Extrudieren Reifenhäuser präsentiert Entwicklungshighlights auf der K 2013

Redakteur: Peter Königsreuther

Reifenhäuser stellt eine ganze Reihe von Neuentwicklungen in Düsseldorf vor: Darunter etwa ein Glättwerk mit bisher nie erreichter Spaltgenauigkeit, den Extruder der Zukunft, eine neue Kontaktwalze für Flachfolienwickler, eine Leichtbau-Alternative zu Organoblechen sowie ein Wood Polymer Composite (WPC) für den Bausektor, das 50 % der bisherigen Herstellkosten spart.

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Bild1: Neue Präzisionsdimension: Mit dem zum Patent angemeldeten Mirex MT übertrage Reifenhäuseer Cast Sheet Coating die Genauigkeit und den Automatisierungsgrad moderner Werkzeugmaschinen auf Glättwerke.
Bild1: Neue Präzisionsdimension: Mit dem zum Patent angemeldeten Mirex MT übertrage Reifenhäuseer Cast Sheet Coating die Genauigkeit und den Automatisierungsgrad moderner Werkzeugmaschinen auf Glättwerke.
(Bild: Reifenhäuser)

Inspiriert von der Präzision und dem hohen Automatisierungsgrad heutiger CNC-Werkzeugmaschinen hat Reifenhäuser Cast Sheet Coating laut eigenen Angaben eine neue Glättwerkstechnik mit Namen Mirex MT entwickelt, die alle aktuellen State-of-the-art Glättwerke in puncto Reproduzierbarkeit und Nachhaltigkeit weit übertrifft. Die neue, zum Patent angemeldete Glättwerkstechnologie sei die erste und einzige auf dem Markt, die moderne Digitaltechnik mit hochentwickeltem Maschinenbau kombiniere (Bilder 1 bis 2).

Glättspalt ist um den Faktor 10 genauer und automatisch einstellbar

Mit der Mirex MT Baureihe können Folienproduzenten den Glättspalt um einen Faktor 10 genauer einstellen, betont Reifenhäuser. Anders als bei bisherigen Glättwerken erfolge diese Einstellung automatisiert – auch während der laufenden Produktion. Bisher müssten Produzenten den Spalt bei stehender Anlage von Hand einstellen und per Trial-and-Error das korrekte Maß ermitteln. Mirex MT funktioniert lediglich auf Knopfdruck 100-%-ig reproduzierbar, so der Hersteller. Der hohe Automatisierungsgrad wirke sich sowohl auf die Folienqualität als auch auf die Produktionskosten positiv aus: Durch das gleichmäßige Dickenprofil über große Bahnbreiten, produzierten Hersteller deutlich genauere Folien und sparten gleichzeitig Rohstoff. Die Rüstzeiten verkürzten sich durch die automatische Einstellung auf ein Viertel der bisherigen Zeit. Je nach Produktionsbedingungen reduziert sich die Ausschussrate im Idealfall um 75 %.

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Das Wagnis der Reifenhäuser-Entwickler hat sich gelohnt

Auch in Sachen Nachhaltigkeit schlägt die neue Mirex-MT-Technik alle bisherigen Glättwerke, sagt Reifenhäuser Cast Sheet Coating, denn das Konzept verzichtet komplett auf die Hydraulik und schafft so ein Glättwerk, das für die Produktion im Reinraum geeignet ist. Beim Energieeinsatz sparen Produzenten gleich dreifach, wie es heißt: erstens durch den Verzicht auf eine Hydraulikpumpe im Permanenteinsatz, zweitens durch einen verbesserten Wirkungsgrad der Walzenantriebe und drittens durch den Wegfall der energieintensiven Spalteinstellung.

Helmut Meyer, der verantwortliche Entwickler betont: “Der Mut der Reifenhäuser-Entwickler hat sich gelohnt: Was die neuen Glättwerke hinsichtlich Präzision, Automatisierung und Produktionskostensenkung leisten, ist so bisher nicht vorstellbar gewesen.“

Von Smart bis High-Quality ist bei Reifenhäuser alles im Angebot

Die Walzenzustellung und die Spalteinstellung sind bei Mirex MT in einem mechatronischen Antriebskonzept vereint. Die Position der ersten Glättwalze kann mit Hilfe einer X-Y-Justierung in 30 Winkelgraden verstellt werden. Beidseitig angeordnete Einzelantriebe für diese Walzenverstellung, ermöglichen außerdem für die beiden ersten Walzen das Ax-Crossing – die Voraussetzung für das gleichmäßige Dickenprofil der Folie.

