Um beim Einfärben mit Flüssigfarben Konstanz von Schuss zu Schuss zu gewährleisten, ist eine hochgenaue Farbdosierung nötig. Dazu müssen die in der Dosierpumpe eingesetzten Antriebe auch bei niedriger Drehzahl einen rastmomentfreien Gleichlauf und ein hohes Drehmoment liefern.
Werden viele Teile gleicher Farbe spritzgegossen, ist es sinnvoll, mit eingefärbtem Granulat zu arbeiten. Allerdings geht auch beim Spritzgießen der Trend zu kleineren Losgrößen. Sollen Farben variieren, ist es wirtschaftlicher, flüssige Farbe in den geschmolzenen Granulatstrom einzubringen. Das gleichmäßige Verteilen der Farbe übernimmt ein Dosiersystem. Die Schnecke der Spritzgießmaschine sorgt dann im Zusammenspiel mit dem Staudruck für eine gründliche Durchmischung. Für die Farbqualität ist die präzise Dosierung entscheidend. Je nach Anwendungsfall kann die beigemischte Farbmenge sehr gering sein.
Das Dosiersystem colorDoS sorgt für mikrolitergenaues Fördern von Flüssigfarbe beim Spritzgießen. (Abb.: HNP)
HNP Mikrosysteme in Schwerin entwickelt, produziert und vertreibt weltweit Pumpen, die kleine Flüssigkeitsmengen schnell und präzise dosieren. „Wir haben unser kompaktes Dosiersystem colorDoS speziell für Prozesse entwickelt, in denen es um einen schnellen Farbwechsel geht“, erklärt Olaf Lang vom technischen Vertrieb bei HNP Mikrosysteme. „Es kann zwischen 0,02 und 100 Gramm Farbe pro Schuss dosieren.“ Die spezielle Technik des Dosiersystems sorgt nicht nur für eine hochpräzise Dosierung der einzelnen Farbportionen, sondern verhindert auch die sogenannte Farbverschleppung. Dank des besonderen Designs der Dosierdüse und der Schlauchkupplungen kann man schnell, sauber und ohne Reinigungszeit zwischen verschiedenen Farben wechseln.
Hohe Wiederholgenauigkeit
Für die feine Dosierung ist eine Mikrozahnringpumpe zuständig – eine miniaturisierte Gerotorpumpe mit einem Außen- und einem Innenrotor. Dabei hat der Zahnring auf dem Innenrotor einen Zahn weniger als der äußere Zahnring. Es entstehen also Kammern mit einem fest definierten Verdrängungsvolumen. Die gewünschte Farbmenge wird volumetrisch über die Veränderung der Drehzahl dosiert. So lässt sich bei gleichbleibender Dosierzeit die Farbmenge einstellen. „Die Farbmenge hängt also von der Drehzahl und der Dosierzeit ab“, erläutert Olaf Lang. „Je schneller sich die Rotoren drehen, desto mehr Farbe wird in derselben Zeit gefördert, wobei die Drehzahl der Pumpe an die Dosierzeit der Spritzgießmaschine angepasst wird. Die Taktzeit beinhaltet auch das Auskühlen und Auswerfen des Werkstücks. Währenddessen steht die Pumpe kurz still. Die Farbdosierung ist also ein sehr dynamischer Prozess.” Gleichzeitig kommt es bei der Dosierung auf die Wiederholgenauigkeit an. Damit die Produkte immer dieselbe Farbe haben, muss auch die Farbmenge pro Schuss immer exakt gleich sein.
Im colorDoS wird eine modulare Pumpe vom Typ mzr-7245 eingesetzt. Deren kleinste Dosiermenge beträgt 20 Mikroliter je Schuss. Das ist weniger als ein Regentropfen, aber durch die spezielle Dosierdüsengeometrie kann diese sehr kleine Menge mit hoher Präzision und Reproduzierbarkeit abgegeben werden. „Hier spielt die Qualität des Pumpenantriebs eine entscheidende Rolle und darin kommt es neben dem Motor besonders auf die analogen Hallsensoren an“, betont Lutz Nowotka, Antriebspezialist bei HNP Mikrosysteme. „Wir beziehen bereits seit vielen Jahren Kleinstmotoren aus Schönaich. Für colorDoS haben wir uns für einen bürstenlosen DC-Servomotor der Serie BX4 der Firma Faulhaber entschieden.“
Guter Gleichlauf und hohes Drehmoment
Der Motor des Typs 3268…BX4 CS sorgt für die hochpräzise Dosierung der Flüssigfarbe. (Foto: Faulhaber)
Zu den Stärken des Motors mit der Bezeichnung 3268…BX4 CS gehören neben dem hohen Drehmoment von 96 mNm auch der kleine Bauraum, eine besonders lange Lebensdauer und die integrierte, hochpräzise Positionsregelung. „Die analogen Hallsensoren im Motor ermöglichen eine exakte Positionierung des Antriebs und somit auch der Rotoren an 3.000 Positionen pro Umdrehung. So dosiert unsere Pumpe auch im Mikroliterbereich hochpräzise“, erklärt Nowotka. „Hier kommt es auf einen guten Gleichlauf und ein hohes Drehmoment selbst bei sehr niedriger Drehzahl an. Der kleinste Bewegungsimpuls muss ohne Rucken und Rasten umgesetzt werden.“
Darüber hinaus bietet das colorDoS-System zahlreiche nützliche Funktionen. In der Farbcodeverwaltung kann man wiederkehrende Farbrezepturen hinterlegen. Ein Alarmmanager warnt bei niedrigem Farbfüllstand und stoppt bei einer Störung den Spritzgießprozess. Die Displaysteuerung kommuniziert direkt mit der Spritzgießmaschine und zeigt zum Beispiel die Restlaufzeit bis zum nächsten Gebindewechsel an. Als ebenso kommunikativ erweist sich der Antrieb für die Farbdosierung: Alle Informationen über den Motor, wie Stromaufnahme, Drehzahl, Position, Abweichung und Temperatur werden erfasst und über eine serielle Schnittstelle an die Steuerung übergeben, die den Spritzgieß-Prozess steuert. Die Daten stehen aber auch für die vorbeugende Instandhaltung bereit, um Wartungsbedarf lange vor einem Ausfall zu erkennen. Damit sind sowohl die exakte Dosierung der Farbe als auch der zuverlässige Betrieb gewährleistet.
