Der kritischste und zugleich langwierigste Teilprozess beim Extrusionsblasverfahren ist das Kühlen der Kunststoffteile, da das Temperaturgefälle zwischen der mittels Kaltwasser abgekühlten Außenseite und der wärmeren Innenseite Materialstress verursacht. Das verschlechtert […]
Der kritischste und zugleich langwierigste Teilprozess beim Extrusionsblasverfahren ist das Kühlen der Kunststoffteile, da das Temperaturgefälle zwischen der mittels Kaltwasser abgekühlten Außenseite und der wärmeren Innenseite Materialstress verursacht. Das verschlechtert die Qualität und kann bei Dichtheits-, Belastungs- oder Fallprüfungen zu Versagen führen. Rainer Farrag entwickelte deshalb über viele Jahre hinweg eine interne Druckluft-Kühlung, bei der zusätzlich zur klassischen Außenwandkühlung das Innere des Produkts bei einer akzeptablen Temperatur ‒ das heißt nicht höher als 5 °C und nicht tiefer als -35 °C mit guter Verwirbelung und optimaler Luftverteilung gespült wird. Die Internal Air Cooling Systeme (IACS) der FarragTech GmbH erhöhen die Produktivität um bis zu 35 % und helfen gleichzeitig, die Qualität der Produkte zu verbessern. In den meisten Fällen konnten zudem Materialeinsparungen von bis zu 10 % erzielt werden. Die Amortisationszeiten liegen erfahrungsgemäß zwischen zwei Wochen und sechs Monaten.
Die Blasdornkonstruktion und die Blasventilblöcke haben einen entscheidenden Einfluss auf die Luftverteilung im Blasformprodukt. Beispiel A zeigt eine geringe bzw. keine Luftspülung. B und C zeigen eine ungleichmäßige Luftverteilung. Variante D führt zu einem guten Luftaustausch und einer perfekten Luftverteilung (Abbildung: FarragTech).
Das interne Luftkühlsystem besteht jeweils aus einem Druckluftkühlgerät, speziell entwickelten Ventilblöcken sowie Blasdornen und einer geeigneten Steuerung. Für Temperaturen im Bereich von 1 bis 5 °C bietet FarragTech das BMB (Blow Moulding Booster), einen wartungsfreien Druckluftkühler, den Rainer Farrag für Blasanwendungen entworfen hat. Um ein Gefrieren der feuchten Druckluft im Wärmetauscher zu verhindern, wurde das Gerät so konzipiert, dass die Luftaustrittstemperatur auf jeden Fall über 0 °C liegt. Die Bauweise des BMB ist sehr kompakt, so dass es platzsparend auf die Blasformmaschine montiert werden kann. Es eignet sich für jede Art von Druckluftqualität, sofern diese im Bereich von 6 bis 10 bar liegt. Zusätzlich muss das gefilterte Kaltwasser mit einer maximalen Temperatur von 15 °C, das für die Kühlung benötigt wird, werkseitig vorhanden sein. Mit dem BMB, das in drei Größen für Druckluftmengen bis zu 600 Nm³/h verfügbar ist, ist eine Produktivitätssteigerung von 10 bis 35 % möglich.
Produktionssteigerung von 15 bis 50 %
Die Bereitstellung der kalten Luft für das interne Luftkühlsystem erfolgt durch ein Kühlgerät. Das BMB (Blow Moulding Booster) mit Lufttemperaturen im Bereich von 1 bis 5 ºC und das BAC (Blow Air Chiller) mit Prozesslufttemperaturen bis -35 ºC sind mit jeweils passenden Blasventilblöcken und individuell konstruierten Blasdornen oder Blasnadeln erhältlich. (Foto: FarragTech).
