Membrantrockner für die Qualitätsprüfung von UV-Farben mit Rheometern

Ständig unter Druck

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Heute zaubern modernste Druckverfahren in Sekundenschnelle Farbe in die Welt und auf so ziemlich jedes Material, das man sich vorstellen kann. Heute setzen sich immer mehr die strahelenhärtenden UV-Farben gegenüber lösemittel- oder wasserbasierender Druckfarben durch. Für den nötigen Druck bei der Qualitätsprüfung sorgen Membrantrockner.

Eine noch recht junge, für die industrielle Anwendung besonders wesentliche Innovation auf dem Gebiet der Druckverfahren sind die strahlenhärtenden UV-Farben. Sie dienen vornehmlich zum Bedrucken von nicht saugenden Materialien, wie Metall und Kunststoff, aber auch von hochwertigen Kartonagen, Mailings und Etiketten.

Glänzende Eigenschaften
UV-Farben sind Druckfarben, die durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht aushärten. Um das zu ermöglichen, enthalten sie sogenannte Fotoinitiatoren, die bei Bestrahlung mit UV-Licht zerfallen und dabei hoch reaktive Bruchstücke bilden. Diese reagieren mit dem Bindemittel, bestehend aus einzelnen Molekülen (Stenomeren) und Molekülen (Eurymeren). So durchlaufen sie einen Polymerisationsprozess, durch den feste, dreidimensionale Netzstrukturen entstehen.
Druckers Liebling sind die strahlenhärtenden Farben vor allem wegen ihrer äußerst guten drucktechnischen Eigenschaften. Der fertige Druck zeichnet sich durch hervorragende chemische, thermische und mechanische Beständigkeit sowie hohe Glanzwirkung aus.
Diese Härtung der UV-Druckfarben erfolgt derart schnell, dass man praktisch ohne jede Wartezeit sofort den nächsten Farbauftrag aufbringen kann. Dadurch eignen sich UV-Farben natürlich besonders für extrem schnelle Fertigungsabläufe und äußerst hohe Produktionsauslastungen.
Perfekte Farbenspiele
Das prächtige Farbenspiel mit strahlenhärtenden Substanzen unterliegt strengen Regeln. Die aufzutragende nur mikrometerdünne Farbschicht härtet in rasanter Geschwindigkeit vollständig aus. Mehr noch als die Verarbeitungsmaschinen steht deshalb die Beschaffenheit der Druckfarbe im Fokus der Qualitätssicherung.
Wohl niemand weiß das besser als die Forscher und Entwickler der Zeller+Gmelin GmbH & Co (ZG) in Eislingen, einem seit über 135 Jahren erfolgreichen Spezialisten für Automobil- und Industrieschmierstoffe sowie Druckfarben. ZG bietet ein ausgereiftes Spezialprogramm an strahlungshärtenden und konventionellen Druckfarben sowie Lacken für Verpackungen, Etiketten, Werbedrucksachen und Sonderaufgaben nach Kundenvorgabe.
Das Thema Qualitätssicherung findet sich bei der Produktion von UV-Farben ganz oben auf der Prioritätenliste von ZG. Neben der sehr genauen Bewertung des jeweiligen Farbtons stehen dabei vor allem die Prüfung von Viskosität und Konsistenz der Farbe im Vordergergrund, die mit Rotationsrheometern erfolgt. Nur wenn diese Kriterien optimal erfüllt werden, sind ein sauberer, gleichmäßiger Verlauf der Farbe auf dem späteren Trägermaterial und eine mikroskopisch glatte Oberfläche ohne störende Partikeleinlagerungen garantiert.
Die eingesetzten Physica-Geräte der Firma Anton Paar Germany GmbH, sind drehmoment- oder drehzahlgesteuert. Bei der Kegel-Platte-Messeinrichtung befindet sich die Probe in einem Scherspalt zwischen einem sehr flachen, von oben aufgebrachten, rotierenden Messkegel und einer Platte. Durch den Kegelwinkel wird eine gleichmäßige Schergeschwindigkeitsverteilung im Messspalt erreicht. Ermittelt wird der Widerstand, den der Stoff der Drehbewegung des Kegels entgegensetzt.
