27.10.2010

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RubberTec Alliance: Per Knopfdruck auf hohen Durchsatz

Die Linie zeichnet sich durch kurze Rüstzeiten, hohe Produktionsgeschwindigkeit und optimierten Anfahrprozess aus. Insgesamt hat Meteor den Anlagendurchsatz bei gleichzeitig besserer Produktqualität im Vergleich mit anderen bei Meteor im Einsatz befindlichen Anlagen deutlich gesteigert.Damit ein neuer Großauftrag ausgeführt werden konnte, entschied das Management der Meteor Gummiwerke im Jahr 2008, die Kapazität des Werkes in Bockenem zu erhöhen und in eine neue Produktionslinie zu investieren, die hochwertige Dichtungsprofile für die Automobilindustrie effizient und flexibel herstellt.Für diese Linie suchte Meteor bereits ein Jahr zuvor auf der K-Messe 2007 moderne, effiziente Verfahren und Maschinen, bei der alle Maschinen aufeinander abgestimmt sein sollten. Außerdem sollte die neue Anlage eine Lösung aus einer Hand darstellen, um Schnittstellenproblematiken zu vermeiden. So kam der erste Kontakt mit der kurz zuvor gegründeten RubberTec Alliance zustande. In diesem Firmenverbund haben sich Harburg-Freudenberger Maschinenbau, Gerlach Maschinenbau und Pixargus zusammengeschlossen, um ihren Kunden Lösungen aus einer Hand anzubieten, deren einzelne Aggregate zum einen optimal aufeinander abgestimmt sind und zum anderen übergreifend gesteuert werden (Abb. 1).Bereits die einzelnen Maschinen versprachen Vorteile: Bei der Extrusion überzeugte Harburg-Freudenberger mit dem DeSO (degassing screw optimisation) System, das bei Material- und Produktwechseln außerordentlich geringen Aufwand erfordert. Der im Vergleich zu anderen Linien deutlich günstigere Energiebedarf der Vulkanisationsstrecke war eines der entscheidenden Argumente für Gerlach. Da Meteor seit Jahren gute Erfahrungen mit den optischen Inline-Oberflächenkontrollsystemen von Pixargus gemacht hatte, war es selbstverständlich, dass die Messtechnik aus Würselen bei Aachen integraler Bestandteil der Anlage wurde.Der ganzheitliche Ansatz der RubberTec Alliance, bei dem alle Einzelaggregate aufeinander abgestimmt sind und die Ergebnisse der optischen Messsysteme unmittelbar die Steuerung der gesamten Anlage beeinflussen, überzeugte die Projektverantwortlichen bei Meteor vollends. Im Februar 2009 ging die neue Linie bei Meteor in Betrieb.Harburg-Freudenberger: Hohe Flexibilität bei unterschiedlichen MischungenDie Extrudergruppe besteht aus zwei Kaltgummi-Entgasungsextrudern KGE 90, die auf einem gemeinsamen Gestell angeordnet sind und einem Kaltgummi-Vertikalextruder KGV 60.Abb. 2: Das DeSO-System von Harburg-Freudenberger lässt sich einfach an unterschiedliche Mischungen anpassenFür viele Compounds bringt das Entgasen im Extruder Vorteile, denn die im Material vorhandenen flüchtigen Bestandteile werden entfernt und Poren, Blasen und Lunker vermieden. So erzielt Meteor eine optimale Oberflächenqualität des fertigen Produktes, besonders bei fein gegliederten Profilen mit höchsten Ansprüchen an die Oberflächenqualität (Abb. 2).Vor dem Eintritt in das Spritzwerkzeug durchläuft die Gummimischung den Entgasungsteil des Extruders; hier verdampfen flüchtige Bestandteile, welche die eingangs erwähnten Fehlstellen im Profil verursachen können. Um diesen Effekt zu erzielen, ist die Schnecke mit einer Drossel ausgerüstet. Sie ist am Ende der Homogenisierzone installiert und wirkt als Strömungswiderstand. Das damit geringere Füllvolumen der Schneckengänge nach der Drossel erlaubt den Einsatz eines Entlüftungsschlitzes im Extruderzylinder, ohne dass dabei die Mischung aus dieser Bohrung heraustritt.Durch den mittels einer Vakuumpumpe an dieser Stelle erzeugten Unterdruck verdampfen die