Lediglich Beginn und Ende der Mengenerfassung werden vorgegeben. Die Gewichtserfassung startet bei leerem Trichter mit Gewicht Null. Anschließend wird das Gewicht des eingefüllten Materials ermittelt und der Gesamtmenge zugerechnet.

In den Anlagenlösungen zur sogenannten Chargenverwiegung ist die Entleerung gebunden an zwei integrierte Klappen. Diese öffnen sich symmetrisch auf 300  ×  300 Millimeter. So kann auch leichtes oder sehr schlecht fließendes Material aus dem Trichter ausfließen.

Die Befüllung dagegen ist über Ventile, Dosierer oder andere Einheiten möglich. Die Auslegung muss jeweils materialgerecht sei, wobei Kriterien wie Füllvolumen, Fließeigenschaften oder die Schüttdichte des Materials zu berücksichtigen sind. Entsprechend diesen Anforderungen konfiguriert Bolder die Waagen anwendungsspezifisch.

Die Wägeelektronik ist integriert in Simatic S7-1200, kann aber auch ohne Simatic CPU eingesetzt werden.

Integration in Automatisierungssystem
Zur Steuerung der selbsttätigen Waagen nutzt Bolder das Automatisierungssystem Simatic S7-1200. Die dabei eingesetzte Wägeelektronik Siwarex WP231 ist in die Simatic-Umgebung integriert und lässt sich direkt über einen Schiebestecker mit den S7-1200-Komponenten verbinden. Sämtliche Funktionen wie Verwiegungsablauf, Niveauüberwachung und Ventilansteuerung laufen autark ab. Die Erfassung kann über ein Touch Panel gestartet und beendet werden. Materialgewicht, aktueller Durchsatz, die aufsummierte Menge sowie der Betriebsstatus werden ebenfalls visualisiert.

Die Anbindung an eine zentrale SPS ermöglicht auch die Abwicklung von eingesteuerten Aufträgen. Zur Parametrierung der Wägeelektronik kann ein PC über die standardmäßig vorhandene Ethernet-Schnittstelle angeschlossen werden. Sämtliche Daten wie Gewichtswert, Status, Tara, Befehle und Meldungen werden über den Simatic-Peripheriebereich übertragen. Die Parameter der Datensätze können über die Software Siwatool oder über ein direkt an die Wägeelektronik angeschlossenes Bedienpanel eingestellt werden.

Mit Hilfe eines vorgefertigten Funktionsbausteins ist die Wägeelektronik in die Anlagensoftware eingebunden. Gegenüber seriell angekoppelten Systemen entfallen laut Hersteller teure Zusatzbaugruppen für die Anbindung in die Simatic-Umgebung.

Die Wägeelektronik bietet Diagnosemöglichkeiten wie die Kontrolle der Gewichtsverläufe, die Überwachung und Meldung von Grenzwerten. Die Auflösung von bis zu vier Millionen Teilen soll für eine zuverlässige und hochwertige Gewichtserfassung sorgen. Die Darstellungs- und Summengenauigkeit der ermittelten Mengen ist im Falle der Maschinen von Bolder so hoch, dass keine Mengenbegrenzung oder eine Einbuße an Auflösung zu erwarten ist – selbst dann nicht, wenn die Erfassung nur alle paar Jahre auf null gesetzt wird. Eine weitere Besonderheit der Gesamtanlage bietet die Überwachung der elektrischen und pneumatischen Versorgung, denn schließlich würde ein Ausfall der Versorgung den kompletten Materialfluss blockieren. Hier bietet eine Funktion des Steuerungssystems Abhilfe: Bei Ausfall wird die Verwiegung beendet, die letzte Information gespeichert und die Waage auf Durchlass geschaltet. Nach Alarmbehandlung kann der reguläre Betrieb fortgeführt werden.

Zusätzliche Anwendungen möglich
Zusammen mit der Siwarex können in Simatic frei programmierbare, modulare Wägesysteme entstehen, die sich nach Belieben den betriebsinternen Anforderungen anpassen. So ist es dank des modularen Aufbaus der Waage beispielsweise möglich, eine Batchdosierung für hohe Durchsätze aufzubauen, das heißt von eins bis vier Tonnen pro Stunde und zwei bis sechs Komponenten. Die Komponenten können durch schnell wirkende Ventile oder Dosierer zugeführt werden. Die einzelnen Rohstoffe werden nach Rezeptur nacheinander in die Waage gefüllt und als Charge dann gemeinsam entleert. Unter der Waage sorgt ein Mischer für ausreichende Durchmischung, bevor das neu entstandene Material abgesaugt und weiterverarbeitet wird. Eine entsprechende Software steht für die Steuerung Simatic S7-1200/1500 mit ET200SP und Siwarex 231 ebenfalls zur Verfügung.

Der Beitrag basiert auf einem Manuskript von Georg Angelov, Product Marketing Weighing im Bereich Process Industries and Drives der Siemens AG.

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