Farrag Tech: Effektive Ersparnis im Automotive-Sektor

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Optimale Kombination zweier Geräte von Farrag Tech gewährleistet schnellere Aushärtung des Kunststoffformteils und verkürzt die Kühlzeit um 60 %.

Bei der Produktion von Kraftstofftanks für die Automobilbranche kommt heutzutage meist das Multilayer- oder Coextrusionsverfahren COEX zum Einsatz: Ein schlauchförmiger Vorformling aus aufgeschmolzenen Polymeren – HDPE-Neuware, HDPE-Regranulat, eine innere und äußere Bindeschicht, EVOH und wie­der HDPE-Neuware – wird in eine Blasform übergeben und durch Innendruck den Formkonturen angepasst.

Um einer Beschädigung des Materials bereits bei der Herstellung vorzubeugen, fiel die Wahl auf eine sogenannte interne Druckluftkühlung (IACS) mit integriertem Druckluftkühlgerät, dem Blow Air Chiller (BAC), welches inklusive modular konstruierbaren Blasdornen sowie passenden Blasventilblöcken ausgeliefert wurde. Foto: Farrag Tech

Um den Tank auszuhärten, wurde er bisher nur mittels Kaltwasser in der Kavität der Werkzeugform gekühlt. Der Prozessschritt war jedoch äußerst kosten- sowie zeitintensiv, da eine niedrige Kaltwassertemperatur zu Kondensationswasserbildung auf der Formoberfläche führte, was wiederum eine schwankende Produktqualität und einen erhöhten Ausschuss zur Folge­ hatte. Die EVOH-Schicht im Tank wurde zudem durch die anhaltende Hitzeeinwirkung geschädigt und somit die Funktionsfähigkeit eingeschränkt. Hier setzt das Mould Area Protection System (MAPS) der Farrag Tech GmbH an: Durch die Zuführung von trockener Luft wird das Schwitzen der Form verhindert. Zur weiteren Erhöhung des Outputs eignet sich das Internal Air Cooling System (IACS), ebenfalls von Farrag Tech: Der Tank wird dabei zusätzlich zur herkömmlichen Kühlung innen mit -35 °C kalter Luft gespült, wodurch die Wärme im Kunststoff gleichzeitig von innen und außen abtransportiert und Materialstress vorgebeugt wird. Damit können bei der Produktion effektiv Zeit und Geld gespart werden.

Kritischer, langwieriger Teilprozess

„Das Kühlen des Kunststoffprodukts stellt sowohl einen der kritischsten als auch der langwierigsten Teilprozesse beim Extrusionsblasverfahren dar“, erklärt Aaron Farrag, stellvertretender Geschäftsführer der Farrag Tech GmbH. „Speziell bei der Herstellung von mehrlagigen Produkten wie modernen Kraftstofftanks kann hier viel Zeit eingespart und die EVOH-Schicht vor Beschädigungen durch Hitzeeinwirkung geschützt werden.“ Schwierigkeiten können dabei aufgrund des Temperaturgefälles zwischen der mittels Kaltwasser abgekühlten Außenseite und der noch warmen Innenseite des Produkts auftreten.

Diese Temperaturunterschiede führten bisher oftmals zu erheblichem Materialstress – vor allem, da die großvolumigen Tanks komplex geformt sind und so verschiedene Wandstärken im Bereich zwischen 1,35 und 3,80 mm aufweisen. Bis vor kurzem wurde dem mittels Intervallblasen entgegengewirkt. Doch dieser Prozess war wenig effektiv. Die Resultate waren in der Regel eine schwankende Produktqualität sowie das Nichtbestehen der anschließend durchgeführ­ten Dichtheits-, Belastungs- sowie Fallprüfungen. Aufgrund der verhältnismäßig hohen Ausschussrate stiegen die Kosten der Produktion.

Deutliche Steigerung der Produktivität

„Um das zu verhindern, war unser Kunde dazu übergegangen, die Temperatur des Kaltwassers noch ein weiteres Mal herabzusenken. Dies hatte allerdings neben einer verschlechterten Produktqualität auch eine Erhöhung der Energiekosten zur Folge“, führt Farrag weiter aus. „Stattdessen rieten wir, bei der Herstellung der aus mehre­ren Schichten Kunststoff bestehen­den Benzintanks – zusätzlich zur Wärmeabsenkung mit sechs Grad kaltem Wasser – eine Kühlung der Innenseiten mittels Druckluft vorzunehmen.“ Die Wahl fiel auf eine sogenannte interne Formenkühlung (IACS) mit integriertem Blow Air Chiller (BAC).

