Füllstand, Durchfluss und Druck in der Kunststoff- und Gummiverarbeitung: Kühlung, Temperierung und Materialversorgung überwachen
Eine Spritzgießmaschine produziert nur so gut, wie ihre Werkzeugkühlung arbeitet und ihr Trichter gefüllt ist. Ob jeder Kühlkreis Wasser führt, ob das Temperiergerät noch liefert, ob im Granulatsilo genug Material für die Nachtschicht liegt und ob am Extruder das Öl ankommt, fragen Instandhalter, Prozessingenieure und Automatisierungsverantwortliche in Spritzguss-, Extrusions-, Folien- und Gummibetrieben, dazu Integratoren, die Spritzgießzentren aufbauen. Dieser Leitfaden folgt den Medien in der Reihenfolge, in der der Prozess sie braucht: Rohstoff in Silo und Trichter, Kühlwasser am Werkzeug, Wasser, Öl und Luft an Extruder und Gummilinie, Hilfsstoffe und Leckflüssigkeit an der Maschine. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen; in einer davon ist ein Durchflusssensor von KEYENCE an der Werkzeugkühlung im Einsatz.
Wichtige Punkte im Überblick
- Die Trennlinie verläuft zwischen Teil und Medium: Maß, Oberfläche und Kennzeichnung des Formteils sind eigene Prüfaufgaben, hier geht es um Kühl- und Temperiermedium, Material im Behälter, Öl, Sprühwasser und Prozessluft.
- Für Granulat und Pulver in Silo und Trichter ist der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR vorgesehen, dessen Nahbereichsmodelle bis 1,5 m und dessen Fernbereichsmodelle bis 20 m erfassen.
- Bei der Ausführung des Anklemmbaren Durchflusssensors der Modellreihe FD-H entscheidet der Kreis: Die Schlauchausführung arbeitet bis 100 °C, das Standardmodell bis 85 °C Rohroberflächentemperatur und die Hochtemperaturausführung bis 180 °C.
- Ein Schwimmer oder eine Sonde sitzt im Medium und kann sich zusetzen, deshalb zielen die Anwendungen an Leckwanne, Altöltank und Nasswäscher auf eine Messung von oben.
- Mit der Zahl der Kreise wächst die Frage, wohin die Werte gehen, denn ein Werkzeug mit zwölf Kreisen an zehn Maschinen ergibt rechnerisch 120 Messstellen.
Kühlkreis, Silo und Leitung: was Prozesssensorik im Kunststoffbetrieb überwacht
Die Trennlinie verläuft zwischen Teil und Medium. Maß, Oberfläche, Vollständigkeit und Kennzeichnung des Formteils sind eigene Prüfaufgaben, ebenso Granulat und Mahlgut unter dem Mikroskop. Hier geht es um das, was den Prozess am Laufen hält: das Kühl- und Temperiermedium, das Material im Behälter, Öl, Sprühwasser und Prozessluft am Extrudat.
Wie ein angeklemmter Durchflusssensor durch die Rohrwand misst und warum ein Radar den Füllstand von oben erfasst, erklärt der Beitrag zur Lebensmittelbranche ausführlich. Die Druckluft der Spritzgießmaschine für Entformung und Trockner, gemessen etwa mit der Energie-Management-Einheit der Modellreihe MP-F, behandelt der Artikel für Maschinenbau und OEM.
Granulat und Pulver: wissen, wie viel Material in Silo und Trichter ist
Bei Schüttgut ist der Füllstand meist eine Versorgungsfrage: Die Maschine darf nicht leer laufen, und die Nachlieferung soll rechtzeitig kommen. An einem Granulatsilo von knapp 20 m Höhe und mehreren Tanks sind mehr als ein Dutzend Messstellen zu überwachen. Ein Folienhersteller will den Füllstand in Granulattanks von 10 und 15 m Höhe kennen; der Sensor soll außen sitzen. Ein Hersteller von Dichtungsprofilen hat mehr als ein Dutzend Granulatbehälter von etwa 1,5 m, an denen ein Füllstand gemessen werden soll.
Ein Integrator von Spritzgießzentren braucht für PP-Pulver Messdistanzen von 100 bis 600 mm. In der Gummiverarbeitung geht es um Gummipulver, das mit zähem Wasser in einem großen Trichter steht.
