Precyzyjne dozowanie grawimetryczne z dozownikami Ferlin

Minimalizacja odpadu produkcyjnego oraz wysoka jakość i powtarzalność produkcji składającej się z co najmniej dwóch komponentów jest możliwa jedynie w przypadku świadomego dozowania materiałów przy użyciu odpowiednich urządzeń.

Należy uświadomić sobie jak duży jest koszt złego wybarwienia produktów. Odpad produkcyjny to stracony czas operatora, zużyta energia, eksploatacja maszyn, zużyty materiał i konieczność utylizacji odpadu. Wraz ze wzrostem wymagań klientów równomierne dozowanie materiałów (w tym przemiałów) i powtarzalność produkcji staje się coraz większym problemem.

Firma KMP Plastics proponuje rozwiązanie tego problemu poprzez zastosowanie wielokomponentowych dozowników grawimetrycznych Gravimix firmy FERLIN. Są to dozowniki najwyższej jakości z innowacyjnymi rozwiązaniami i w bardzo przystępnej cenie. Będzie można je obejrzeć na żywo podczas tegorocznych targów Plastpol na stoisku C-16.

1. Zasada działania.

Grawimetryczny dozownik wielokomponentowy ma za zadanie kolejno odważyć każdy z dozowanych materiałów, a następnie przygotować homogeniczną mieszankę - według wpisanej receptury - do dalszego przetwarzania w maszynie.

Niestety pomimo takiej samej ogólnej zasady działania, dozowniki wielokomponentowe bardzo różnią się między sobą. Niezwykle istotne jest również zrozumienie jak poprawnie używać dozownika, aby otrzymać mieszankę o oczekiwanym składzie. Przede wszystkim bardzo ważne jest zrozumienie jak prawidłowo wpisać recepturę do dozownika.

Receptura

Firma Ferlin - oferuje dwie metody wpisywania receptur: procentową oraz standardową.

Metoda procentowa wydaje się być prostszą. Wpisujemy procentowy udział komponentów i suma musi być równa 100%, np.:
68% - oryginał,
30% - przemiał,
2% - barwnik.
Jednak mimo prostego wyglądu może być bardzo myląca i kłopotliwa – wyjaśnienie w przykładach 1-3

W metodzie standardowej podajemy:

• stosunek oryginałów (jeżeli występuje więcej niż jeden),
• udział procentowy barwnika/dodatków w stosunku do oryginałów,
• oraz udział procentowy przemiału.

Oto kilka przykładów w celu zrozumienia różnicy pomiędzy tymi metodami.

Przykład 1.

Załóżmy, że wymagane jest abyśmy zastosowali w naszej produkcji mieszankę zawierającą 5% barwnika.

W metodzie procentowej wpiszemy:
95% - oryginał,
5% - barwnik.

W metodzie standardowej wpiszemy:
1 - oryginał,
5% - barwnik.

Należy jednak pamiętać, że interpretacja tych dwóch receptur jest różna. W metodzie procentowej udział poszczególnych składników odnosi się do całości mieszanki, natomiast w metodzie standardowej - do oryginału.

Przy metodzie procentowej w mieszance będziemy mieć 5g barwnika na każde 95g oryginału (rzeczywisty udział procentowy barwnika 5,26% w odniesieniu do oryginału), a w metodzie standardowej będziemy mieć 5g barwnika na każde 100g oryginału (rzeczywisty udział procentowy to 5,00% w stosunku do oryginału).

Przykład 2.

Załóżmy teraz, że przy naszej produkcji mamy odpad – materiał wrzucamy do młynka i przemielony zawracamy do maszyny. Przyjmijmy, że chcemy użyć aby przemiał stanowił 10% mieszanki.

W metodzie procentowej wpiszemy:
85% - oryginał,
5% - barwnik,
10% - przemiał.

W metodzie standardowej:
1 – oryginał,
5% - barwnik,
10% - przemiał.

Uzyskamy:

Przy metodzie procentowej: na każde 85g oryginału dozownik doda 10g przemiału i 5g barwnika. Zakładając, że w przemiale był już barwnik (5%), otrzymamy rzeczywisty udział procentowy barwnika w wysokości 6,47%

Przy metodzie standardowej dozownik zakłada, że przemiał zawiera barwnik, dlatego wyliczy następujące proporcje wagowe:
10g – przemiał, 85,71g - oryginał, 4,29g – barwnik.

Przykład 3.

