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Jul 31, 2023

Minimierung des Abfalls im Ausgabeprozess

Die Vermeidung von Verschwendung ist ein wesentlicher Bestandteil von Lean-Manufacturing-Initiativen. Dies ist auch wichtig, wenn es um die Verwendung von Klebstoff geht. Die Abgabe ist von Natur aus verschwenderisch. Manche Abfälle sind unvermeidbar. Bei jeder Abgabe

Die Vermeidung von Verschwendung ist ein wesentlicher Bestandteil von Lean-Manufacturing-Initiativen. Dies ist auch wichtig, wenn es um die Verwendung von Klebstoff geht.

Die Abgabe ist von Natur aus verschwenderisch. Manche Abfälle sind unvermeidbar. Bei jedem Dosiervorgang entsteht irgendeine Art von Materialabfall, sei es beim Ansaugen einer Pumpe oder beim Zurückbleiben von Material in Vorratsbehältern oder Schläuchen. Beispielsweise verbleibt am Ende eines Durchlaufs immer eine kleine Menge unbenutzten Klebstoffs in einer Mischdüse.

Klebstoff wird in einer Art Behälter geliefert, beispielsweise einem Eimer, einer Kartusche, einem Fass, einem Eimer, einer Quetschflasche oder einer Spritze. Aufgrund von Materialresten kommt es immer zu Effizienzverlusten.

Obwohl mit der Abgabe Abfall verbunden ist, gibt es Möglichkeiten, diesen zu minimieren. Häufig lässt sich übermäßiger Abfall durch Schulung des Bedienpersonals oder durch Investitionen in die Automatisierung vermeiden. Glücklicherweise haben Lieferanten von Schankgeräten Möglichkeiten entwickelt, dieses Problem anzugehen.

„Bei allen Dosieranwendungen wird es irgendeine Art von Flüssigkeitsabfall geben“, behauptet Tom Muccino, Vertriebsleiter bei Nordson EFD. „Hersteller können diesen Abfall minimieren, indem sie die richtigen Dosierkomponenten verwenden.

„Wenn jemand zum Beispiel keinen Kolben in seinem Spritzenzylinderbehälter verwendet, hinterlässt er Rückstände an den Innenwänden des Geräts, was zu einer beträchtlichen Menge Abfall führt“, erklärt Muccino.

„Durch die Verwendung des richtigen Kolbens werden die Innenwände sauber gewischt, wodurch die Abfallmenge erheblich reduziert wird“, fügt Muccino hinzu. „[Unsere] SmoothFlow-Kolben werden mit präzisen Toleranzen gegenüber den Innenwänden der Spritze hergestellt, um sicherzustellen, dass 99 Prozent der Flüssigkeit im Spritzenreservoir abgegeben wird.“

Fertigungsingenieure richten heute ihr Augenmerk stärker auf Abfall als in der Vergangenheit, da die Materialien teurer geworden sind und die Ausgabegeräte verbessert wurden. Durch die Steuerung der Abgabeprozesse können sie Kosten senken und Materialien optimieren.

„In den letzten fünf bis zehn Jahren gab es Verbesserungen“, sagt Jamie Ellsworth, Präsident von KitPackers. „Es besteht mittlerweile sowohl aus Umwelt- als auch aus Kostengründen ein größeres Interesse an der Abfallreduzierung. Um die Qualität und die Arbeitssicherheit aufrechtzuerhalten und Abfall zu reduzieren, werden bessere Dosiergeräte verwendet und weniger manuelles Mischen eingesetzt.“

„Vor einem Jahrzehnt gab es definitiv mehr Abfall“, fügt Muccino hinzu. „Jüngste Verbesserungen sowohl an Dosierkomponenten als auch an der Dosierausrüstung haben zu einem höheren Grad an Präzision geführt, was den Abfall minimiert.“

Der EFD Ultimus V Spender ist ein gutes Beispiel. Es verwendet Regler und Timer in Verbindung mit einer Dosiersoftware, um die Präzision zu erhöhen und den Abfall zu minimieren. Dosierventile wie das xQR41 MicroDot verfügen über kein totes Flüssigkeitsvolumen, was bedeutet, dass nur eine minimale Menge an Material im Ventil verbleibt.