Die bestehenden Walzenantriebe habe Reifenhäuser Cast Sheet Coating außerdem durch eine Kombination aus mehreren spielarmen Planetengetrieben, Servomotor und torsionssteifer

Kupplung optimiert. Die vorhandenen Walzenlagerungen wurden zusätzlich durch hochpräzise Wälzlager ersetzt, wie es weiter heißt.

Die Mirex-MT-Baureihe ist entsprechend verschiedener Anwendungen, Foliendicken und Produktionsmengen in den drei Ausführungen erhältlich:

  • Smart: einfachere Anwendungen (PS/PP) bei geringer bis mittlerer Leistung und einem Durchsatz von maximal 1200 kg/h;
  • Standard: Anwendungen auf mittlerer bis höherer Leistung in drei unterschiedlichen Stufen von 1000 bis 3000 kg Durchsatz in der Stunde;
  • High Quality: auch bei speziellen Anwendungen garantiert hohe Leistungen für Durchsatz, Geschwindigkeit, verschiedenen Folienstärken und -eigenschaften.

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Reifenhäuser blickt sechs Jahre in die Zukunft des Extrudierens

Zur K 2013 präsentiert die Reifenhäuser Extrusion Technology, ein Tochterunternehmen der Reifenhäuser Gruppe, eine Einschnecken-Extruder-Zukunftsstudie, die mindestens sechs Jahre in die Zukunft blickt. Das Konzept zeige Besuchern, welche Features zukünftig Stand der Technik sein werden. Mit der Zukunftsstudie haben sich die Entwickler der Reifenhäuser Extrusion Technology vor allem den Themen Energie, Leistung, Zuverlässigkeit, Wartung, Bedienung und dem sinnvollen Zusammenspiel zwischen Design und Funktionalität angenommen.

Dr. Tim Pohl, Geschäftsführer der Reifenhäuser Extrusion Technology, meint: „Wer führende Technologie anbietet, der muss sich mit der Zukunft beschäftigen und frühzeitig über Technologien nachdenken, die heute vielleicht noch nicht machbar sind, aber den aktuellen Trends Rechnung tragen.“ Reifenhäuser zeigt den Besuchern deshalb, welche dieser Trends in den Augen des Unternehmens zukunftweisend sein werden. In die Studie seien aktuelle Entwicklungen eingeflossen, die es bereits kurz nach der Kunststoffmesse geben werde – aber auch Visionäres, das frühestens in sechs Jahren wirtschaftlich umsetzbar ist, soll zu bestaunen sein. Mehr wird erst auf der Messe verraten.

Wasserloser Einschneckenextruder mit Luft- und Raumfahrtechnik

Ein dazu gehörendes visionäres Highlight des Reifenhäuser-Auftritts auf der K wird ein Konzept für einen Einschneckenextruder sein, der zur Kühlung des Einzugsbereichs kein Wasser mehr benötigt, sondern stattdessen mit Thermoelektrischen Generatoren (TEG) arbeitet (Bild 3 und 4). Das Konzept gründe sich auf der Siegeridee des ersten webbasierten Open Innovation Wettbewerbs der Branche, dem Extrusioneers Innovation Contest, den die Reifenhäuser Gruppe 2011 veranstaltet hat.

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Der Sieger Norman Friedrich hatte vorgeschlagen, die hohe Temperaturdifferenz in der Kunststoffverarbeitung mit Hilfe thermoelektrischer Generatoren in elektrischen Strom umzuwandeln. Der sogenannte Seebeck-Effekt, der diese Umwandlung ermöglicht, wurde ursprünglich vor allem in der Luft- und Raumfahrt für den Betrieb von Raum- und Messsonden eingesetzt, die weit von der Sonne entfernt sind.

