Alles fließt

Vom morgendlichen Einsetzen der Kontaktlinsen über die Fahrt zum Büro bis hin zur Fuhre Wäsche nach Feierabend und dem kleinen Snack auf der Couch: Wir sind von morgens bis abends von Produkten umgeben, bei deren Herstellung Flüssigkeiten eine entscheidende Rolle spielen. Dabei handelt es sich bei weitem nicht nur um „offensichtliche“, flüssige Produkte wie Geschirrspülmittel, Duschgel, Zahnpasta, Hustensaft oder Motoröl. Auch in der Fertigung von Lithium-Ionen-Batterien, Autoreifen, Handys, Kleidung, Butterkeksen, Müsliriegeln, Schokolade, Tageskontaktlinsen, Waschpulver und zahllosen anderen Dingen, die aus unserem Alltag nicht wegzudenken sind, kommen Flüssigkeiten verschiedenster Art zum Einsatz. Damit die Produktqualität stimmt, müssen all diese sehr unterschiedlichen – und teilweise äußerst anspruchsvollen – Flüssigkeiten präzise dosiert werden. Eine Aufgabe, die es in sich hat … und die Kubota Brabender Technologie dank umfassender Erfahrung mit Bravour meistert.

Herausforderung Flüssigkeiten

Panta rhei – alles fließt. Was der griechische Philosoph Heraklit vor über 2000 Jahren über den fortwährenden Stoff- und Formwechsel der Welt gesagt hat, ist heute die zentrale Aufgabe von Kubota Brabender Technologie. Der Dosierprofi hält Rohstoffe im Fluss, damit die Produktion reibungslos verlaufen kann. Dass ausgerechnet Flüssigkeiten dabei eine besondere Herausforderung darstellen, wirkt im ersten Moment überraschend. Doch unterschiedliche Flüssigkeiten zeichnen sich durch äußerst vielfältige Eigenschaften aus; das beginnt bei ihrer Zähflüssigkeit, geht jedoch weit darüber hinaus. Um sicherzustellen, dass wirklich alles fließt, ist ein Dosierer erforderlich, der exakt auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten ist. Genau das bietet Kubota Brabender Technologie in Form von individuell für Rohstoff und Anwendung konzipierten Flüssigkeitsdosierern.

Die Königsdisziplin des Dosierens

Flüssigkeiten sind wahre Diven: So gut wie jede verlangt eine ganz besondere, speziell auf sie abgestimmte Behandlung. Wachs beispielsweise kristallisiert und verfestigt sich bei Raumtemperatur; um fließfähig zu sein, erfordert es eine konstant höhere Temperatur. MDI – ein wichtiger Rohstoff für die Herstellung von Polyurethanen (PUR) – reagiert mit Sauerstoff und muss durch geeignete Systeme von der Umgebungsluft isoliert werden. Die vielseitigen Silane, die unter anderem Werkstoffe als Haftvermittler verbinden oder durch Oberflächenmodifizierung voneinander trennen, dürfen nicht mit Feuchtigkeit in Kontakt kommen. Das für Kunststoff- und Pharmaindustrie wichtige Multitalent Maleinsäure dagegen zeichnet sich durch besondere Reaktivität und chemische Aggressivität aus; um es zu verarbeiten, sind Geräte aus speziellen Materialien erforderlich. Und das sind nur einige Beispiele für die Sonderbehandlungen, die einzelne Flüssigkeiten fordern.

Dreh-und Angelpunkt: Die Viskosität

Ein Faktor, der bei der Dosierung von allen Flüssigkeiten eine wichtige Rolle spielt, ist ihre Viskosität, bzw. ihre Zähflüssigkeit. Die Teilchen zähflüssiger Fluide sind fester aneinandergebunden und daher weniger beweglich; je höher ihre Viskosität, desto mehr Widerstand setzt eine Flüssigkeit der Verformung entgegen. Die Bandbreite reicht hier von Verbindungen wie Lösungsmitteln, die wesentlich dünnflüssiger sind als Wasser, bis hin zu sehr zähflüssigen Materialien wie Polyole, Silikonöle, und Druckfarben.