löslichen Bestandteile und werden durch den Saugstutzen abgeführt. In der nachfolgenden Austragszone der Extruderschnecke baut sich dann der für die Formgebung des Profils benötigte Druck erneut auf.Abb. 3: Kontinuierliche hydraulische Verstellung des DrosselspaltesDie Besonderheit des DeSO-Systems - das Harburg-Freudenberger als einziger Hersteller anbietet - ist, dass der Füllgrad der Schnecke und damit der Durchsatz über die Drossel während des laufenden Betriebes stufenlos verstellbar ist. Dies erfolgt durch Veränderung des Spaltes zwischen Drosselring und Zylinder. Somit lässt sich die Durchsatzleistung der Schnecke in einfacher Weise an die verschiedensten Materialien und Produkte anpassen. Bei herkömmlichen Entgasungsextrudern hingegen muss bei einem Produktwechsel im ungünstigsten Fall die Schnecke gewechselt werden, um den Drosselspalt anzupassen.
Mit der kontinuierlichen hydraulischen Verstellung des Drosselspaltes macht Harburg-Freudenberger einen Schneckenwechsel und den Austausch von Drosselringen in vielen Fällen überflüssig: So deckt das DeSO-System mit wenigen Schnecken ein breites Produktspektrum von Meteor ab, während bei anderen Anlagen vergleichbar mehr Schneckenwechsel erforderlich wären (Abb. 3).Dies bringt neben geringeren Anschaffungskosten für Schnecken eine deutliche Einsparung der Rüstzeiten mit sich, da jeder Schneckenwechsel einen höheren Kapazitäts- und Personalbedarf sowie Planungsaufwand bedeutet. Somit spiegelt sich in der Verkürzung der Rüstzeiten die Steigerung des Anlagendurchsatzes wider.Gerlach: Schnelle Vernetzung bei effizientem EnergieeinsatzAbb. 4: Die Vulkanisationsanlage SHF 147Die Vulkanisationslinie vom Typ SHF 147 von Gerlach besteht aus Vorschockeinrichtung, Schockvulkanisationszone, Mikrowellenzone, Hochgeschwindigkeits-Heißluftzone mit anschließender Profilkühlung und Abzugszone. Die aufeinander abgestimmten Komponenten ermöglichen den Einsatz von polaren und nichtpolaren Mischungen bei höheren Extrusionsgeschwindigkeiten (Abb. 4).Die Vorschock-Einrichtung für die Behandlung der Unterseite des Profils arbeitet mit Infrarotstrahlung und Luftkonvektion. Mit rund 0,3 kW/cm2 ist die Energiedichte extrem hoch, so erzielt die Linie eine optimale Vorvernetzung und das Profil erlangt innerhalb von Sekunden hohe Stabilität; außerdem wird die Adhäsion des unvulkanisierten Kautschuks auf den Transportbändern minimiert.Abb. 5: Durch die 3-fach-Umlenkung des Profils reduziert Gerlach die Baulänge der Vulkanisationsstrecke auf 12 mDieser gasbetriebene Porenbrenner in der Vorschockzone vernetzt das Extrudat außerordentlich schnell und arbeitet dabei signifikant effizienter als elektrisch betriebene Schockeinheiten. So erreicht Gerlach hohe Produktionsgeschwindigkeiten bei guter Energieeffizienz. Der vergleichsweise geringere Energiebedarf trägt darüber hinaus zum ressourcenschonenden Betrieb der Linie bei. Durch den Einsatz selbstreinigender Brenner reduziert Gerlach den Wartungsaufwand deutlich und erhöht die Standzeit im Vergleich zu elektrisch betriebenen Vorschockeinrichtungen.Die in die SHF 147 Anlage integrierte Abluftreinigung PCT (Pollution Control Technology) eliminiert die während des Vulkanisationsvorganges frei werdenden Diffusionsdämpfe zum größten Teil und ermöglicht so eine weitestgehend abgasfreie Produktion. Gerlach ist der einzige Hersteller, dessen Anlagen die Umwelt weder durch Kohlenwasserstoff- noch durch Geruchsemissionen belasten. Der Einsatz der PCT reduziert zudem die Instandhaltungskosten und die durch Kondensate in den Anlagenteilen und dem Verrohrungssystem verursachte Brandgefahr.Auf Wunsch von Meteor hat Gerlach die Vulkanisationslinie mit einer 3-fach-Umlenkung des Profils mit integrierter Profilkühlung ausgestattet. So konnte Gerlach in der üblichen Baulänge eine um Faktor 3 längere Heizzeit realisieren (Abb. 5).Pixargus: Inline-Qualitätskon­trolle steuert die MaschinenAbb. 