K -News vom 08.10.2009

Polnischer Rohrhersteller Skoplast setzt auf 3LRK-Mehrschicht-Rohrköpfe für bessere Wertschöpfung


Das Einsparen von Material, reduzierter Energieeinsatz und bessere Qualität sind die zentralen Anforderungen in der Rohrextrusion. Der 3LRK-Rohkopf nach dem Lichter-Prinzip eröffnet nach den jüngsten Erfahrungen von  Skoplast aus Odolanów Kaczory (PL) neue Dimensionen - vor allem im Bereich der Mehrschicht-Rohrextrusion: Deutliche Materialeinsparungen, Erhöhung der Verfügbarkeit durch Prozesssicherheit und eine Reduktion des Energieverbrauchs proportional zum eingesparten Rohstoff. Im Ergebnis bedeutet dies: Es können erheblich mehr Rohre bei gleichen Kosten produziert werden.

Die Effizienzsteigerung in der Mehrschicht-Rohrextrusion wird durch das perfekte Zusammenspiel von modernen Hochleistungsextrudern, dem 3LRK-Rohrkopf, und einer auf die Bedürfnisse abgestimmte Nachfolge erreicht. Kernkomponente bei Skoplast ist der Austausch der bisherigen - seit dem Jahr 2000 eingesetzten Feedblock-Technologie - gegen den Lichter-Kopf. Krzysztof Szkopek, Mitinhaber von Skoplast, ersetzte nun den Rohrkopf in einer Co-Extrusionsanlage zur Verbesserung von Qualität und der Wertschöpfung. Für die Zukunft bedeutet die Ersatzinvestition auch für die bevorstehende Umstellung auf Pb-freie Stabilisatoren gewappnet zu sein.


Investition zur Wertschöpfung

Die Lichter-Köpfe (3LRK-Rohrköpfe) gliedern sich in drei Baugrößen:
 
1. 3LRK-1 (50 – 100 mm),
2. 3LRK-2 (100 – 200 mm) und
3. 3LRK-3 (200 – 400 mm).

Für Durchmesser über 400 mm kann der 3LRK3 durch ein Erweiterungsmodul ergänzt werden. Der 3LRK eignet sich generell für das Produktionsspektrum glatter Mehrschichtrohre aus PVC, PVC-U, PE bzw. PP. Dabei kann die Kernschicht aus Recyklat, geschäumtem Recyklat, Neuware und geschäumter Neuware bestehen. Das durchdachte Konstruktionsprinzip ermöglicht ohne großen zusätzlichen Aufwand den Betrieb mit zwei Co-Extrudern wenn unterschiedliche Farben und/oder Rohstofftypen zum Einsatz kommen sollen. „Der Einsatz lohnt nach unseren Erfahrungen bei allen Neu- und Ersatzinvestitionen. Alte Extrusionslinien werden effektiver und bei Neuinvestitionen können die etablierten Alternativen von Komplettlinien deutlich verbessert werden“, berichtet Krzysztof Szkopek. Dabei sind die Gesamtinvestitionskosten für eine Linie mit 3LRK-Rohrkopf gegenüber einer konventionellen Rohrextrusionslinie mit Feedblocks sehr wettbewerbsfähig. Krzysztof Szkopek motivierte zu dieser Ersatzinvestition der bislang erheblich höheren Rohstoffverbrauch und die deutliche Verbesserung der Qualität: „Wir halten einen »Return on Investment« von weit unter 6 Monaten für realistisch.“ Szkopek setzt auf die verfahrenstechnische Begleitung: Unterstützung bei Inbetriebnahme und Qualitätssicherung gehören ergänzend zum Spektrum der Lichter Extrusionstechnik für Skoplast. Die Mehrschicht-Rohrköpfe 3LRK haben daher einen hohen Stellenwert für die Wettbewerbssicherung des polnischen Rohrherstellers.