Was ist Viskosität?

Viskosität bezeichnet die Zähigkeit einer Flüssigkeit.
Sie resultiert aus den Bindungskräften zwischen den Teilchen des Stoffes.
Je stärker die Kohäsion, desto höher die Viskosität – und desto zäher die Flüssigkeit.
Dynamische Viskosität wird meist in Millipascalsekunden (mPa·s) angegeben und durch Viskosimeter gemessen.
Viskosität ist temperaturabhängig.
Je niedriger die Temperatur, desto zäher die Flüssigkeit.
Bei Messungen der Viskosität muss daher immer auch die Temperatur angeben werden.

Faktor Temperatur

Die Viskosität von Flüssigkeiten ist keine Konstante; sie steigt mit fallender Temperatur. Fließfähige Materialien sind nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs dünnflüssig genug, um ihr Dosieren und Weiterverarbeiten im Rahmen industrieller Fertigungsprozesse zu erlauben. Flüssigkeiten wie Wasser, die bei Raumtemperatur dünnflüssig sind, sind in dieser Hinsicht unkompliziert. Bei anderen Materialien sieht das anders aus. Sie müssen auf eine geeignete Temperatur gebracht und hier gehalten werden – und das selbstverständlich unter Berücksichtigung ihrer weiteren Eigenschaften.

FDDW: Sonderlösungen als Standard

Komplexe Aufgaben erfordern flexible Lösungen. Das Dosieren von Flüssigkeiten ist äußerst komplex – entsprechend zählt der Flüssigkeitsdosierer FDDW von Kubota Brabender Technologie zu den flexibelsten Geräten des Unternehmens. Sonderanfertigungen sind hier Standard. Neben der Viskosität und richtigen Temperatur der jeweiligen Flüssigkeit fließen unter anderem Dichte, Feststoffanteil, Reaktionsverhalten, toxikologische Eigenschaften und Explosivität in die Entwicklung des Dosierers ein.

Die Prozessanforderungen spielen eine ebenso bedeutende Rolle. Jeder Dosierer wird so konzipiert, dass er die Bedürfnisse des jeweiligen Fertigungsprozesses an Genauigkeit und Dosierleistung, aber auch Verstellbereich und Gegendruck erfüllt. Für Flüssigkeiten mit besonderen Anforderungen hält das Unternehmen unter anderem ein System zur N2-Inertisierung bereit, das mithilfe von Stickstoff das Dosieren von solchen Rohstoffen ermöglicht, die nicht mit Sauerstoff oder Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft in Kontakt kommen dürfen. Pulsationsdämpfer sorgen dafür, dass sensible Flüssigkeiten mit konstantem Fluss dosiert werden, ohne Pulsieren oder Schwankungen ausgesetzt zu sein. Und alternativ zur Dosierung durch gravimetrische Gewichtserfassung hält Kubota Brabender Technologie das Coriolis-Durchflussmessgerät bereit, das direkt in Leitungen integriert werden kann. Es bietet die Möglichkeit der präzisen Dosierung bis zu sehr hohen Durchflussmengen von über 1.000 Litern pro Stunde.

Für alle Prozess- und Produkteigenschaften gibt es das richtige System. Spezifische Kundenwünsche –etwa Verfahrbarkeit, zusätzliche Anschlüsse und Stutzen für Sensoren, oder Sonderabmessungen – werden berücksichtigt. Für neuartige Besonderheiten erarbeiten die Experten von Kubota Brabender Technologie gemeinsam mit dem Hersteller die optimale Lösung. Jedes FDDW-Gerät ist so nicht nur exakt und individuell auf den Rohstoff zugeschnitten, den es dosiert, sondern auch auf den Produktionsprozess, in dem es zum Einsatz kommt.