Für diese Aufgaben kommt der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR in Frage. Laut Anleitung wird das Medium auf Flüssigkeit, Ölige Flüssigkeit oder Schüttgut eingestellt; für Schüttgut ist der Erfassungsbereich breiter als für Flüssigkeit. Der Katalog nennt den Materialspeicher als Beispiel und die Erkennung von Rohmaterial als Schüttgut unabhängig von Farbe oder Form. Die Nahbereichsmodelle erfassen bis 1,5 m, die Fernbereichsmodelle bis 20 m. Weil Radarwellen Kunststoff durchdringen, kann der Sensor durch die Wand eines Kunststofftanks messen; die Signalstärke variiert laut Katalog je nach Kunststoff.
Am Werkzeug: Kühlwasser und Temperiermedium je Kreis
Ein zugesetzter Kühlkreis fällt selten sofort auf. In einer Spritzgießabteilung, in der Schläuche zusetzen, verlängert der Bediener dann die Kühlzeit um eine halbe Sekunde, ohne zu wissen, welcher Schlauch betroffen ist. Bei einem anderen Spritzgießer haben neue Temperiergeräte keine eigene Durchflussüberwachung.
Bei einem Hersteller von Kunststoffdeckeln ist ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-H von KEYENCE an der Werkzeugkühlung im Einsatz. An einer neuen Spritzgießmaschine soll das Wasser im Werkzeug an einigen Dutzend Messstellen mit der Modellreihe FD-H überwacht werden, angebunden über IO-Link.
Ein Hersteller von Gummidichtungen hat die Schlauchausführung an einem Schlauch von 27 mm und das Standardmodell an einem Stahlrohr von 40 mm getestet; beide Tests verliefen positiv. An der Wasserleitung eines Herstellers von Kunststoffverpackungen lieferte ein Test ebenfalls ein gutes Ergebnis. Ein Versuchsaufbau zur Werkzeugkühlung hat Kreise bis etwa 140 °C, gemessen werden soll dort am Metallrohr. An PVC-Schläuchen ohne Metallgeflecht von rund 19 mm geht es bei einem Werkzeug- und Teilehersteller um die Schlauchausführung.
Auch das Temperiergerät selbst wird zum Prüfobjekt. Beschrieben ist eine Station, an der Temperiergeräte bei Stillstand angeschlossen und geprüft werden, an einer Metallleitung von 18 mm bei etwa 80 °C und rund 15 l/min. An einer Reinigungsanlage, die Verschmutzungen aus den Rohren von Spritzgießmaschinen entfernt, soll der Durchfluss das Ergebnis der Reinigung belegen; gewünscht ist eine abnehmbare Anzeige.
Die Ausführung folgt dem Kreis. Das Standardmodell der Modellreihe FD-H arbeitet bis 85 °C Rohroberflächentemperatur und liefert über einen integrierten Temperatursensor auch die Temperatur. Die Schlauchausführung reicht bis 100 °C an weichen Kunststoffrohren und Schläuchen, die Hochtemperaturausführung bis 180 °C. Der Katalog des Anklemmbaren Durchflusssensors der Modellreihe FD-Q nennt Wasser zum Kühlen der Form in einer Spritzgussmaschine als Beispiel und einen verstopften Filter oder eine falsche Ventilstellung als Ursache für sinkenden Durchfluss.
An Extruder, Granulator und Gummilinie: Wasser, Öl und Prozessluft
An einer Extrusionslinie lieferte ein Test zum Ölfluss ein erfolgreiches Ergebnis. Vor einem Granulator werden Kunststoffstränge mit wenigen Litern Wasser pro Stunde besprüht; gefragt ist sinngemäß nur, ob dort überhaupt etwas fließt. An Extrudern mit zwei bis vier Wasserleitungen je Maschine kommen die Modellreihen FD-H oder FD-Q in Frage. Für kleine Durchflüsse an dünnen Schläuchen kommt ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-X in Frage.
Für Kühlluft, die in einem Versuchszentrum auf extrudierte Fasern geblasen wird, kommt der Kombinierte Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP in Frage, der Druck und Durchfluss an einer Stelle erfasst; offen sind dort noch die Rohrmaße. An einem Gummiextruder sollen die Temperiergeräte über den Durchfluss diagnostiziert werden, dafür ist die Hochtemperaturausführung der Modellreihe FD-H vorgesehen. Vor dem Vergießen von Gummi auf Metallfelgen wird Haftvermittler über Schläuche von 6 und 8 mm dosiert; für diese Überwachung kommt die Modellreihe FD-X in Frage.
Rohstoffkomponenten haben eigene Bedingungen. Bei einer Kunststoffkomponente sitzt im vorhandenen Rohr ein statischer Mischer, dort ist laut Anwender keine Messung möglich; vorgesehen ist ein eigenes Rohrstück. In Frage kommen die Anklemmbaren Durchflusssensoren der Modellreihen FD-H und FD-R. Ein Kunststoffhersteller dosiert Bakterien mit 70 bis 500 ml/min in seinen Prozess. Ein anderer Betrieb will den Durchfluss von Caprolactam überwachen.