Peltier-Elemente sollen Extruder effektiv und sparsam kühlen

Die Reifenhäuser Extrusion Technology hat in den letzten zwei Jahren Versuchsreihen zu dieser Idee durchgeführt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Gebrauchstemperaturen von über 200 °C im Bereich der Zylinder-, Werkzeug- und Rohrleitungstemperierung und der geringe Wirkungsgrad der TEGs deren Einsatzmöglichkeiten zur Stromerzeugung in der Extrusion begrenzt. Während der Versuchsreihen haben die Ingenieure durch die Weiterentwicklung der Ursprungsidee allerdings eine andere sinnvolle Nutzungsmöglichkeit für TEGs gefunden. TEGs funktionieren nämlich auch in die andere Richtung: Wird Strom an ein Element angelegt, entsteht eine Temperaturdifferenz – der sogenannte Peltier Effekt.

Die Reifenhäuser Extrusion Technology hat solche Peltier Elemente erfolgreich zur Kühlung und gezielten Erwärmung des Nutbuchsenbereiches eines Einschneckenextruders verbaut. Durch die geschickte Kombination der Elemente mit Lüftungsgebläsen, kann die sonst übliche Wassertemperierung in Nutbuchsenextrudern komplett entfallen. Das spart Ressourcen und macht Produzenten unabhängig von der Wasserqualität.

Bis 2020 soll der Zukunftsextruder einsatzfähig sein

Die Temperaturregelung über Peltier Elemente funktioniert außerdem sehr präzise und ist robust. Obwohl das Konzept schon heute funktioniert und klare technische Vorteile gegenüber der aktuellen Lösung bietet, ist der praktische Einsatz der wasserlosen Kühlung noch Zukunftsmusik. Zurzeit verhindern die vergleichsweise hohen Kosten für Peltier Element den wirtschaftlichen Einsatz der Technologie.

In den nächsten Jahren ist allerdings ein deutlicher Kostenrückgang für Peltier Elemente und eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades zu erwarten, weil Peltier Elemente zunehmend im Automobilbau und der CPU-Kühlung eingesetzt werden, glauben die Experten. Die Ingenieure von Reifenhäuser rechnen mit einem wirtschaftlichen Einsatz ab dem Jahr 2020.

Reifehäuser zeigt Hohlkammerloses WPC-Profil für Terrassen und Fassaden

Die Reifenhäuser Extrusion Technology hat außerdem ein neues Wood Polymer Composite (WPC) Deckingsystem namens Reiwood entwickelt, das durch eine Kombination aus neuem Profil- und Werkzeugdesign 50 % günstiger hergestellt werden kann als der heutige Marktstandard. Reiwood bietee beim Einsatz als Terrassenboden oder Fassadenverkleidung außerdem deutliche Vorteile bei der Montage.

Die Halbierung der Herstellkosten ergebe sich vor allem aus dem Design des Sichtprofils: Alleine durch die spezielle Geometrie konnten die Entwickler der Reifenhäuser Extrusion Technology mehr als 20 % Material einsparen, als es für die üblichen Systeme benötigt wird. Die Stabilität und die technischen Eigenschaften des Profils lägen trotz dieser Einsparung über dem VHI-Standard. Passend zum neuen Profil hat die Reifenhäuser Extrusion Technology ein auch neues Werkzeugdesign für die Reifenhäuser Bitrudex-Extrusionsanlage entwickelt, das deutlich höhere Produktionsgeschwindigkeiten ermöglicht, wie es weiter heißt.

Organovlies als Alternative zu Organoblech

Organobleche gehören zu den Faserverbund-Leichtbauteilen mit thermoplastischer Matrix. Der plattenförmige Faserverbundwerkstoff aus Fasergeweben oder Fasergelegen ist in eine thermoplastische Kunststoffmatrix eingebettet, für die bisher Kunststoffolie genutzt wird. Die einzelnen Schichten aus Folie und Verstärkungsfaser werden durch Hitze und Druck konsolidiert und kühlen anschließend zu Organoblechen ab. Durch erneutes Erhitzen können die Platten bei Bedarf zu konturierten Bauteilen umgeformt werden.