6: Das Profilvermessungs-System PCD-X360 von Pixargus erfasst die äußere Kontur des Profils inlineOptische Systeme von Pixargus für die Inline-Profilvermessung und -Oberflächeninspektion haben sich bei Meteor an mehreren Produktionslinien seit Jahren bewährt. Deshalb werden sie auch an der neuen Linie verwendet. Darüber hinaus sind die Systeme der anderen Linien seit Langem in die Qualitätssicherung eingebunden, auch die Netzwerk-Infrastruktur war bereits vorhanden.Für die Profilmessung ist ein ProfilControl-Dimension System der PCD-X360-Serie mit vier leistungsfähigen Flächenkameras von Pixargus im Einsatz sowie das Oberflächeninspektionssystem ProfilControlPC 5, das über vier Hochgeschwindigkeits-Zeilenkameras verfügt und am gleichen Einbauort sowohl die Oberflächenfehler detektiert als auch die Profilstruktur prüft. Insbesondere die Flockdetektion, die Multi-Area-Überwachung sowie die Bohrlochkontrolle sind dabei wichtige Kriterien für die Profilqualität (Abb. 6, 7).Bei der Querschnittsvermessung des Profils projiziert Pixargus eine umlaufende Line auf die Oberfläche des Profils, die von mehreren Kameras erfasst wird. Aus dem Linienverlauf ermittelt eine Software mehrmals pro Sekunde die Kontur des Profils und überlagert diese mit der CAD-Referenzzeichnung des Profils. Abweichungen werden automatisch berechnet und grafisch dargestellt. Die Messdaten werden an die übergeordnete Prozessteuerung übertragen. Nähern sich die Messwerte den vorgegeben Toleranzgrenzen, warnt das System optisch und akustisch, sodass die Anlagenbediener schnell in den Prozess eingreifen können. Profilabschnitte, bei denen die Toleranzen überschritten wurden, markiert das System den entsprechenden Abschnitt. Dieser wird im weiteren Prozessverlauf automatisch oder - je nach Produktart - manuell ausgeschleust.Abb. 7: Die Leuchtdioden des ProfilControl PC5-Systems beleuchten das Profil aus allen RichtungenDas Training der Systeme geschieht auf Grundlage von CAD-Daten mit Toleranzangabe oder einfach mit Referenzmustern. Dabei wird das Profil lediglich in den Sensorkopf des PCD-X360-Vermessungssystems gehalten und eine Referenzmessung aufgenommen, die dann als Sollvorgabe für die Produktion dient.In den Systemen für die Oberflächenkontrolle beleuchten LEDs die Oberfläche aus allen Richtungen, Zeilenkameras scannen die Oberfläche lückenlos. Da die Kameras über den Umfang des Profils verteilt sind, "sehen" sie jedes Flächenelement in einer Bildzeile unter optimalen Beleuchtungs- und Betrachtungswinkeln. Die Inspektionssysteme erkennen Fehler wie Stopfen, Poren, Stippen, Pickel, Blasen, Löcher sowie weitere Oberflächenunregelmäßigkeiten. Erkennt das System einen Fehler, der zu einem Ausschuss des Profilstücks führt, wird der entsprechende Abschnitt des Profils markiert und automatisch ausgeschleust.Übergeordnete AnlagensteuerungDie umfassende, vernetzte Anlagensteuerung mit durchgängigem Informationsfluss führt die Parameter aller Maschinen zusammen. Sie erfasst Istwerte und Stör- und Betriebsmeldungen, überwacht den gesamten Extrusionsprozess, steuert die einzelnen Maschinen und archiviert Messdaten und Betriebsparameter.In Rezeptdateien sind die optimalen Einstellungen für die einzelnen Profiltypen mit ihren jeweiligen Mischungen gespeichert. Bei einem Mischungs- und Produktwechsel wird lediglich das entsprechende Rezept ausgewählt - die gesamte Anlage wird so "per Knopfdruck" auf das jeweilige Material oder Produkt eingestellt und regelt sich selbstständig ein.