Die richtige Pumpe

Die Pumpe ist das Herzstück jedes FDDW-Flüssigkeitsdosierers. Kolbenmembranpumpen sind für die meisten niedrigviskosen Flüssigkeiten geeignet. Dieser Pumpentyp erzeugt zunächst durch die Bewegung eines Kolbens Unterdruck, der Flüssigkeit über das Einlassventil in die Pumpe strömen lässt, und drängt sie dann durch die gegenläufige Kolbenbewegung mit Überdruck aus dem Auslassventil. Die zu dosierende Flüssigkeit ist durch eine Membran von der Pumpenmechanik getrennt und kommt nicht mit ihr in Berührung; daher eignen sich Kolbenmembranpumpen auch für viele abrasive, aggressive oder toxische Fluide. Kolbenmembranpumpen sind für Geräte zu empfehlen, die Rohstoffe mit einer Zähflüssigkeit im Bereich zwischen Wasser und Olivenöl dosieren – also mit einer Viskosität von rund 1 mPa·s bis rund 400 mPa·s.

Zahnradpumpen eignen sich für das Dosieren von Honig und anderen Flüssigkeiten ab einer Viskosität von etwa 300 mPa·s. Sie sind pulsationsfrei und zeichnen sich durch Robustheit und hohe Dosiergenauigkeit aus; hohen Druck und hohe Temperaturen vertragen sie gut. Dieser Pumpentyp übt mithilfe von zwei ineinandergreifende Zahnrädern Druck auf die zu dosierende Flüssigkeit aus.

Je nach Anforderung und Aufgabe kommen auch andere Pumpentypen zum Einsatz – etwa Exzenterschneckenpumpen für hochviskose Medien wie Flüssigfarbe. Im Mittelpunkt steht immer die spezifische Anwendung.

Funktion von Kolbenmembran- und Zahnradpumpen

Sicher und effektiv Heizen

Für Flüssigkeiten, die bei Raumtemperatur nicht dosiert oder verarbeitet werden können, hält Kubota Brabender Technologie geeignete Heizlösungen bereit. Bei der Flüssigkeitsbeheizung durch doppelwandige Ausführung ist der gesamte Aufbau des FDDW-Dosierers doppelwandig, so dass das Dosiermedium mit Wasser oder Thermoöl beheizt werden kann. Diese Methode bietet konstante Wärme und direkten, gleichmäßigen Wärmetransfer bis zu 180°C. Sie eignet sich besonders gut, wenn Abwärme aus einem anderen Prozess als Wärmequelle zur Verfügung steht; zudem ist dieses Heizsystem für explosionsgeschützte, ATEX-konforme Geräte geeignet, die leicht entzündliche oder explosive Materialien verarbeiten und keine potenzielle Zündquelle bieten dürfen. Doppelwandige Beheizung ist jedoch nicht für alle Anwendungen ideal. Durch die Verschraubung entstehen unvermeidliche, unbeheizte Totzonen, durch die gewisse Materialien – etwa Wachs – aushärten können.

Das alternative System elektrische Heizung sorgt über isolierte, entfernbare Heizmanschetten für maßgeschneiderte Wärme ohne Totzonen. Da bei dieser Heizlösung jedes Bauteil eine eigene Heizung besitzt, kann die Temperatur bei Bedarf unterschiedlich eingestellt werden – die Leitungen können beispielsweise stärker beheizt werden als die Dosiereinheit. Elektrische Beheizung ist nicht die optimale Lösung für ATEX-konforme Geräte, da die hier notwendige Absicherung der Heizung vor Überhitzung aufwändig und kostenintensiv ist. In nicht explosionsgefährdeten Bereichen kann sie jedoch sogar problemlos mit einem doppelwandigen Heizsystem kombiniert werden. Individuell und anwendungsspezifisch – so, dass bei dieser Flüssigkeit und dieser Produktion alles fließt.