„Das führt zu weniger Abfall bei großvolumigen Anwendungen“, behauptet Muccino. „Wenn Sie das Ventil an einem Dosierroboter montieren, erhalten Sie den zusätzlichen Vorteil einer genauen, wiederholbaren Platzierung der Einlage, was zu weniger Nacharbeit und Ausschuss führt, was zu weniger Flüssigkeitsverschwendung führt.“

Laut Muccino kann die Wahl der falschen Klebstoffauftragskomponenten zu Abfall führen. „Zum Beispiel gibt es eine Reihe verschiedener Kolben, die für jede Dosieranwendung verwendet werden können“, betont er.

„Die Wahl des Kolbens, den ein Bediener verwendet, kann einen großen Unterschied in der Abfallmenge bei der Anwendung machen“, bemerkt Muccino. „Die Verwendung von luftbetriebenen Spendern mit ungenauen Luftreglern kann zur Verschwendung beitragen. Spender, die mit Präzisionsreglern ausgestattet sind, [erzeugen] die genaueste Ausgabe.“

Mehrere Faktoren verursachen Abfall bei Klebstoffauftragsanwendungen. Beispielsweise kann es nach jeder Ausgabe zu einem gewissen Auslaufen oder Tropfen kommen.

Eine weitere häufige Abfallquelle ist das Auftragen von überschüssigem Material auf jedes Teil. Diese Art von Bedienerfehler tritt häufig bei manuellen Montageanwendungen auf.

„Wir erleben immer noch, dass Kunden sicherheitshalber ‚ein bisschen‘ mehr Klebstoff auftragen“, sagt Patrick Kieselbach, Vertriebsleiter bei ViscoTec America Inc. „Die menschliche Natur ist der Meinung, dass ‚mehr besser‘ ist.“ Deshalb kann die Automatisierung den Abfall erheblich reduzieren. Es kann garantieren, dass Ihre Dosierung innerhalb von ±1 Prozent der programmierten Menge liegt.

„Bei höheren Produktionsmengen entsteht tendenziell deutlich weniger Abfall als bei kleineren Auflagen“, bemerkt Kieselbach. „Das liegt daran, dass der Abgabeprozess viel gezielter erfolgen wird.

„Aber wenn man eine Dosierspitze wegwirft, bleibt immer etwas Material darin zurück“, fügt Kieselbach hinzu. „Der meiste Abfall entsteht jedoch vor der Abgabestelle.

„Einen Fehler, den ich bei Ingenieuren beobachte, ist die Verwendung zu langer Zuleitungen oder Schläuche“, warnt Kieselbach. „Versorgungsleitungen so kurz wie möglich zu halten, trägt zur Abfallminimierung bei.“

„Selbst bei automatisierten Dosiersystemen fällt eine gewisse Menge an Startabfall an“, sagt Mac Larsen, Leiter der Anwendungsentwicklung für die Abteilung für angewandte Fluidtechnologien von Graco Inc. „Zum Beispiel findet eine gewisse Temperaturkonditionierung und anfängliche Spülung statt .

„Auch die Umstellung ist eine große Verschwendungsquelle“, betont Larsen. „Wenn man die Produktion während einer Schicht startet und stoppt, kommt es zu Materialverlusten. Sobald Sie ein Material austauschen, gibt es immer eine Luftschleuse, die durch einen Entlüftungsprozess gespült werden muss.“

„Umstellung ist der Hauptverursacher von Abfall bei Klebstoffauftragsanwendungen“, behauptet Christian Geier, Geschäftsführer bei Scheugenpflug Inc. „Beim Entleeren eines Eimers oder Behälters kann es schwierig sein, ihn vollständig sauber zu bekommen. Und nach der Umstellung befindet sich normalerweise eine Luftblase in der Leitung, sodass Sie das alte, übrig gebliebene Material ausspülen müssen.“

Scheugenpflug hat kürzlich die Ausstoßeinheit A90 CV entwickelt, um die Kartuschenwechselrate zu reduzieren.

„Für Klebe-, Dicht- und Thermomanagementaufgaben mit geringem Medienverbrauch erfolgt die Materialversorgung meist mit handelsüblichen Kartuschen“, sagt Geier. „Optimal abgestimmte Zuführsysteme garantieren eine schonende und konstante Materialzufuhr – auch bei der Verarbeitung kleiner Mengen.

„Der A90 CV gewährleistet nicht nur eine zuverlässige und störungsfreie Zuführung hochviskoser Medien zum Dispenser, sondern verfügt auch über eine neue Vakuum-Docking-Funktion“, erklärt Geier. „Dadurch ist erstmals eine automatisierte Entlüftung beim Kartuschenwechsel und damit ein absolut blasenfreier Andockvorgang der Materialkartusche an das Dosiersystem möglich.