Optimale Schmelzeverteilung

Um eine optimale Schmelzeverteilung zu gewährleisten, sind die 3LRK-Rohrköpfe nach dem Lichter-Prinzip auf Basis eines Stegdornhalters konzipiert. Dies ist für PVC und PVC-U das nahezu ideale Konstruktionsprinzip, weil der in einem kreisförmigen Fließkanal vom Extruder angelieferte Schmelzestrom für die Kernschicht durch den Dorn direkt in eine Ringspaltströmung umgeformt wird. Die Schmelze der Deckschichten durchläuft speziell geometrisch konzipierte Kanäle dann eine Beruhigungszone die Materialdeformationen reduziert und strömt final zum Austrittsspalt. Darüber hinaus zeichnet sich 3LRK durch einen großen Innendurchlass für die Materialströme aus. Die Konstruktion eröffnet ein deutlich konstanteres Fließverhalten der Schmelze, dünne und gleichmäßige Deckschichten und den rheologischen Ausgleich von Viskositätsunterschieden der Schichten.


Dichtenreduktion in der Gesamtdichte durch den 3LRK

Für eine Modellrechnung eines SN4-Mehrschichtrohres (160mm Durchmesser) gibt Lichter eine Ausstoßleistung von 450 kg/h als Basisangabe an. Bei einer Gesamtdichte von 1,16 g/cm³ wird mit konventionellen Rohrköpfen (Feedblocks) eine Ausstoßmenge von 4.476 m/Tag erzielt. Der 3LRK-Rohkopf erlaubt durch seine Konstruktion und geeignete verfahrenstechnische Maßnahmen eine Gesamtdichte von 0,83 g/cm³ - das Rohr ist aufgrund des physikalischen Gewichts nun leichter als Wasser. Die Ausstoßleistung bei gleichem Materialeinsatz erhöht sich auf 6.234 m/Tag, was einer Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von 39 % entspricht. Dieses Ergebnis wird möglich durch zwei Stellgrößen:

•    Gleichmäßigere Deckschichten durch verbesserte Schmelzeverteilung
•    Geringere Dichte der Kernschicht durch die optimale Gestaltung der Fließkanäle, der Rezeptur sowie der angewandten Verfahrenstechnik

Das Ergebnis überzeugt durch Materialeinsparung und echter Qualitätssteigerung.
 

Energiesparen und Wartungsfreundlichkeit werden wichtiger

Ein ebenso wesentlicher Vorteil des 3LRK in Zeiten steigender Energiekosten sind große Einsparpotentiale bei der zur Produktion benötigten Energie und seine kompakten Baumaße. Konventionelle Feedblocks sind deutlich größer und verbrauchen beim Aufwärmen bis zu 3-mal mehr Energie. Die Haupteinsparung dürfte energetisch bei der besseren Ausnutzung der aufgewandten Energie im Extruder liegen: Er kann mehr Rohre bei gleichem Energieeinsatz ausstoßen. Nach Aussage von Krzysztof Szkopek sind die Rohrköpfe vor allem wartungs- und servicefreundlich: „Der 3LRK ist in Sektionen bzw. Scheiben aufgebaut. Dieser konstruktionsbedingte Aufbau ermöglicht nicht nur konstantes Fließverhalten – er ist vor allem sehr wartungsfreundlich. Immerhin rechnen wir durch Partikelkontaminierung in der Schmelze und anderen Effekten, mit rund 2-3 Zerlegungen pro Jahr für Reinigungen an den Fließkanälen bei einem Rohrkopf. Beim 3LRK geht die Wiederaufnahme der Produktion sehr viel schneller als mit einem Feedblock.“ Maßvoller Einsatz von Kreide als Präventivmaßnahme und Erhöhung des E-Modul für die Deckschicht reduziert diese Reinigungsintervalle. Anderseits muss bei der Schaumschicht die höhere Dichte der Kreide berücksichtigt werden. Bei Produktionsunterbrechungen durch Wochenenden oder beim Dimensionswechsel lässt sich die Anlage problemlos „einfrieren“ und wieder starten. Auch dies reduziert die Produktionskosten und erhöht die Verfügbarkeit der Produktionsanlage.


