Antriebs- und Steuerungstechnik Containermischer überzeugt dank neuer Antriebs- und Steuerungstechnik

Mehr Individualität, mehr Flexibilität und mehr Farben werden heute bei vielen Produkten gefordert. Die Folge sind kleinere Losgrößen in der Fertigung, zu der häufig auch Mischprozesse gehören. Ein neuer Containermischer überzeugt durch hohe Mischqualität, kurze Reinigungszeit und schnelle Rezepturwechsel – auch dank innovativer Antriebs- und Steuerungstechnik.

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Dec Deutschland GmbH

SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG

Unter dem Namen Mixaco entwickelt und produziert das Unternehmen Dr. Herfeld aus Neuenrade Industriemischer und vertreibt sie weltweit. Neuester „Wurf“ der Firma ist der Containermischer Multitool 3D. In nur einem Behälter wird das Material gemischt, transportiert und bereitgestellt – ganz ohne Umfüllen. SEW-Eurodrive lieferte hierfür die Antriebs- und Steuerungstechnik.

Mit Erfindergeist, vielen neuen Ideen und Mut zu innovativen Konstruktionen hat Mixaco seit dem Gründungsjahr 1965 ihr Know-how in der Mischtechnik auf ein hohes Niveau entwickelt. Die Käufer schätzen die außergewöhnlich guten Mischergebnisse und das gute Handling der Industriemischer. So wundert es nicht, dass weltweit bereits über 4000 Mischer des Neuenrader Unternehmens im Einsatz sind. Vertriebsleiter und Prokurist des Unternehmens, Andreas Backhaus, umreißt drei Kernbereiche, in denen Mixaco tätig ist. „Ein wichtiger Zielmarkt ist neben der Pulverlackindustrie auch der Kunststoffbereich. Bei der Masterbatchherstellung haben wir viele Anwendungen für unsere Mischsysteme.“ Er erläutert: „Im Extrusions- oder Spritzgussprozess werden Konzentrate zudosiert, um bestimmte Produkteigenschaften zu erzielen, z.B. die Farbgebung. Bei Fassaden oder Möbeln wird viel mit Pulverlackbeschichtung gearbeitet. Auch hier ist eine Vormischung erforderlich. Ferner gibt es die klassische PVC-Aufbereitung, also die Herstellung von Profilen und Rohren.“

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Dank seines verfahrenstechnischen Know-hows und des im eigenen Technikum vorhandenen Maschinenparks entwickelt Mixaco auch Lösungen für andere Anwendungsgebiete. Manchmal müssen Komponenten oder Baugruppen für den Kunden speziell angefertigt werdenen. „Sehr viele technische Neuerungen an unseren Maschinen setzen wir gemeinsam mit unseren Kunden um“, ergänzt Konstruktionsleiter Wolfgang Rüberg. Oft entstehen dabei ganz neue Produkte.

Wenn Kunden eine bestehende Mischanlage verbessern wollen, über neue Anwendungen nachdenken oder bislang ungenutzte Additive verwenden möchten, finden sie bei Mixaco Unterstützung. Im Technikum, dem werkseigenen Forschungs- und Entwicklungslabor, betreibt das Unternehmen Versuche zur Optimierung von Mischverfahren. Dabei werden selbst außergewöhnliche Mischaufgaben gelöst. Die Kunden können auf das verfahrenstechnische Wissen von Mixaco zurückgreifen und bekommen für ihre Anwendung immer die passende Maschine.

Die Mischerwelt auf den Kopf gestellt

Auf diese Weise entstand eine große Bandbreite stationärer und mobiler Mischlösungen bis hin zu komplett neuen Anlagen. „Wir entwickeln und bauen Mischsysteme, die dem Kunden einen Mehrwert bieten“, resümiert Backhaus.