Modular konstruierbare Blasdorne sowie passende Blasventilblöcke wurden mitausgeliefert. Der BAC stellt für Blasanwendungen Lufttemperaturen bis zu -35 °C zur Verfügung. Den BAC gibt es in insgesamt fünf verschiedenen Baugrößen, wobei die Auslegung immer mit dem Luftdurchsatz für die spezifische Anwendung im Zusammenhang steht. Im direkten Vergleich zu einer Kühlung mittels Stauluft lässt sich mit dem BAC eine Produktivitätssteigerung von 25 bis 200 % erzielen. Zu diesem Zweck wird die Druckluft auf einen Taupunkt von < -40 °C gebracht und dann im integrierten Wärmetauscher gekühlt. Damit sichergestellt ist, dass das Gerät nahezu wartungsfrei arbeitet, ist eine zuvor definierte, gute Druckluftqualität mit einem Drucktaupunkt von 5 °C bei 7 bar sowie einem Restölgehalt von maximal 0,01 mg/m³ unbedingt erforderlich. In vielen Blasfabriken gilt dies derzeit bereits als Standard.

Schaumstoffisolierte Kaltluftleitungen sorgen dafür, dass die Luft­temperatur auf dem Weg vom BAC-Gerät zu den Blaswerkzeugen niedrig gehalten werden kann und nicht vereist beziehungsweise­ das Kondenswasser nicht in die Produktionshalle tropft. Die Steuerung der BAC-Geräte erfolgt über das eigens entwickelte FIT (Farrag Intelligent Terminal). Mithilfe des IAC-Systems konnte auf diese Weise Materialstress effizient vermieden und eine insgesamt höhere­ Qualität der produzierten Kunststoffteile erzielt werden.

Optimale Ergebnisse durch Kombination

Ein unerwünschter Nebeneffekt der Formkühlung mit Kaltwasser, dessen Temperatur unter dem Taupunkt der Umgebungsluft liegt, war die Bildung von Kondenswasser an der Form, was sowohl das Produkt als auch die Form negativ beeinflusst. Zudem erhöht sich in vielen Fällen die Kristallisationsrate im Kunststoff, so dass die Produktqualität erheblich leidet. Um das zu verhindern, wurde versucht, die Produktionshallen entsprechend zu klimatisieren – jedoch stellte dies keine ausreichende Lösung für dieses Problem dar, zumal der Gewinn durch die gestiegenen Betriebskosten deutlich geschmälert wurde. Eine Alternative, die Formoberfläche frei von Kondenswasser zu halten, war der Einsatz von Entfeuchtungssystemen, welche dafür sorgen, dass mittels Adsorptionstrockner Trockenluft erzeugt werden kann.

Temperaturunterschiede führten bisher oftmals zu erheblichem Materialstress – vor allem, da die großvolumigen Tanks komplex geformt sind. Foto: Farrag Tech

Auf diese Weise wird ein äußerst niedriger Taupunkt erzielt, was jedoch wiederum mit hohem Wartungs- und Energieaufwand verbunden ist, da das Molekularsieb regelmäßig gewechselt werden muss. Der komplizierte Aufbau des Systems verursacht im Falle eines Defekts jedoch deutlich höhere Kosten; für die Regeneration des Molekularsiebs ist ein zusätzlicher Energieaufwand nötig, weshalb auch dies nicht in Betracht kam. Abhilfe schaffte hier das MAP-System: „Sowohl beim Blasformen als auch bei Spritzgießprozessen mit Kaltformen gewährleis­tet es optimalen Schutz vor Kondensatbildung auf der Formoberfläche und trägt auf diese Weise zusätzlich zur konstant guten Produktqualität bei“, erläutert Farrag.

Keine Kondensation auf der Formoberfläche

Für den Einsatz der MAP-Systeme kommen einfache (Umgebungs-)Lufttrockner zum Einsatz. Das System funktioniert, indem der Formenbereich der Maschine von der Umgebungsluft getrennt und direkt durch den MAP mit gefilterter, trockener Luft versorgt wird. Dadurch wird eine ständige Verwendung von Kaltwasser bis zu einer Temperatur von 6 °C ermöglicht, ohne dass sich eine Kondensation auf der Formoberfläche bildet. Über einen Filter wird Umgebungsluft angesaugt und in zwei Schritten gekühlt: zunächst über einen wassergekühlten Wärmetauscher, danach im Wärmetauscher des integrierten Kältekreislaufs. In diesem wird die Luft auf circa 3 °C gekühlt. Zur Vorkühlung der angesaugten Umgebungsluft wird dabei Kaltwasser verwendet, welches auch der Formenkühlung dient. Die Feuchtigkeit, die infolge der Kondensation ausgeschieden wird, sammelt sich in einer Wanne und wird über eine Pumpe aus dem Gerät gefördert.

Dank der abgeschotteten Maschinenumgebung ist nun auch im Sommer bei höherer Luftfeuchte ein störungsfreier Arbeitsalltag möglich: Häufig musste das Kaltwasser wieder erwärmt werden, um eine störungsfreie Produktion zu gewährleisten. Dadurch dauer­te der Produktionsablauf länger. „Für diese Art der Plastverarbeitung sowie für weitere Blasformprodukte eignet sich eine Kombination aus IAC- und MAP-System besonders gut, da bei optimaler Abstimmung der beiden Mechanismen die Kühlzeit um bis zu 60 Prozent verkürzt werden kann“, so Farrag. „Gerade bei dickwandi­gen Formen lässt sich zudem eine Produktionssteigerung von bis zu 200 Prozent erzielen.“

sl

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