Für Prozesstemperaturen bis -35 °C entwickelte FarragTech das BAC (Blow Air Chiller), das in fünf Baugrößen erhältlich ist. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Kühlungsprozess mit Stauluft lässt sich mit dem BAC als Teil des internen Luftkühlsystems eine Produktivitätssteigerung von 15 bis 50 % erzielen. Bei einigen Prozessen waren sogar 100 % möglich. Dazu wird die Druckluft auf einen Taupunkt unter -40 °C getrocknet und dann im integrierten Verdampfer gekühlt. Dieser Vorgang erfordert eine gute Druckluftqualität mit einem Drucktaupunkt von 5 °C bei 7 bar und einen Restölgehalt von maximal 0,1 g/m³. Das entspricht der standardmäßigen Druckluftqualität, wie sie in vielen Blasfabriken bereits vorhanden ist. Das gefilterte Kaltwasser für die Kühlung sollte eine Temperatur von maximal 15 °C haben. Um die Luft auf dem Weg vom BAC-Gerät zu den Blaswerkzeugen auf möglichst niedriger Temperatur zu halten, sind schaumstoffisolierte Kaltluftleitungen sehr wichtig. Die Steuerung der BAC-Geräte sowie die Visualisierung der Prozessdaten erfolgt über den FIT (Farrag Intelligent Terminal). Normalerweise wird das BAC auf dem Boden aufgestellt, bei größeren Blasformmaschinen kann es aber auch auf der Extruderplattform montiert werden.
Passende Ventilblöcke und individuell konstruierte Blasdorne
Beide Geräte, sowohl das BMB als auch das BAC, sind jeweils mit passenden Blasventilblöcken und individuell konstruierten Blasdornen oder -nadeln erhältlich. Dabei müssen Blasdorne und -nadeln für die jeweiligen Produkte so konstruiert werden, dass die Luft gezielt in Bereiche mit dicken Wänden und schlechter Kühlung seitens der Form gelenkt und gut verwirbelt wird. Zudem muss das Produkt mit dem maximal für den Prozess zur Verfügung stehenden Druck geformt und im Anschluss bei vermindertem Druck der Luftaustausch im Inneren ermöglicht werden. Während dieser Kühlphase ist es wichtig, den Druck ausreichend hoch zu halten, um einen guten Kontakt zwischen Produkt und Form zu gewährleisten. Deshalb werden bei den IACS-Systemen entsprechend zusammengestellte Ventilblöcke verwendet, deren pneumatisch gesteuerte Ventile isoliert und für den Betrieb mit kalter Luft bei Temperaturen von bis zu -40 °C geeignet sind.
Die äußerliche Gestaltung der Blasdorne und -nadeln bleibt unverändert, damit sie weiterhin zu Produkt und Maschine passen, wird jedoch im Inneren angepasst, um eine optimale Luftkühlung zu erzielen. Je nach Komplexität des Kühlprozesses sind dabei verschiedene Bauweisen, vom einfach koaxialen Blasdorn bis zum Modell mit mehreren Kanälen sowie einem entsprechend konfigurierten Ventilblock, möglich. Zum Nadelblasen müssen die Nadeln so weit wie möglich voneinander entfernt platziert sein, um dem Produkt die notwendige Druckluft zum Vorblasen zuzuführen. Die von FarragTech entwickelte Einzel-Koaxial-Nadel-Anordnung ist dabei genauso einfach aufgebaut wie ein Blasdorn.
Tests belegen bessere Produktqualität und höhere Leistung
Um den Blasprozess über die Ventilblöcke des Luftkühlsystems zu steuern, wird ein entsprechendes Signal von der Blasformmaschine benötigt. Zusätzlich muss die Blasformmaschine ein Zeichen senden, wenn vom Vorblasen mit maximalem Staudruck auf den Luftaustausch mit geringem Staudruck umgeschaltet werden soll. Da die Steuerung vieler alter Maschinen dazu nicht in der Lage ist, wird in solchen Fällen eine externe Steuerbox eingesetzt. FarragTech bietet mehrere Ausführungen an, die in der Lage sind, den Kühlzyklus in zwei Blasformmaschinen zu steuern und bei Bedarf noch weitere Aufgaben zu übernehmen.
Sofern die passende Druckluft- und Wasserqualität gewährleistet ist, muss das IACS quasi nicht gewartet werden. Zur Sicherstellung der Luftqualität wird außerdem mit jedem Druckluftkühlgerät ein Luftfilter mitgeliefert. Experimente mit dem internen Luftkühlsystem haben bewiesen, dass im Vergleich zu der klassischen Außenwandkühlung die Temperaturverteilung quer durch die Wand des Behälters gleichmäßiger und die Temperatur im ganzen Produkt niedriger ist. Dadurch verbessert sich die Produktqualität und die Produktionsleistung erhöht sich zum Teil deutlich.