Eine besondere Innovation stellt das Containermischsystem von Mixaco dar. Es beruht auf einer Idee des Unternehmensgründers Dr. Friedrich Walter Herfeld – schon Anfang der 1970er Jahre. Backhaus erläutert: „Der Container bildet mit dem Mischkopf zusammen den Mischraum. Nach dem Mischvorgang kann der Container entnommen werden und fungiert als Vorlagebehälter für den Extrusionsprozess“. Von der Beschickung bis zur Entleerung ist nur dieser eine Behälter erforderlich. Der Vorteil zeigt sich vor allem im täglichen Handling. Die Produkte müssen nicht umgefüllt werden.

Rüberg nennt weitere Vorteile: „Während eine Charge nach dem Mischen weiterverarbeitet wird, kann der Mischer bereits eine neue Charge mischen.“ Er fährt fort: „ Durch das Containerhandling ist es möglich, vorzuarbeiten, beispielsweise mehrere Mischungen in jeweils acht Stunden aufzubereiten. Die fertigen Mischungen in den Containern werden dann gesammelt und der Extruder kann die nächsten 24 Stunden laufen.“

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Backhaus stellt einen weiteren Kundennutzen heraus: „Wer viel mit Farbpigmenten arbeitet, hat beim Mischen einen großen Reinigungsaufwand. Der vielleicht größte Vorteil des Containermischers ist, dass man die Maschine zeitlich parallel zu den weiteren Verarbeitungsschritten reinigen kann. Dabei ist durch die gute Zugänglichkeit der zu reinigenden Teile wie Mischkopf und Werkzeug der Aufwand vergleichsweise gering.

Mehr Werkzeuge – weniger Erwärmung

Früher wurden große Chargen gemischt; damals waren die Reinigungszeiten von untergeordneter Bedeutung. Heute jedoch sind in vielen Branchen kleine Chargen nachgefragt. Die Betreiber müssen dann mehrmals am Tag die Maschine umstellen, wenn sie andere Rezepturen fahren. Somit gewinnt der Zeitfaktor sehr an Bedeutung. Die kürzeren Reinigungszeiten beim Containermischer erweisen sich daher als großer Vorteil. Moderne Industriemischer benötigen bei einer Kaltmischung eine Mischzeit von etwa fünf Minuten. Dazu kommt das Auf- und Abschwenken. Das ergibt letztlich vier bis sieben Mischungen pro Stunde.

Verfahrensschritte wie die Zerkleinerung von Stoffen, die gleichmäßige Verteilung oder die Einarbeitung von Pigmenten nennt man Dispergierung. Um hier eine hohe Qualität zu erzielen, benötigt man ein schnelllaufendes Werkzeug. Allerdings wird durch die hohe Drehzahl auch ein hohes Maß an Scherung und Friktion in das Material eingebracht, das zu einer Erwärmung der Mischung führt. Bestandteile der Rezeptur fangen an zu schmelzen und kleben am Werkzeug und am Mischer fest. Mixaco verbesserte dieses Verfahren und wählte eine besondere Anordnung der Mischwerkzeuge. Unterschiedliche Mischaufgaben bestimmen dabei die Wahl der Zusatzwerkzeuge – z.B. Paddel, Schnecken oder Zerhacker.

Weiter erläutert Rüberg „Früher wurde das Material auf mindestens 15 bis 25 m/s beschleunigt; heute arbeiten wir beim Containermischer MT mit 2 m/s Materialtransport. Dadurch konnten wir eine kleinere Antriebsleistung installieren und haben als Nebeneffekt noch eine Energieeinsparung erzielt, obwohl wir für den Zerhacker auch einen separaten Antrieb benötigen.“

Mit dem Containermischer MT (Multi-Tool) wird eine schnellere Durchmischung und bessere Zerkleinerung des Materials erreicht. Dabei lässt sich die Erwärmung bis zu einer Größenordnung, d.h. um den Faktor 10, senken. Somit können auch temperaturempfindliche Stoffe mit hoher Dispergierung gemischt werden. Doch die Entwicklung ging und geht noch weiter.

