FAULHABER: Verschillende kleuren, nauwkeurig gedoseerd

Kunststof heeft vele voordelen. Fabrikanten kunnen het bijvoorbeeld iedere gewenste kleur geven. Delicaat gebroken wit, elegant koningsblauw of knaloranje: alles kan. En het kleurproces kan zelfs op het laatste moment plaatsvinden, net voor het spuitgieten van de uiteindelijke component.

Het speciale kleurdoseersysteem colorDoS van HNP Mikrosysteme maakt het bovendien mogelijk om in recordtijd tussen verschillende kleuren te wisselen. Om de vloeibare kleurstoffen met een precisie tot op de microliter toe te kunnen voegen, werkt het systeem met aandrijvingen van FAULHABER.

Vraag uzelf eens af hoeveel spuitgegoten kunststof componenten u in één dag ziet of vasthoudt. Als u probeert om alle componenten te tellen voordat u naar bed gaat, wordt het een kort nachtje. Kunststof is simpelweg alomtegenwoordig, en spuitgieten is de universele, kostenefficiënte methode om het vrijwel iedere gewenste vorm te geven. Hiervoor wordt de grondstof – granulaatkorrels – verwarmd tot het vloeibaar is, en vervolgens in een vorm gespoten. Na het afkoelen worden bramen en onregelmatigheden verwijderd, en is het product klaar.

Laten we het tellen van alle plastic onderdelen even vergeten. Denk nu aan de verschillende kleuren plastic die u heeft gezien op één dag. Ongetwijfeld is ook dit een enorme hoeveelheid: qua kleuren is kunststof even veelzijdig als de natuur.

Er zijn verschillende manieren om de neutrale grondstof van zoveel diversiteit te voorzien. Voor grote batches in dezelfde kleur is het vaak beter om het kleuren van de grondstof over te laten aan de leveranciers uit de chemische sector. Het granulaat heeft dan al de kleur van het eindproduct. Veel branches en productgebieden werken echter niet met dit soort massaproductie. Ze moeten juist flexibel en snel inspelen op de wensen van klanten, ook wat betreft kleur.

Het komt aan op de juiste dosis
Voor dit soort gerichtere productie wordt de vloeibare kleurstof bij voorkeur direct toegevoegd bij de aanvoer naar de schroeftransporteur: bij de dosering van de spuitgietmachine. In de buis wordt het granulaat tegelijkertijd verwarmd, goed gemengd en door de schroef getransporteerd naar de matrijs. Een doseersysteem verdeelt de kleurstof gelijkmatig over het granulaat. Samen met de stuwdruk zorgt de schroef van de spuitgietmachine ervoor dat de kleurstof grondig door het granulaat wordt gemengd. Om de gewenste kleurkwaliteit te behalen, moet de dosering nauwkeurig zijn. De toegevoegde hoeveelheden kleurstof kunnen hierbij extreem klein zijn.

Olaf Lang is verantwoordelijk voor Technical Sales bij HNP Mikrosysteme in het Duitse Schwerin. Hij legt uit: "We hebben ons compacte doseersysteem colorDoS speciaal gemaakt voor processen die een snelle kleurwissel vereisen. Per injectie kan tussen de 0,02 en 100 gram kleurstof worden gedoseerd."

De geavanceerde technologie van HNPM zorgt er niet alleen voor dat individuele kleuren bijzonder nauwkeurig worden gedoseerd. Het voorkomt ook dat kleuren van één batch doorwerken in de volgende batch. Dankzij het speciale ontwerp van de doseerkoppen en de slangkoppelingen kan de productie zonder reinigingstijd snel en soepel van kleur wisselen.

Een microtandwielpomp regelt de nauwkeurige dosering. Dit is een zogenaamde miniatuur-gerotorpomp, bestaande uit een externe en interne rotor. De interne rotor heeft één tand minder dan de externe. De kamers die hierdoor ontstaan, hebben een vast verplaatsingsvolume. De kleurstoffen worden volumetrisch gedoseerd. De hoeveelheid wordt geregeld door het toerental aan te passen bij een gelijkblijvende doseertijd.

Toerental bepaalt kleur
Lang legt uit: "De hoeveelheid kleurstof is afhankelijk van het toerental en de doseertijd. Hoe sneller de rotoren draaien, des te meer kleurstof wordt er in dezelfde tijd toegevoegd. Het toerental van de pomp is hierbij aangepast op de doseertijd van de spuitgietmachine. De gehele cyclustijd omvat ook het afkoelen en uitwerpen van het werkstuk. De pomp ligt hiervoor even stil. Kleurstofdosering is daarom een ontzettend dynamisch proces."

De herhaalnauwkeurigheid is bijzonder belangrijk. Om kleurafwijkingen tussen producten te voorkomen, moet de hoeveelheid kleurstof per injectie altijd precies gelijk zijn.

In de colorDoS bevindt zich een modulaire pomp mzr-7245. De kleinste hoeveelheid per injectie is 20 microliter. Dit is minder dan een druppel, maar de speciale geometrie van de doseerkop zorgt ervoor dat deze hoeveelheid steeds bijzonder precies en met een hoge herhaalnauwkeurigheid wordt toegevoegd. Lutz Nowotka, aandrijfspecialist bij HNPM, benadrukt: "Hier speelt de kwaliteit van de pompaandrijving een essentiële rol. Afgezien van de motor zijn ook de analoge Hall-sensoren extreem belangrijk. We werken al jaren met micromotoren van FAULHABER. Voor de colorDoS hebben we een borstelloze DC-servomotor gekozen uit hun BX4-serie."

Nauwkeurige positionering dankzij Hall-sensoren
De motor 3268…BX4 CS levert niet alleen een hoog koppel van 96 mNm, maar hij past ook in de krappe installatieruimte. Daarnaast gaat hij extreem lang mee en heeft een ingebouwde bijzonder nauwkeurige motion controller. "De geïntegreerde analoge Hall-sensoren maken een nauwkeurige positionering van de aandrijving mogelijk, en daarmee ook van de rotoren – met 3000 posities per omwenteling. Daarom doseert onze pomp ook in het microliterbereik nog heel nauwkeurig", vertelt Nowotka. "Hiervoor is het van belang om een goede toerentalregeling te hebben, en een hoog koppel, ook bij lage toerentallen. De allerkleinste bewegingsimpuls moet worden omgezet zonder schokken en onregelmatigheden."

Via de seriële interface ontvangt de controller gedetailleerde informatie over de werking van de aandrijving. Stroomverbruik, toerental, positie, afwijking en temperatuur worden nauwkeurig geregistreerd en de gegevens zijn beschikbaar voor een diepgaande toestandsanalyse van het apparaat. Als er onderhoud nodig is, wordt dit in een vroeg stadium duidelijk, ruim voordat er een fout optreedt. Dit garandeert een consequente dosering van de kleurstof bij iedere injectie en een betrouwbaar bedrijf.

Het colorDoS-systeem heeft nog meer voordelen voor de gebruiker. De displayaansturing communiceert direct met de spuitgietmachine en geeft bijvoorbeeld aan hoeveel tijd er nog resteert tot aan de volgende wissel van de kleurpatronen. Gebruikers kunnen regelmatig benodigde kleurrecepten opslaan in het beheersysteem voor de kleurcodes. Een alarm waarschuwt bij een te laag vulniveau en legt het spuitgietproces stil als er een fout optreedt. Voor HNPM blijft de belangrijkste component van hun colorDoS – en van hun andere doseersystemen – echter de micro-tandwielpomp die het bedrijf zelf heeft ontworpen en die wordt aangedreven door een motor van FAULHABER.

  Meer weten…