Wróćmy do przykładu 1. Załóżmy, że musimy dodać trzeci komponent, np. uniepalniacz o udziale 2%. Jeżeli w metodzie procentowej wpiszemy
93% - oryginał,
5% - barwnik,
2% - unieplaniacz
otrzymamy następujące proporcje: na każde 93g oryginału otrzymamy 5g barwnika (5,38%) i 2g uniepalniacza (2,15%).

Widzimy, że ilość barwnika w odniesieniu do oryginału w stosunku do pierwotnej mieszanki jest inna, a więc dodając uniepalniacz zmieniliśmy kolor produktu. Używając metody standardowej uzyskamy mieszankę: 100g - oryginał, 5g – barwnik, 2g – uniepalniacz. Stosunki dodatków do oryginału będą zatem zachowane.

Dzięki zrozumieniu jak działają obydwie metody oraz dokładnemu poznaniu metody standardowej może uniknąć zarówno długich kalkulacji jak i problemów wynikających ze złego wybarwienia produkowanych detali przy zmianie receptur.

Dokładność dozowania.

Wielu producentów zarówno dozowników wielokomponentowych, jak i dozowników ślimakowych chwali się bardzo dużą dokładnością dozowania. Jest tak dlatego, gdyż zazwyczaj biorą pod uwagę i podają uśrednione wartości. W tym przypadku statystyka działa na korzyść producentów urządzeń mniej dokładnych. Im więcej cykli zostanie wziętych pod uwagę tym statystycznie mniejszy błąd dozowania zostaje wyliczony. Takie są statystyki, a jednak wybarwienie nie będzie jednolite. Kolor detali będzie raz ciemniejszy raz jaśniejszy.

Po drugie, należy zrozumieć co dokładnie oznacza podawana dokładność. Załóżmy, że w dozowniku z dawką 5kg dozujemy dodatek o udziale 0,2%, czyli 10g. Jeżeli dozownik poda 20g dodatku na 5kg oryginału, to błąd dozowania dodatku wyniesie 100% - dozownik podał dwa razy więcej dodatku niż powinien. Natomiast jeżeli podamy dokładność liczoną do całej dawki, to wyniesie ona 0,2% (dziesięć gramów z 5kg). Jak widać tak policzona dokładność dozowania może nas tylko wprowadzić w błąd.

Na co więc należy zwrócić uwagę podczas wyboru dozownika?

1) Należy zapytać o dokładność dozowania pojedynczego materiału (w gramach) w pojedynczym cyklu.
2) Należy dowiedzieć się jakie czujniki tensometryczne są zastosowane w dozowniku. Im mniejszy zakres pomiaru tensometru tym większa rozdzielczość tensometru i mniejszy błąd pomiaru wagi. Im więcej tensometrów w dozowniku tym lepiej.
3) Czy dozownik jest odporny na drgania? Mieszankę o najlepszej jakości możemy podać gdy dozownik będzie umieszczony na gardzieli maszyny - nie będziemy musieli obawiać się rozwarstwienia mieszanki w zbiorniku lub podajnikach.
4) Najlepszym i najprostszym sposobem na sprawdzenie jakości i dokładności dozowników jest oczywiście przetestowanie urządzeń - w szczególności zamontowanych na maszynie - i wybór tego, który się najlepiej sprawdzi.

2. Najczęstsze błędy dozowania

Kolejność dozowania

Bardzo istotnym parametrem w dozowaniu jest kolejność dodatków, które chcemy dozować. Ogólna zasada brzmi: jako pierwszy komponent należy dozować materiał o najmniejszym udziale procentowym. Wynika to z faktu, że najtrudniej jest dokładnie dozować najmniejszą dawkę materiału, a po pierwszym ważeniu dozownik ma szansę na korektę mieszanki. Załóżmy, że błąd dozowania wynosi 1g. To znaczy, że jeżeli chcemy zadozować 5g barwnika i 100g oryginału, a do wagi wsypiemy 6g barwnika, to dozownik Ferlin zadozuje 119-121g oryginału i mikstura nadal będzie zawierać 5% barwnika. W drugą stronę to nie zadziała. Jeżeli najpierw zważymy oryginał (99g-101g), a następnie barwnik (4g-6g), to będziemy mieć dużo mniejszą dokładność dozowania - udział barwnika będzie się wtedy wahać w przedziale 4-6%.

Obok maszyny czy na maszynie?