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Material im Fluss dank Schwenkbewegung

Mit mehreren Werkzeugen im Mischkopf erzielt man eine sehr feine Zerkleinerung. Damit wird die Farbausbeute der Pigmente erhöht, folglich weniger Material benötigt und die Rezepturkosten gesenkt. Durch die Anordnung der Mischwerkzeuge – ohne Transportwerkzeug – hat man kaum noch Materialbewegung im Mischraum. „So kam uns der Gedanke, den Mischer in eine Schwenkbewegung zu versetzen“, berichtet Konstruktionsleiter Rüberg. „Dadurch kann das Material wieder fließen.“ Nach dem Anheben und Schwenken des Containers in die Mischposition wird er in eine dreidimensionale Taumelbewegung versetzt, die das Produkt den Mischwerkzeugen zuführt. Durch die räumliche Pendelbewegung erzielt der 3D-Mischer eine schnelle, sehr schonende und homogene Mischung unterschiedlichster Komponenten.

Ellipsenförmige Bewegung in der Horizontalen

Der Mischkopf mit den Werkzeugen ist in einem Rahmen befestigt, der eine kardanische Aufhängung hat. Getriebemotoren von SEW-Eurodrive bewegen die Haupt- und Nebenachse, sodass der Rahmen auf einer elliptischen Bahn Taumelbewegungen ausführen kann. Die Auslenkung lässt sich variieren. „Allerdings wollen wir das Material nicht schütteln, sondern schwenken“, erläutert Rüberg. „Die Herausforderung bestand darin, dass ein Antrieb den ganzen Container um ±45° drehen kann und der Getriebemotor auf der anderen Seite die Gegenmischung realisiert“, ergänzt Heinrich Körber, Leiter des Technischen Büros von SEW-Eurodrive in Dortmund. „Dadurch kann man den Container ellipsenförmig in der Horizontalen bewegen.“ Die Bahnsteuerung der beiden Achsen erfolgt durch den Motion Controller Movi-PLC Advanced von SEW-Eurodrive. „Das Programm wurde nach den Vorgaben von Mixaco geschrieben und in Betrieb genommen“, sagt Körber. Und Rüberg ergänzt: „Wir können sogar mehrere Bahnen mit unterschiedlicher Geometrie abfahren, beispielsweise eine Ellipse, einen Kreis oder eine Bahn mit ausgeprägten Ecken. Sie wurden als Profil in der Steuerung hinterlegt und lassen sich über Parameter aufrufen.“

Mixaco setzte Kegelrad- und Schneckenradgetriebemotoren von SEW-Eurodrive ein. Sie werden durch Frequenzumrichter Movidrive MDX61B gespeist, die sich in einem separaten Schaltschrank neben dem Mischer befinden. Mixaco verbaut Motoren zwischen 2,2 kW und 400 kW – zum Antreiben von kleinen Containermischern bis zu großen, stationären Industriemischern. Die steuerungstechnische Umsetzung wird mit dem Antriebsumrichter MDX61B und Movi-PLC Advanced vom Typ DHF41B realisiert. Sie wird als „intelligentes“ Gateway (Motion Controller) eingesetzt. Sie übernimmt alle antriebsspezifischen Funktionen, beispielsweise Einkuppeln, Synchronfahrt und Kurvenscheibe. Die Kommunikation zur übergeordneten SPS erfolgt über Profibus. Bei der Pendelbewegung verfahren die Antriebe eine Kurvenscheibe, die online auf der Movi-PLC berechnet wird.

Diese Antriebslösung ist ganz sicher nicht die letzte Innovation, die Mixaco und SEW-Eurodrive gemeinsam umsetzen. „Die schon über drei Jahrzehnte bestehende Geschäftsbeziehung zu Mixaco wurde über viele antriebstechnische Epochen ausgebaut“, erläutert Körber. „Unsere gute Zusammenarbeit erstreckt sich vom Standardgetriebemotor bis zum geregelten Antriebssystem mit Motion Controller. Sie bildet eine solide Basis, um gemeinsam weitere innovative antriebstechnische Lösungen für Industriemischer zu gestalten.“ Und Rüberg ergänzt: „Auch wir sehen in SEW einen kompetenten und innovativen Partner bei der Umsetzung von antriebstechnischen Aufgaben, insbesondere wenn es um neue Ideen geht.“

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