„[Üblicherweise] werden frisch montierte Kartuschen manuell entlüftet, sodass der damit einhergehende Materialverlust von der Routine und Erfahrung des Bedieners abhängt“, fügt Geier hinzu. „Da dieser Vorgang bei Nutzung der Vakuum-Docking-Funktion nun automatisch abläuft, kann der Materialabfall pro Kartuschenwechsel um bis zu 90 Prozent reduziert werden. Neben höchster Prozesssicherheit profitieren Anwender auch von deutlichen Kosteneinsparungen – insbesondere beim Einsatz sehr teurer Materialien.“

Der Abfall kann je nach Art des ausgegebenen Materials, der Größe der Teile und sogar der Art der Branche variieren.

„Die Automobil- und Elektronikindustrie ist in der Regel am effizientesten, wenn es um den Materialeinsatz geht“, sagt Larsen. „Die am wenigsten effiziente Branche, die ich sehe, ist der Bootsbau. Es gibt kürzere Produktionsläufe, mehr manuelle Montageprozesse und eine „Mehr ist besser“-Mentalität bei der Verwendung von Klebstoffen.“

Bestimmte Arten von Klebstoffen sind außerdem anfälliger für Abfall als andere.

„Im Allgemeinen kann es bei einer hochviskosen Flüssigkeit zu mehr Abfall kommen als bei einer niedrigviskosen Flüssigkeit, da es schwieriger sein kann, dickere Flüssigkeiten aus einem Spritzenreservoir herauszudrücken und gleichzeitig die Seitenwände sauber zu wischen“, sagt Muccino. „Materialien wie Epoxidharz, Silikone, Fette und Lötpasten können sehr klebrig sein.

„Bei der Abgabe dieser Materialien ist es wichtig, den richtigen Kolben im Spritzenreservoir zu verwenden, der nicht nur die genaue Abgabe erleichtert, sondern auch alles abgibt, was sich in der Spritze befindet“, betont Muccino. „Ein Kolben mit Abstreifern wischt das Innere der Spritze sauber, ein flachwandiger Kolben hinterlässt jedoch leichte Rückstände in der Spritze.“

„Jede Flüssigkeit reagiert bei der Abgabe anders“, sagt Omar Regalado, Leiter des globalen Vertriebs bei Fishman Corp. „Aber eines der Materialien, bei denen am häufigsten Abfall entsteht, ist Epoxidharz.“

„Die gängigsten Epoxidharze haben eine kurze Topfzeit“, erklärt Regalado. „Aufgrund der Beschaffenheit der Flüssigkeit wird es schwierig, die Wiederholbarkeit und Genauigkeit aufrechtzuerhalten, während das Material während der Abgabe seine Viskosität ändert, was zu Flüssigkeitsverschwendung führt. Sobald das Epoxidharz angemischt ist, beginnt außerdem die Topfzeit, und wenn das Material nicht innerhalb der Verarbeitungsdauer des Materials aufgetragen wird, ist man gezwungen, die restliche Flüssigkeit wegzuwerfen.“

Laut Regalado entsteht beim Verkleben von Kleinteilen, die weniger Klebstoff erfordern, häufiger Abfall. „Typischerweise ist die Toleranz umso enger, je geringer die für eine Anwendung erforderliche Menge ist“, betont er.

„Anwendungen, die kleinere Dosierungen erfordern, erfordern eine höhere Genauigkeit bei jeder Dosierung“, behauptet Regalado. „Bei solchen Anwendungen kommt es häufig zu einer Überdosierung, was zu Flüssigkeitsausschuss, Nacharbeit und noch mehr Flüssigkeitsabfall führt.“

Bei Zweikomponentenklebstoffen fällt typischerweise auch mehr Abfall an.

„Reaktive Materialien wie Zweikomponenten-Epoxidharze erfordern regelmäßige Mischerwechsel oder das Spülen der Materialien, um frisches Material in den Dosierdüsen zu halten“, sagt Larsen. „Andere Klebstoffe, die mehr Abfall verursachen, sind einkomponentige, feuchtigkeits- oder hitzehärtende Materialien wie Silikone und der Isocyanatanteil von Polyurethanen.“

„Jeder Zweikomponentenklebstoff, unabhängig von der Chemie, verursacht mehr Abfall als ein Einkomponentenklebstoff“, fügt Ellsworth hinzu. „Feuchtigkeitsempfindliche Klebstoffe wie Polyurethane verursachen möglicherweise mehr Abfall, wenn keine Vorkehrungen getroffen werden, um sie vor Feuchtigkeit zu schützen.

