Robust und gleichzeitig leicht – mit diesen Eigenschaften haben Kohlenstofffasern sich immer mehr Anwendungsbereiche erschlossen. Entsprechend hoch ist der Bedarf. Einer der weltweit führenden Hersteller von Produkten aus Carbon, Graphit und Verbundmaterialien ist die SGL Group. Im Zuge der geplanten Kapazitätserweiterung installierte das Unternehmen eine der modernsten Anlagen, um aus Basiskomponenten wie Grafit, Koks und Pech massive, gepresste Carbon-Blöcke herzustellen. Diese Blöcke werden als Ausgangsmaterial für die Herstellung verschiedenster Hightech-Carbon-Produkte genutzt.
Die Herstellung des technischen Carbon-Pulvers, aus dem die Blöcke gepresst werden, ist sehr anspruchsvoll. Die Basiskomponenten Graphit und Koks sind in der benötigten gemahlenen Form nur sehr schwer zu handhaben und neigen beispielsweise im fluidisierten Zustand zu Fließeigenschaften, die vergleichbar mit Wasser sind, während sie nach längeren Standzeiten in Silos zum Anbacken und Verklumpen neigen. Die SGL Group hatte also einen äußerst anspruchsvollen Auftrag zu vergeben, als sie Derichs mit der Aufgabe betraute, ein Anlagenkonzept zu entwickeln, das nach der Graphit- und Koksvermahlung ansetzen und alle weiteren Verfahrensschritte wie Fördern, Lagern, Homogenisieren und Austragen der Zwischenprodukte bis hin zur Dosierung in die Pressformen beinhalten sollte. Zusätzlich sollten Teile der bestehenden Fertigungsanlagen an die neue Anlage angebunden werden.
Entmischungsarm fördern
Der Förderprozess setzt unter den Mühlen an, in denen Graphit oder Koks auf die gewünschte Korngröße vermahlen wird. Das Mahlgut muss abgeholt und in die Zwischenlagersilos transportiert werden. Hierbei musste ein recht langer Förderweg realisiert werden. Man entschied sich für das Dichtstromförderverfahren, bestehend aus einem Sendegefäß und einer Förderleitung mit Beiluftdüsen.
In der Siloanlage zur Zwischenlagerung werden die Produkteigenschaften bereits durch Beimischungen von Verschnittprodukten normiert. Dabei kommen verschiedene Produkte mit unterschiedlichen Korngrößen, Fließeigenschaften und Schüttdichten zum Einsatz, um eine möglichst gleichbleibende Qualität sicherzustellen. Die Homogenität dieser Mischungen ist im weiteren Produktionsverlauf von besonderer Bedeutung. Daher lag hier der Fokus darauf, Entmischungen während der Lager- und Austragszeit zu verhindern. Das Produkt muss zum einen gut durchmischt werden. Zum anderen soll beim Austragen ein Massenfluss erreicht werden.
Im Technikum der Firma Derichs wurden im Vorfeld diverse Tests mit verschiedenen Mischsystemen gefahren. Produktanalysen in den Laboren von SGL und Derichs lieferten begleitend dazu Angaben über die Homogenität und die Produktzerstörung. Zur Gewährleistung einer repräsentativen Probenahme wurden die Silos mit speziell für diesen Anwendungsfall adaptierten Probenehmern (DPA) ausgestattet. Diese entnehmen an verschiedenen Probenahmestelle Proben direkt aus der Produktsäule, über die kompletten Silohöhen hinweg.
Hochpräzise dosieren
Ein weiteres zentrales Element ist das rezepturgesteuerte Materialzufuhrsystem. Es beschickt die beiden Mischanlagen mit den gewünschten Mengen aus den Silos für Zwischenprodukte und aus mehreren anderen Quellen. Die Hauptkomponenten werden mittels zweier Saugförderungen aus
den Silos direkt in eine Saug-Dosierwaage gefördert. Diese kombiniert einen Abscheider und ein Dosiergerät und ermöglicht dadurch eine Installation bei geringen Bauraumhöhen.
Die Dosiergeräte fungieren als Loss-in-Weight-Systeme, d. h., sie dosieren gewichtsabhängig eine vorher definierte Produktmenge mit einer Förderschnecke in die bauseitige Mischanlage. Als problematisch, vor allem bei den Hauptprodukten, stellte sich die geforderte hohe Genauigkeit heraus. Erschwerend kam noch die oben erwähnte Problematik der Fließeigenschaften von Graphit (leicht fluidisierbar bzw. brückenbildend und anbackend) hinzu. Die Ingenieure entschieden sich schließlich in enger Abstimmung mit SGL-Mitarbeitern für eine spezielle Austragsgestaltung, die Rüttel- und Verschlusstechnik kombiniert.
Fördersystem für die Endprodukte
Das nun in seinen Bestandteilen fertige Produkt muss im letzten Arbeitsgang noch final verpresst werden. So bestand die letzte Aufgabe von Derichs darin, die Förderung des Endproduktes in eine weitere Siloanlage und anschließend aus dieser hinaus in eine Abfüllung der Pressformen zu gestalten. Die Herausforderung bei der Produktförderung lag vor allem darin, das Produkt möglichst schonend und entmischungsfrei zu fördern. Das fertig gemischte Produkt muss in seiner Kornstruktur bis zur Formgebung intakt gehalten werden. Aus diesem Grunde wurde eine Dichtstromförderung mittels Sendegefäß und Beiluftunterstützung gewählt. In der Siloanlage selber galt es, die gleichen Probleme in den Griff zu bekommen, wie bereits bei den Zwischensilos geschildert. Bei der anschließenden Befüllung der Formen musste eine hohe Dosiergenauigkeit berücksichtigt werden. Diese wurde durch eine Vibrationsdosierrinne mit Magnetantrieb erzielt.
Steuerung und Visualisierung
Zum Auftragsumfang gehörte auch die Erstellung der Steuerung und Visualisierung der beschriebenen Anlage. Neben der Schnittstellenproblematik zu den anderen Gewerken (u. a. Mühlen, Mischern und Pressen) lag die Herausforderung im Wesentlichen darin, die Programmierung in Abstimmung mit dem übergeordneten Leitsystem von SGL zu verknüpfen.
Da es sich bei der Erweiterung der SGL-Anlage größtenteils um einen Neubau handelte, mussten sämtliche Schaltschränke und die erforderliche Feldverkabelung gestaltet werden. Derichs konnte dazu von der Konzeption über die Konstruktion und Eigenfertigung vieler Komponenten bis hin zur SPS-Programmierung und der Visualisierung seine ganze Erfahrung als Anlagenbauer einbringen. In enger Abstimmung mit der SGL-Projektleitung entstand eine nach aktuellsten Umwelt- und Energiestandards produzierende Anlage. Damit kann SGL seinen Kunden die gewohnt reproduzierbare, hohe Produktqualität nachhaltiger und kosteneffizienter liefern.
Suchwort: cav1117derichs
Autor: Michael Moll
Vertrieb,
Derichs
Autor: Hanno Derichs
Geschäftsführer,
Derichs