Zawsze powstaje pytanie, czy dozownik montować bezpośrednio na maszynie, czy osobno - na ramie - a następnie podajnikiem transportować materiał do maszyny. Jeżeli jest taka możliwość, to najlepiej montować dozownik bezpośrednio na maszynie, gdyż pobieranie materiału przez podajnik może spowodować rozwarstwienie materiału. Podajnik podciśnieniowy szybciej pobierze mniejsze i lżejsze granulki. Również kształt granulek ma znaczenie w szybkości ich podawania. Istnieje pogląd, że przy montażu dozownika na maszynie, drgania maszyny uniemożliwiają precyzyjne dozowanie. Wystarczy jednak używać dozowniki odporne na drgania jakimi są dozowniki Gravimix firmy Ferlin. Dozowniki Ferlin mają zaimplementowany specjalny algorytm, który eliminuje wpływ drgań na pomiar wagi dawki. W przypadku innych dozowników należy odizolować urządzenie od maszyny - np. stawiając go na rampie, co wiąże się z dodatkowym kosztem i zajmuje znacznie więcej miejsca.

Odwilżanie materiału – przed, czy po dozowaniu?

Zawsze należy najpierw osuszyć lub odwilżyć materiał, a następnie dozować, gdyż istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo, że mieszanka materiałów w suszarce się rozwarstwi. Jeżeli materiał jest bardzo wrażliwy na wilgoć, należy podłączyć do dozownika sprężone powietrze - powietrze rozprężając się obniża punkt rosy, a nadciśnienie nie pozwala na przedostawanie się wilgoci do wnętrza dozownika.

Elektrostatyka

Niekiedy dużym problemem przy dozowaniu materiału jest gromadzący się ładunek elektrostatyczny. Dodatek często „przykleja się” do ścianek dozownika, odwilżacza i utrudnia bądź uniemożliwia przesyp dodatku do ślimaka maszyny. Jednak w większości przypadków wystarczy przestrzegać kilku prostych zasad, aby uniknąć problemów związanych z elektrostatyką. Przede wszystkim należy dobrze uziemić dozownik, zbiornik suszarki, podajniki oraz lance i rury podajników (zazwyczaj rura ma zatopioną miedzianą spiralę, którą należy uziemić w miejscu połączenia z podajnikiem i lancą). Dodatkowo należy przechowywać granulat w cieniu, w metalowym (najlepiej nierdzewnym) uziemionym zbiorniku. Przechowywanie granulatu w plastikowej torbie powoduje zbieranie się ładunku w granulacie.

Jeżeli problem mimo to wciąż występuje, firma Ferlin oferuje listwy dejonizacyjne usuwające ładunek z materiału i ostatecznie rozwiązujące ten problem.

Podajniki Venturiego

Często przy małych wydajnościach komponentów najtańszą metodą automatycznego dostarczania materiału do dozownika są podajniki Venturiego. Jest to rozwiązanie tanie, ale niestety nie nadaje się do podawania materiału do zbiorników dozownika grawimetrycznego. Podajnik ten podczas pracy wtłacza sprężone powietrze do zbiornika. Jeżeli w tym samym czasie dozownik pobiera materiał ze zbiornika, to nadciśnienie spowoduje zmianę prędkości przepływu materiału i w efekcie przedozowanie komponentu.

3. Fakty i mity

Drgania

Wciąż pokutuje mit, że dozownik umieszczony na maszynie pracuje niedokładnie z powodu drgań maszyny. Dozowniki Ferlin Gravimix są odporne na drgania i można montować na gardzieli - bez utraty dokładności - nawet w przypadku, gdy agregat porusza się w każdym cyklu. Dokładność dozowników firmy Ferlin w pojedynczym cyklu to +/- 1g przy dawce 5kg! Należy odróżnić dokładność dozowania w jednym cyklu od średniej dokładności dozowania, która błędnie dąży do nieskończoności.

Dozowanie przemiału jest problematyczne

Tutaj Ferlin również oferuje kompleksowe rozwiązania, które pozwalają dozować nawet ciężko sypiący się nieregularny przemiał. Można dobrać opcje takie jak agitatory (mechaniczne mieszadła wzbudzające materiał w zbiorniku), czy wibratory pneumatyczne. Dodatkowo Ferlin stosuje specjalny algorytm umożliwiając kontrolę dozowania przemiału i stabilizację jego udziału w mieszance.