Effiziente und effektive Messung der Wanddicke

Die stetige Optimierung des Materialverbrauchs ist ein entscheidender Faktor für eine starke Wettbewerbsfähigkeit bei der Produktion von Mehrschichtrohren. In der Praxis ist es immer noch üblich lediglich die durchschnittliche Wanddicke zu messen. Lässt man hierbei die Exzentrizität außer Betracht, so führt dies zu einem erheblichen Mehrverbrauch an Material, mit drastischen Auswirkungen auf den Ertrag. Eine wirtschaftliche Produktion von Extrudaten ohne geeignete Mess- und Regeltechnik ist praktisch undenkbar. Zur exakten und objektiven Bestimmung der Schichtdicken und Flächeninhalte hält Lichter ein Messsystem bereit. Mit diesem Hilfsmittel werden objektiv und schrittweise am Gesamtumfang ausgerichtet, Schichtdicken sowie Flächeninhalte ermittelt und ausgewertet. Das Messsystem erleichtert einen optimalen Produktionsprozess nachhaltig. Die Messwerte können in komplexer Rechenoperation ausgewertet und die Auswirkung einzelner Maßnahmen kalkulatorisch prognostiziert werden. Auf Basis der Rechenwerte können Rezeptur und Extrusionsanlage optimal eingestellt werden. Auch dies trägt zu einer optimalen Kosteneinsparung bei Einhaltung der Qualitätskriterien bei.


Infoblock I: Mehrschichtrohre

Mehrschichtrohre werden für unterschiedliche Einsatzgebiete und Bedürfnisse aus PP, PE, PVC und PVC-U hergestellt. Diese Rohre bestehen überwiegend aus Wandungen mit 2 oder 3 Schichten. Mehrschichtrohre aus PE bzw. PP werden überwiegend für Gasversorgungsleitungen und Wasserversorgungs- und Entsorgungsleitungen eingesetzt. Dabei können unterschiedliche Anforderungen bezüglich der Eigenschaften und auch farbliche Aspekte berücksichtigt werden.


Infoblock II: Schaumkernrohre

Schaumkernrohre haben sich zumindest in Mitteleuropa im Abwasserbereich durchgesetzt und haben einen hohen Marktanteil. Die Rohre haben eine äußere und innere Deckschicht aus kompaktem PVC und einer geschäumten Kernschicht. In Güterichtlinien sind Ausführung und Anforderung der Rohre festgelegt. Verantwortungsbewusste Produzenten produzieren nach diesen Richtlinien und unterziehen sich der Fremdüberwachung. Wesentliche Prüfkriterien sind Mindestschichtdicken, Kugelfallprüfung, Ringsteifigkeit und Schrumpf der Rohre.

Die große Akzeptanz der Schaumkernrohre aus PVC-U auf dem Markt beruht darauf, dass diese Rohre bei geeigneter Technologie auch eine günstige Gesamtbilanz im Rohstoff- und Energieeinsatz vorweisen können. Das Einsparpotential und damit die auch die Ökobilanz, kann bei über 80% der Gesamtkosten bei Rohstoff und Energie ca. 40% betragen. Die Effektivität der Einsparung wird stark von der eingesetzten Technologie bestimmt und wird nach Technologiegeber gemessen an Vollwandrohren mit 25, 30 und 40% angegeben.

Extrusionslinien zur Herstellung von PVC-U-Schaumkernrohren bestehen üblicherweise aus einem Hauptextruder für die geschäumte Mittelschicht und einem oder zwei Co-Extruder für die kompakten Deckschichten. Die Extruder sorgen für die Endaufbreitung der PVC-Mischung durch Einbringen von Heizenergie und Scherung, eine hinreichende Entgasung sowie die Homogenisierung des Materials (gute Geliermatrix). Gleitmittel beeinflussen die Gelierung und erzeugen einen Trenneffekt zu den Metallflächen. Zur Reinigung der Fließkanäle trägt Kreide bei. Zum Einsatz kommen zudem Füllstoffe, die die Stabilität erhöhen, geschäumte oder ungeschäumte Recyklate zur Kostensenkung und Treibmittel.

