Automatisierte Fertigungslinien sind bei anspruchsvollen Anwendungen, wie Verguss-, Dichtungs- und Klebeprozessen in hohem Maße auf Zweikomponentenmaterialien angewiesen. Damit eine gleichbleibend hohe Produktqualität gewährleistet werden kann, müssen Epoxidharz-Dosieranlagen die beiden Komponenten unmittelbar vor dem Auftrag präzise und homogen miteinander vermischen. Für Prozess- und Produktionsingenieure erfordert die Auswahl des idealen Fluidsystems einen Kompromiss zwischen Materialverhalten, Zykluszeiten und Komplexität der Anlagen.
Bei der Einrichtung eines Zweikomponenten-Dosierprozesses muss zwischen passiven statischen Systemen und aktiven dynamischen Plattformen gewählt werden. Dieser Artikel befasst sich mit beiden volumetrischen Dosierverfahren. Er erläutert deren Funktionsweise, bauliche Einschränkungen und Wartungsanforderungen. Letztendlich soll dieser Leitfaden Ihnen dabei helfen, die zuverlässigste Konfiguration für Ihre spezifische Anwendung bei der Dosierung von Epoxidharz zu ermitteln.
Statisches Mischen verstehen: Die kostengünstige Basis
Das statische Mischen ist aufgrund seiner mechanischen Einfachheit nach wie vor ein grundlegender Ansatz für die Dosierung von Epoxidharz und anderen Mehrkomponentenmaterialien. Das System nutzt eine Einweg-Kunststoffdüse, die mit internen geometrischen Elementen ausgestattet ist. Pumpen fördern die getrennten Materialströme durch dieses Rohr. Die geometrischen Elemente teilen diese dann passiv auf und führen sie wieder zu einer homogenen Mischung zusammen.
Diese passive Methode ist äußerst effektiv, wenn Ihre Fertigungsparameter von Natur aus mit der Chemie der Flüssigkeit übereinstimmen. Statische Konfigurationen eignen sich am besten unter bestimmten Betriebsbedingungen:
- Die erforderlichen Chargengrößen sind groß genug, um das Innenvolumen des Mischers schnell durchzuspülen
- Die Topfzeit des Materials übersteigt die Dauer eines Standardprozesszyklus deutlich
- Bei der Produktionslinie stehen mechanische Einfachheit und minimale Anfangsinvestitionen im Vordergrund
Das passive Mischen unterliegt einer wesentlichen Einschränkung: der Verweilzeit. Diese gibt an, wie lange die gemischte Flüssigkeit in der Düse verweilt. Dauert ein Zyklus länger als erwartet, beginnen hochreaktive Materialien bereits während des Prozesses zu vernetzen. Wenn die Viskosität im Rohr stark ansteigt, steigt der interne Gegendruck exponentiell an und beeinträchtigt die Konsistenz des Volumenstroms.
Moderne Fertigungslinien erfordern häufig den Umgang mit extremen Flüssigkeitsviskositäten von bis zu 500.000 mPas oder das Erreichen von Mikrodosiermengen bis hinunter zu 1 nL. Wenn man die Dosiermengen auf diese mikroskopischen Werte reduziert, fließt nicht genügend Volumen durch das System, um das alternde Material ausreichend auszuspülen. Letztendlich bringt die Durchführung einer präzisen 2K-Dosierung mit hochreaktiven Flüssigkeiten passive statische Systeme an ihre Betriebsgrenzen.
Dynamisches Mischen verstehen: Aktive Homogenität für anspruchsvolle Anwendungen
Um die Einschränkungen des passiven Durchflusses zu überwinden, führen dynamische Systeme eine aktive, motorisierte Komponente direkt in den Flüssigkeitsweg ein, um komplexe Herausforderungen bei der Dosierung von Epoxidharz zu bewältigen. Anstatt sich allein auf den Flüssigkeitsdruck zu verlassen, fördern unabhängige Pumpen die Komponenten in eine wiederverwendbare Mischkammer. In dieser Kammer schert und vermischt ein motorgetriebener Mischimpeller die Flüssigkeiten unmittelbar vor der Anwendung aktiv.
Der zentrale technische Vorteil dieser aktiven Architektur ist das extrem geringe Mischvolumen. Die Konstruktion der Kammer gewährleistet, dass der Großteil des Materials ungemischt und sicher getrennt bleibt, bis es tatsächlich benötigt wird. Das System mischt jeweils nur einen winzigen Flüssigkeitsanteil, wodurch die Topfzeit reaktiver Materialien geschützt und eine vorzeitige Aushärtung verhindert wird.
Wenn zwischen den einzelnen Dosiervorgängen mehr Zeit benötigt wird – beispielsweise für Arbeitspausen, Mittagspause, über Nacht oder am Wochenende –, gibt es mehrere Möglichkeiten, um zu verhindern, dass das Material in der Kammer aushärtet. Bei kurzen Pausen kann der Kopf das Material in regelmäßigen Abständen ausspülen. Bei längeren Pausen kann die Kammer mit einer einzelnen Komponente gespült werden, um die Vernetzung zu verringern. Wenn die Maschine länger stillsteht, kann die Mischkammer ausgebaut und gereinigt werden. In der Regel werden alle drei Optionen je nach Dauer der Stillstandzeit im Verhältnis zur Topfzeit des Materials eingesetzt und ausgewählt.