Czyszczenie dozownika

Istnieje przekonanie, że przy częstych zmianach kolorów lub dodatków dozownik wielokomponentowy jest złym wyborem. Często problemem jest zarówno dokładne wyczyszczenie dozownika, jak również strata materiału, który pozostaje po zakończeniu produkcji. Dozowniki Gravimix posiadają system szybkiego czyszczenia pozwalający na bardzo łatwe i dokładne wyczyszczenie dozownika bez użycia narzędzi i bez zdejmowania podajników. Natomiast dzięki dostępnej kontroli zużycia materiału oraz odpowiedniemu sterowaniu podajnikami, można kontrolować system podawania materiału w taki sposób, aby w momencie zakończenia produkcji były puste zarówno podajniki jak i dozownik.
Jeżeli mamy dostępne dodatkowe zbiorniki, to możemy dokonać zmiany koloru nie przerywając produkcji! Wystarczy zasypać wolny zbiornik nowym barwnikiem/dodatkiem i zmienić recepturę. Następnie można zsypać materiał ze zbiornika z poprzednim barwnikiem/dodatkiem - i wyczyścić zbiornik w trakcie pracy dozownika.

Zapylenie materiału

Duże zapylenie materiału często powoduje zacinanie się mechanizmów dozowników czy „wariowanie” czujników poziomu materiału. Z tego powodu firma Ferlin stosuje nowoczesne czujniki programowalne, które można „nauczyć” przy wysokim zapyleniu i uniknąć problemów związanych z zapyleniem czujników. Alternatywnym rozwiązaniem jest cykliczny odmuch czujnika z pyłu. Firma Ferlin wprowadziła takie rozwiązania aby nawet bardzo duże zapylenie komponentu nie powodowało problemów w pracy dozownika.

Dokładność dozowników firmy Ferlin w stosunku do dozowników barwnika.

Istnieje przekonanie, że dozowniki barwnika są dokładniejsze i łatwiej uzyskać mały udział procentowy w mieszance. Niestety – dozowniki barwnika mają dużo więcej wad od dozowników wielokomponentowych Ferlin. Przede wszystkim dozownik wielokomponentowy Gravimix jest w stanie dozować z bardzo dużą dokładnością od pierwszej dawki. Dozowniki barwnika muszą długi czas „uczyć się”, ponieważ komórka wagowa nie jest w stanie dokładnie zważyć pojedynczej dawki dla jednego cyklu.

Dodatkowo bardzo ciężko jest uzyskać bardzo małe wydajności barwnika na takich dozownikach. Wystarczy mały ruch ślimaka, a wpadnie kilka granulek mniej lub więcej. W przypadku dozowników wielokomponentowych Ferlin można zadozować komponent o udziale procentowym na poziomie 0,1% i mieszanka będzie homogeniczna!!!

Kolejną zaletą jest mniejsza wrażliwość dozownika na niejednorodny materiał. Jeżeli barwnik zawiera „nitki”, granulki różnych wielkości, to nie spowoduje to zablokowania urządzenia i dozownik będzie pracował cały czas z tą samą dokładnością. W przypadku dozowników ślimakowych jest bardzo duże prawdopodobieństwo zatkania wlotu do tulei urządzenia lub zablokowania ślimaka, co w efekcie może prowadzić nawet do uszkodzenia silnika.

Dodatkowo dozownik firmy Ferlin ma tensometr (czujnik wagowy) zabezpieczony mechanicznie przed przeciążeniami i czujniki tensometryczne o wysokiej dokładności pomiaru.

4. Industry 4.0 w dozowaniu.

W dzisiejszej dobie społeczeństwa informacyjnego, w świecie wysoko rozwiniętych technologii komunikacji i przetwarzania danych wydaje się, jakby temat dozowania materiału został pominięty. Wiodący producent dozowników jakim jest firma Ferlin, oferuje najnowszą technologię zarządzania dozowaniem przez internetowy system FerlinBridge. Dzięki podłączeniu maszyn do Internetu możemy kontrolować stan produkcji z dowolnego miejsca na świecie wykorzystując przeglądarkę internetową bądź aplikacje na telefonie.

System poza kontrolą dozowania zbiera informacje z każdego dozowania i może zostać zintegrowany np. z systemem zarządzania produkcją - MES. Daje to nieograniczone możliwości kontroli materiału od zapotrzebowania, poprzez stany magazynowe, kontrolę podawania i dozowania do gardzieli maszyn. Umożliwia informowanie operatora przy pomocy powiadomień SMS o kończącej się produkcji, bądź sytuacji alarmowej.

Dzięki inteligentnemu dozowaniu możemy zaoszczędzić zarówno na materiale jak i zmaksymalizować jakość produktów i zminimalizować wpływ błędów operatorów na produkcję. Dozowniki to bardzo istotna część przetwórstwa tworzyw, często jeszcze niedoceniona przez przedsiębiorców.