Die Reifenhäuser Reicofil, der weltweit führende Anbieter von Spinnvliesanlagen, entwickelt einen neuen faserverstärkten Kunststoff und das entsprechende Verfahren zu dessen Herstellung. Das neue Halbzeug setze als erstes Leichtbaumaterial am Markt auf die Kombination von Verstärkungsfaser und Vliesstoff. In Versuchen bei der RWTH Aachen, bei denen das Halbzeug direkt mit dem heutigen Marktstandard im Automobilbau und Flugzeugbau, den Organoblechen, verglichen wurde, zeigte sich das neue Material sowohl beim Herstellungsprozess als auch bei den Produkteigenschaften überlegen, wie es heißt.

Vlies statt Kunststofffolie bietet deutliche Vorteile

Die Reifenhäuser Reicofil nutzt nun anstelle der Folie für die thermo-plastische Matrix erstmals Vliesstoff und schaffe damit ein neues Halbzeug, bei dessen Herstellung ein kompletter Produktionsschritt entfalle (Bild 5). Das neue Material liefere außerdem Antworten auf einige bisher ungelöste Probleme bei der Anwendung von Organoblechen.

Die Produktion der thermoplastischen Matrix (jetzt Vliesstoff) und deren Schichtung mit der Verstärkungsfaser erfolgt bei der Herstellung des neuen Halbzeugs inline in einem Produktionsschritt. Anders als bei Organoblechen, werden die Schichten nicht direkt konsolidiert, sondern als aneinander haftende, noch flexible Schichten auf Rollen aufgewickelt, wie die Experten erklären. Die Konsolidierung der Schichten und die Umformung zum Leichtbauteil erfolge anschließend wieder in einem einzigen Schritt. Durch die Zusammenfassung einzelner Produktionsschritte muss weniger geheizt und gekühlt werden. Die Entwickler rechnen mit positiven Auswirkungen auf die Energieeffizienz des Gesamtprozesses.

Gute Drapierbarkeit hilft bei der Teileherstellung

Das neue Halbzeug könnte außerdem in größeren Breiten bis circa 3 m und endlos lang produziert werden. Organobleche sind auf Breiten von ca. 1,3 m beschränkt. Der Einsatz von Vlies wirke sich nicht nur auf die Herstellung, sondern auch auf die Produkteigenschaften positiv aus: Gerade beim Konsolidieren, also dem Verpressen der einzelnen Schichten, zeige Vlies klare Vorteile gegenüber Folie. Versuche haben gezeigt, dass sich die Schmelze gleichmäßiger zwischen der Verstärkungsfaser verteilt. Beim Verpressen entstehen außerdem keine Fehlstellen mehr, weil die Luft durch die Maschen des Vlieses entweichen kann. Bei der Weiterverarbeitung zum fertigen Bauteil punktet das Organovlies durch seine gute Drapierbarkeit. In Versuchen konnten auch extreme Winkel und Details gut geformt werden. Bisher wurde die Umformung zwar nur an kleinern Bauteilen bis zu einer Größe von 200 mm × 200 mm getestet. Die Entwickler gehen aber davon aus, dass sich die Ergebnisse auf größere Teile übertragen lassen. Für ausführlichere Tests und die Weiterentwicklung der Technologie zur Marktreife suchen die Entwickler der Reifenhäuser Reicofil derzeit Partner aus der Industrie. Gemeinsam soll auch untersucht werden, welche neuen Leichtbaumärkte das neue Halbzeug und das neue Herstellverfahren eröffnen können.

Blasfolien für Highspeed-Verarbeitung fit machen

Die Reifenhäuser Kiefel Extrusion hat eine Möglichkeit entwickelt und patentiert, die Blasfolien effektiver und energieeffizienter glättet als alle bisherigen Systeme am Markt. Das Unternehmen reagiere damit auf die theoretische Leistungsfähigkeit heutiger Highspeed-Weiterverarbeitungsmaschinen, deren maximal erreichbaren Produktionsgeschwindigkeiten nun dank der entsprechenden Folienqualität auch praktisch genutzt werden kann. Um die Qualitätssteigerung zu erreichen, hat die Reifenhäuser Kiefel Extrusion die bisher am Markt etablierte Technik grundsätzlich überdacht – während bisherige Systeme kurz vor dem Wickler angebracht sind, setzt Evolution Ultra Flat dort an, wo die Bedingungen zum Glätten prozesstechnisch am Besten sind: weit vorne, zwischen Abzug und Wendestangensystem. Die Verstreckqualität verbessert sich an dieser Stelle deutlich, weil die Schmelze hier noch nicht vollständig auskristallisiert ist.