An der Maschine: Altöl, Leckflüssigkeit und Hilfsstoffe
Unter einer Reihe von mehr als zwei Dutzend Spritzgießmaschinen sammeln Wannen ausgetretenes Wasser und Öl, jede Wanne mit mehreren Abschnitten; ihr Füllstand soll mit einem Radar-Füllstandssensor erfasst werden. In einem Gummispritzguss geht es um einen einzelnen Altöltank; für solche Medien sieht die Anleitung die Einstellung Ölige Flüssigkeit vor.
Ein Betrieb mit Kunststoffextrusion will den Füllstand eines Nasswäschers, auf dem Schaum steht, mit einem Nahbereichsmodell erfassen. Ein Schwimmer oder eine Sonde sitzt im Medium und kann sich zusetzen, deshalb zielen solche Anwendungen auf eine Messung von oben.
Von der Einzelmessung zur Überwachung des Maschinenparks
Mit der Zahl der Kreise wächst die Frage, wohin die Werte gehen. Ein Werkzeug mit zwölf Kreisen an zehn Maschinen ergibt rechnerisch 120 Messstellen. Bei einem Spritzgießer mit sehr vielen Kreisen je Werkzeug kam deshalb die Idee auf, nur Vor- und Rücklauf zu messen und die Temperatur je Kreis zu lesen.
In einem Betrieb soll die Wärmeeinbringung je Spritzgießmaschine erfasst werden. Durchfluss und Temperaturdifferenz dienen dort als Prozess- und Überwachungsgröße, nicht als Abrechnungsgrundlage. Für die Anbindung kommt dort das Netzwerk-Kommunikationsmodul der Modellreihe NQ in Frage, das als IO-Link-Master mehrere Sensoren an die Steuerung bringt. In einem Konzept für einen Betrieb mit rund achtzehn Spritzgießmaschinen sind mobile Durchflussmessungen an Extrudern mit der Hochtemperaturausführung vorgesehen.
Häufige Fragen
F Muss jeder Kühlkreis eines Spritzgießwerkzeugs einen eigenen Durchflusssensor bekommen?
A
Nicht zwingend. Ein Sensor je Kreis zeigt genau, welcher Kreis zusetzt, bedeutet bei Werkzeugen mit vielen Kreisen aber viele Messstellen. In einer dokumentierten Anwendung war die Alternative, Vor- und Rücklauf zu messen und die Temperatur je Kreis zu lesen. Welche Lösung passt, hängt davon ab, wie schnell ein einzelner Kreis gefunden werden muss.
F Welche Ausführung der Modellreihe FD-H passt zu Schlauch, Metallrohr und heißem Temperiermedium?
A
An Schläuchen und weichen Kunststoffrohren arbeitet die Schlauchausführung bis 100 °C. Am Metallrohr misst das Standardmodell bis 85 °C Rohroberflächentemperatur und liefert die Temperatur mit. Für Kreise oberhalb davon reicht die Hochtemperaturausführung bis 180 °C.
F Kann ein Radar-Füllstandssensor Kunststoffgranulat und Pulver erfassen?
A
Ja, die Modellreihe FR hat dafür die Medieneinstellung Schüttgut, der Katalog nennt Rohmaterial unabhängig von Farbe oder Form. Nahbereichsmodelle reichen bis 1,5 m für Trichter und Tagesbehälter, Fernbereichsmodelle bis 20 m für Silos. Durch eine Kunststofftankwand ist die Messung möglich, die Signalstärke hängt vom Kunststoff ab.
F Lässt sich die Wärmemenge je Werkzeug aus Durchfluss und Temperatur bestimmen?
A
In den dokumentierten Anwendungen wird sie aus Durchfluss sowie Vor- und Rücklauftemperatur gebildet und als Prozessgröße genutzt, etwa um die Kühlung über die Wärmeeinbringung zu steuern. Eine Abrechnung ist nicht das Ziel. Die Anleitungen mehrerer Modellreihen, darunter FD-Q und FD-R, schließen eine Verwendung als geeichtes Messgerät aus.
F Gehört die Prüfung am Formteil zu diesem Thema?
A
Nein. Maß, Oberfläche, Vollständigkeit, Kennzeichnung und Lage des Formteils sind eigene Prüfaufgaben. Dieses Thema gilt dem Medium und dem Rohstoff: Kühlwasser, Temperiermedium, Öl, Prozessluft und Granulat im Behälter.
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