Aktive Mischplattformen spielen ihre Stärken besonders dann aus, wenn Prozessbeschränkungen eine statische Spülung während der Mehrkomponenten-Dosierung unmöglich machen. Dynamische Systeme sind speziell für anspruchsvolle Produktionsumgebungen konzipiert:
- Bei der Verarbeitung hochreaktiver Materialien, bei denen ein minimales Mischvolumen erforderlich ist, um eine schnelle Aushärtung zu verhindern
- Bei der Durchführung von Mikrodosieranwendungen, bei denen winzige Dosiermengen eine statische Düse nicht ausreichend spülen können
- Zur Bewältigung verlängerter Zykluszeiten, die normalerweise dazu führen würden, dass stagnierende Flüssigkeiten vernetzen
- Bei der Notwendigkeit einer strengen digitalen Programmierbarkeit von Drehzahlen und Mischungsverhältnissen für empfindliche Flüssigkeiten
Diese fortschrittliche Funktionalität bringt jedoch spezifische betriebliche Anforderungen mit sich. Da die Mischkammer im Gegensatz zu einem Einweg-Kunststoffschlauch dauerhaft im System verbleibt, sind automatisierte Reinigungszyklen erforderlich, um eine Aushärtung im Inneren zu verhindern. Dynamische Mischkammern sind für kleine Dosiermengen ausgelegt. Wenn hohe Durchflussraten erforderlich sind, können sie große Volumina nicht schnell mischen. Darüber hinaus bedeuten die motorisierten Antriebe und speziellen Dichtungen eine höhere Anfangsinvestition und erfordern regelmäßige vorbeugende Wartungsmaßnahmen, um eine kontinuierliche Betriebsbereitschaft zu gewährleisten.
Entscheidungsmatrix: Welche Epoxidharz-Dosieranlage ist die richtige für Ihre Anwendung?
Die Auswahl des idealen Systems für die Epoxid-Dosierung erfordert einen Kompromiss zwischen der Materialchemie und strengen Produktionszielen. Während passive statische Mischer eine unkomplizierte Bedienung und niedrige Anschaffungskosten bieten, liefern aktive motorisierte Plattformen die absolute Präzision, die für hochreaktive Flüssigkeiten erforderlich ist. Letztendlich gibt es keine universelle Lösung, sondern nur die technisch passende Lösung für Ihre spezifische Fertigungslinie.
Bei dieser Entscheidung müssen Prozessingenieure die Anforderungen ihrer Anwendung sorgfältig gegen die mechanischen Gegebenheiten beider Technologien abwägen. Dabei sind der langfristige Verbrauch an Verbrauchsmaterialien, die Wartungsmöglichkeiten und die Empfindlichkeit Ihrer Flüssigkeit gegenüber schwankenden Zykluszeiten zu berücksichtigen.
Ingenieure können die folgende Bewertungsmatrix nutzen, um ihre Anforderungen an die Zweikomponenten-Dosierung schnell zu vergleichen und die zuverlässigste volumetrische Mischmethode zu ermitteln..
| Parameter | Statisches Mischen | Dynamisches Mischen |
|---|---|---|
| Systemkomplexität | Gering (keine beweglichen Teile) | Mittel (motorisierter Antrieb) |
| Verbrauchsmaterialbedarf | Hoch (Einweg-Kunststoffmischdüsen) | Gering (wiederverwendbare Mischkammer) |
| Empfindlichkeit gegenüber der Topfzeit | Hoch (Anfällig für das Verstopfen der Mischdüse) | Gering (Material wird erst unmittelbar vor der Dosierung gemischt) |
| Geeigneter Dosierbereich | Mittlere bis große Dosiermengen | Mikrodosierung bis mittlere Dosiermengen |
| Stabilität des Gegendrucks | Nimmt bei steigender Viskosität ab | Auch bei langen Produktionszyklen außergewöhnlich stabil |
| Prozessparameter | Eingeschränkt (durch die Geometrie der Mischdüse vorgegeben) | Hoch (Drehzahl und Mischzyklen frei programmierbar) |
Prozessvalidierung: Entwicklung Ihres Prozessnachweises
Die Investition in Anlagen zur Epoxidharz-Dosierung – sei es Zweikomponenten- oder Mehrkomponentendosierung – erfordert die Beseitigung aller Variablen, bevor ein System in Ihrer Fertigung zum Einsatz kommt. Unternehmen wie mta robotics entwickeln und bauen sowohl passive als auch aktive volumetrische Plattformen. Bei mta robotics ist es unser vorrangiges Ziel, die für Ihre Anwendung technisch optimale Lösung zu finden, anstatt eine bestimmte Produktlinie zu vermarkten.
Um Ihre Produktionsinvestition abzusichern und Qualitätsrisiken auszuschließen, analysieren hochqualifizierte Prozessentwicklungsingenieure Ihre spezifischen Produktionsflüssigkeiten im Rahmen interner Labortests. Wir führen umfangreiche Zyklustests durch, um das genaue Materialverhalten, die volumetrische Wiederholgenauigkeit und die Grenzwerte für den Innendruck zu dokumentieren. Diese transparente Bewertung mündet in einen formellen Prozessnachweis, der Ihre Fertigungsergebnisse garantiert.
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