„Bei Zweikomponentenklebstoffen entsteht der größte Teil des Abfalls durch manuelles Abwiegen und Mischen in Chargen und den Versuch, ihn während der Lebensdauer in oder auf ein Teil zu bringen“, sagt Ellsworth.

„Bei einem manuellen Auftrag ist es außerdem schwieriger, die richtige Menge Klebstoff aufzutragen“, erklärt Ellsworth. „Es gibt eine optimale Klebeliniendicke und jeder zusätzlich verwendete Klebstoff ist Abfall.

„Zweikomponentenklebstoffe mit sehr kurzen Verarbeitungszeiten erzeugen außerdem mehr Abfall, weil der statische Mischer gespült werden muss oder der Klebstoff zu weit fortgeschritten ist, um aufgetragen zu werden“, betont Ellsworth.

Wie viel Abfall beim Auftragen des Klebstoffs genau anfällt, hängt von mehreren Variablen ab.

„Es verbleiben immer etwa 2 bis 3 Prozent des Klebstoffs im Originalbehälter“, sagt Ellsworth. „Je dicker der Klebstoff ist, desto höher ist der Verlust durch [an den Seiten des Behälters haftendes Material].

„Wenn der Klebstoff zum Auftragen in Kartuschen umgepackt werden muss, verschwenden Sie weitere 2 bis 3 Prozent in der Abfüllausrüstung für die Einrichtung und den verbleibenden Klebstoff in Dosierventilen und Zylindern“, betont Ellsworth.

„Wenn es sich um einen Zweikomponentenklebstoff handelt, entsteht zusätzlicher Abfall im statischen Mischer und das Material wird ausgespült, um eine Phasenverteilung zu erreichen“, fügt Ellsworth hinzu. „Mit Meter-Mix-Geräten verschwenden Sie Material bei der Kalibrierung und Einrichtung. Der höchste kumulierte Abfall, den wir antreffen, liegt bei 10 Prozent, unser Ziel liegt aber eher bei 5 Gewichtsprozent.“

„Selbst mit der besten Ausrüstung sind 3 Prozent Abfall eine vertretbare Zahl“, sagt Sebastian Wagner, Vertriebsingenieur bei Scheugenpflug. „Aber es kommt auf die Anwendung an. Wir haben beispielsweise erlebt, dass einige Automobilhersteller bis zu 20 Prozent ihres Materials verschwenden.

„Vor allem Silikone können Probleme verursachen“, bemerkt Wagner. „Man kann leicht einen ganzen Eimer verunreinigen und muss dann alles wegwerfen.“

„Als Faustregel gilt, dass bei manuellen Dosieranwendungen mehr Abfall entsteht“, behauptet Wagner. „Mit der Automatisierung dosieren Sie nur die Menge, die Sie benötigen. Es verbessert die Genauigkeit und gewährleistet eine vollständige Abdeckung. Sie können das Gerät auf eine Dosiergenauigkeit von 0,1 Millimetern und eine XYZ-Richtungsgenauigkeit von 0,02 Millimetern einstellen. Automatisierte Dosiersysteme ermöglichen zudem eine kontinuierliche Spülung in festgelegten Zeitintervallen.“

„Es entsteht immer Abfall, wenn Klebstoff in einem Behälter übrig bleibt“, fügt Larsen von Graco hinzu. „Allein auf Basis dieses Restmaterials ergibt sich ein Abfallanteil von mindestens 1 bis 5 Prozent.

„Wenn in einem 55-Gallonen-Fass mit einem Gewicht von 450 Pfund noch 2 Prozent Material übrig bleiben, dann sind das 9 Pfund Abfall“, sagt Larsen. „Die Höhe dieses Verlusts hängt davon ab, ob das Material 2 US-Dollar pro Pfund oder 20 US-Dollar pro Pfund kostet. Beispielsweise wären Cyanacrylate im Allgemeinen teurer als Silikone.

„Irgendwann ist jeder Behälter, in dem Ihr Klebstoff geliefert wird, leer“, sagt Larsen. „Aber es wird nicht zu 100 Prozent leer sein.“