Neben den klassischen Drei-Schichtrohren existieren auch Fünf-Schichtrohre für die PE-X (vernetztes Polyethylen), die bei Heisswasserrohren Anwendung finden. Diese benötigen spezielle Rohrköpfe und weitere Co-Extruder.

Kernkomponente in einer Mehrschichtrohr-Extrusionsanlage bildet der Rohrkopf. Auf dem Markt konkurrieren drei Konstruktionsprinzipien:
1. Rohrköpfe nach dem Wendelverteiler-Prinzip (für PVC nicht geeignet),
2.  Pinolenwerkzeuge (mit der Problematik der Abdichtung zwischen Dorn und Pinole als »Feedblock«) und
3. spezielle Rohrköpfe wie der 3LRK (Lichter-Kopf).
Insbesondere in der PVC- und PVC-U-Extrusion sorgt der 3LRK für deutlich bessere Schmelzeverteilung und signifikante Materialeinsparungen.



3LRK-Rohrkopf mit Stegdornhalterwerkzeug für Kernschicht bei Skoplast (PL)



Krzysztof Szkopek, Inhaber von Skoplast (rechts – mit Heinz Lichter links): Einsparpotential und
Betriebssicherheit überzeugten zum Umstieg von Feedblocks auf den 3LRK-Stegkopf-Rohrkopf



3LRK im Detail - Ringförmige, in Scheiben eingearbeitete Fließkanäle sorgen für
maximale Schmelzeverteilung



Fließschema des 3 LRK: Qualität in der Mehrschichtrohrextrusion - Dichtenreduktion
in der Kernschicht und gleichmäßigere Deckschichten (Dichtenvergleich)



3LRK versus konventionelle Feedblocks – hohes Potential durch dünne und gleichmäßige
Deckschichten bei geringer Dichte



Hintergrund:
Die Lichter Extrusionstechnik wurde im Jahre 1979 von Werkzeugmachermeister Heinz Lichter gegründet. Im August 2009 feierte das Unternehmen sein 30-jähriges Bestehen. Kernkompetenzen sind die Entwicklung und der Bau von Extrusionswerkzeugen (Profilwerkzeugen, Kalibrierungen und Rohrköpfe) für die Rohr- und Profilextrusion in ABS, PVC und PO.
Erfahrungen und Kompetenzen:
•    Allgemeiner Werkzeugbau, Spritzgießwerkzeuge
•    Leitende Tätigkeiten in Entwicklung, Organisation und Produktion in Extrusionsbetrieben
•    Entwicklung und Fertigung von Extrusionswerkzeugen mit modernsten Methoden und Einrichtungen
•    Spezialität: Mehrschicht-Rohrköpfe
     Produktgruppe Rohrköpfe (3LRK):
•    Mehrschichtrohrköpfe für die Extrusion von PVC- und PVC-U-Rohren der unterschiedlichsten Einsatzgebiete
•    Verarbeitung von Recyklat in der Kernschicht, geschäumte Kernschicht für optimale Rohstoffkosteneinsparung
•    3-LRK-Mehrschichtrohrköpfe für Polyolefine (PO) für hochwertige Rohre der unterschiedlichsten Einsatzgebiete (entwickelt 1992)
Anwendungsgebiete von Profilwerkzeugen:
•    Baubranche
•    Fahrzeugbau
•    Gerätebau
•    Möbelbranche
•    Verkaufsunterstützung
Beratungsleistungen:
•    Prozess - Optimierung des Extrusionsprozesses zur Verbesserung der Produktqualität und der Wirtschaftlichkeit
•    Materialeffizienz - Reduzierung der Rohstoffkosten
•    Amortisation - Schnelles Return-on-Invest (ROI) bei Neu- bzw. Ersatzinvestition


Kontakt:
Heinz Lichter Extrusionstechnik
Osterstiege 5
D-48565 Steinfurt
Deutschland
info@heinz-lichter.de
www.heinz-lichter.de

 




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