Das Verstrecken wird aus der ersten Wärme möglich

Die Intensität der Verstreckung wird mit Temperierwalzen eingestellt, deren Geschwindigkeit und Temperatur unabhängig voneinander beeinflussbar sind. Produzenten können den Prozess so an die individuellen Anforderungen der verschiedenen Endprodukte anpassen und einem Bogenlauf der Folie entgegenwirken. Das Ergebnis: problemlose Weiterverarbeitung bei hohen Geschwindigkeiten und weniger Ausschuss.

Von der neuen Position der Glätteinrichtung profitieren Produzenten auch aus energetischer Sicht: Weil die Folie hier noch eine Temperatur von über 50 °C hat, kann aus erster Wärme verstreckt werden. Das nachträgliche Aufheizen um circa 40 °C entfällt. Durch den längeren Weg der Folie vom Glätten bis zum Wickeln wird außerdem das energieaufwändige Kühlen überflüssig. Die Energieeffizienz bringt Produzenten Kostenvorteile von mehren Tausend Euro im Jahr. Weil der Investitionsaufwand für Evolution Ultra Flat geringer ist, als für bisherige Systemen, greift das Einsparpotential ab dem ersten Produktionstag.

Monofilamente mit 1000 m/min herstellen

Für eine hohe Anlagenleistung auch bei kleinen Durchmessern und eine höhere Produktivität, bringt der Maschinenbauer Reimotec Maschinen & Anlagenbau zur K 2013 eine automatische Highspeed-Monofilamentanlage mit einer maximalen Produktionsgeschwindigkeit von 1000 m/min auf den Markt, wie es heißt Das Unternehmen baue seinen bisherigen technischen Vorsprung damit nochmals aus: Die Anlage übertrifft die am Markt erhältlichen Technologien bei der Maximalgeschwindigkeit um 750 m/min.

Basis für diese hohe Geschwindigkeit sei eine hohe Automatisierung der Anlage und Hightech-Folgekomponenten, die bei der hohen Anlagengeschwindigkeit mithalten können. Die Reimotec bringt deshalb zusammen mit der Anlage einen passenden, automatischen Highspeed-Wickler mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1200 m/min auf den Markt, der die Filamente zum Beispiel auf 80 Spulen gleichzeitig aufwickelt. Produzenten, die Ihre Anlage bei maximaler Anlagengeschwindigkeit laufen lassen, fertigen dann 80 km Monofilament in 60 Sekunden. Die Produktqualität (Durchmesser sowie Gleichmäßigkeit der Fäden) werde dabei durch

die Messsysteme RM-IDC und RM-SDS automatisch kontrolliert. Beide Systeme hat die Reimotec auch selbst entwickelt.

Automatischer Spulenwechsel samt Etikettierung

Für den Spulenwechsel bietet die Reimotec entsprechend der hohen Geschwindigkeit eine High Speed Lösung. Das Roboter-Handlingsystem Reimi-R-1000 bestückt den Highspeed Wickler vollautomatisch mit Leerspulen, entnimmt Fertigspulen und transportiert sie an einen vom Kunden definierten Ort. Der Spulenwechsel erfolgt mit dem automatischen System schneller, mit weniger Personaleinsatz und fehlerfreier als beim Austausch von Hand. Weil beim automatischen Wechseln alle Spulen gleichzeitig getauscht werden, ist eine annähernd gleiche Lauflänge der Spulen garantiert. Das System etikettiert darüber hinaus alle Spulen automatisch und ordnet sie so eindeutig einer Wickelposition zu. Spulen mit abweichenden Qualitätsmerkmalen erkennt das System und sortiert sie aus. Reimi-R-1000, das die Reimotec auch selbst entwickelt hat, ist das erste automatische Handlingsystem für Monofilamentanlagen auf dem Markt, wie es heißt.

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