Die Bedienmannschaft wird dadurch von Einstellarbeiten entlastet - ein weiterer Vorteil im Hinblick auf kurze Rüstzeiten. Die hohe Reproduzierbarkeit der Prozesse steigert die verfügbare Anlagenkapazität und gewährleistet gleichzeitig optimale Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit des Profils. Die grafische Prozessvisualisierung der gesamten Anlage mit Detaildarstellung der einzelnen Anlagenteile macht den Prozess vom Extrudieren bis zum fertigen Produkt transparent. Damit sind mögliche Störgrößen frühzeitig erkennbar und der Prozess wird durch gezieltes Eingreifen der geschulten Bedienmannschaft schnellstmöglich wieder stabilisiert.Der ganzheitliche Ansatz hat sich bewährt
Nach nunmehr anderthalbjährigem Betrieb zeigen die Erfahrungen mit der Linie, dass die Entscheidung für die ganzheitliche Lösung richtig war. Die direkte Rückkopplung der Qualitätsdaten und die übergeordnete Steuerung bieten erhebliche Vorteile: Der Anfahrprozess ist kürzer, die gewünschten Produktspezifikationen werden schneller erreicht, der Anteil an "1a-Qualität" steigt. Die Analyse der gespeicherten Produktionsdaten trägt wesentlich dazu bei, dass die Produkte weiter verbessert werden.Da alle Einzelmaschinen aufeinander abgestimmt sind, ist die Qualität ebenfalls gestiegen. Besonders in Bezug auf die Oberflächenqualität hat sich herausgestellt, dass die automatische Inline-Inspektion erheblich zuverlässiger als die visuelle ist und der Prozess mit den Daten der Inspektionssysteme besser geregelt werden kann. Auch auf der Kostenseite verzeichnet die neue Linie Vorteile: geringer Materialeinsatz durch schnelles Erreichen der Sollwerte beim Anlagenstart, geringe Energiekosten durch effiziente Beheizung. Mit der Anlage hat Meteor einen höheren Automatisierungsgrad realisiert, der es ermöglicht, mit der gleichen Mannschaft eine höhere Effizienz zu erzielen. Unabdingbar ist dabei jedoch, dass für die Arbeit mit den technologisch anspruchsvollen Systemen hoch qualifiziertes Personal zur Verfügung steht. Meteor schult die Mitarbeiter regelmäßig, um sicherzustellen, dass die Anlagen optimal genutzt werden.Die operativen Ziele wurden erreicht: Im alltäglichen Produktionsbetrieb sind die Abläufe einfacher und transparenter geworden, die Produktion wird flexibler gestaltet, Ausschuss wird vermieden und der Durchsatz gesteigert.Mit der neuen Anlage verfolgt Meteor auch strategische Ziele: Sie bietet das Potenzial, Prozesse noch weiter zu optimieren, flexibel auf Kundenanforderungen einzugehen und das Unternehmen an steigende Produktionsvolumina anzupassen.

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