Alternativ zu den Kegel-Platte-Messsystemen werden auch koaxiale Zylindermesssysteme verwendet. Dabei wird die Probe in einem Messspalt zwischen zwei koaxialen Zylindern deformiert, von denen der innere rotiert. Die Steuerung erfolgt entweder über die Drehzahl des Innenzylinders oder über das Drehmoment.
Qualitätsprüfung unter Druck
Aus dem Prinzip der Drehmomentmessung ergibt sich, dass der Antriebsmotor für die Aufnahmewelle des Messsystems das Herzstück eines Rheometers bildet – schließlich muss er in der Lage sein, Kräfte von weniger als ein µNm vorzugeben. Um eine minimale Reibung des Lagers zu gewährleisten, verfügt der Motor der Rheometer über ein Luftlager. Im Vergleich zu kugelgelagerten Messantrieben lassen sich bis zu drei Dekaden kleinere Drehmomente vorgeben und messen.
Das Lager des Antriebsmotors ist als so genanntes „poröses“ Luftlager ausgelegt. Der erforderliche Luftdruck wird nicht punktuell über Düsen eingebracht, sondern über die „Poren“ der im Lager enthaltenen Karbonschicht gleichmäßig aufgebaut. Die Druckluft hat die Aufgabe, ein Luftkissen im Spalt zwischen Lager und Kegelschaft zu erzeugen. Ohne dieses Luftkissen käme es unmittelbar zu einer starken Reibung des Schaftes auf der Karbonschicht – was wiederum zum Verschmieren der Poren und damit zur sofortigen Zerstörung des Lagers führen würde.
Der zuverlässige Aufbau sowie die Verfügbarkeit gleichmäßig sauberer und trockener Druckluft sind zwei der wichtigsten Qualitätssicherungs- und Wirtschaftlichkeitsfaktoren beim Einsatz von Rheometern.
Sauber und vor allem trocken muss die bereitgestellte Druckluft deshalb sein, weil der nur wenige µm breite Lagerspalt des Antriebsmotors selbst durch kleinste Partikel und geringste Feuchtigkeit ebenfalls innerhalb kürzester Zeit irreparabel beschädigt würde.
Anton Paar bedient sich für die optimale Funktion seiner Geräte zur Drucklufttrocknung ausschließlich der Drypoint M-Membrantrockner von Beko Technologies in Neuss. Membrantrockner weisen für den Einsatz bei Rheometern eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber anderen Technologien, etwa Adsorptionstrocknern, auf.
Ganz trocken bewertet
Im Drypoint M-Membrantrockner erfolgt die Trocknung der Druckluft nach dem physikalischen Prinzip der Diffusion durch eine teildurchlässige Membran, wobei die Membranschicht auf der Innenseite von Hohlfasern aufgebracht ist. Im Modul sind zahlreiche solcher Hohlfasern zu einem Bündel zusammengefasst und werden in Längsrichtung von der zu trocknenden Druckluft durchströmt. Als treibende Kraft für die Diffusion ist ein Wasserdampf-Partialdruckgefälle zwischen Innen- und Außenseite der Membran notwendig. Hierfür wird bereits getrocknete Druckluft, so genannte Spülluft, am Ende des Moduls abgezweigt, entspannt und im Gegenstrom über die Membranaußenseite geführt. Die Feuchtigkeit aus der Druckluft diffundiert durch die Membran in die Spülluft und wird mit dieser an die Umgebung abgegeben. Das bedeutet, dass beim Einsatz eines Membrantrockners kein Kondensat anfällt.
Weitere Vorteile der Drypoint M-Membrantrockner: Die Module arbeiten völlig wartungsfrei sowie geräuscharm und benötigen keine elektrische Energie. Membrantrockner funktionieren außerdem völlig unabhängig von ihrer Einbaulage.
Zudem sichern Drypoint M-Membrantrockner die Druckluftaufbereitung innerhalb eines sehr weit gefassten Einsatzspektrums, da sie je nach Auslegung sowohl für Anlagen mit äußerst geringem als auch größerem Abnahmebedarf geeignet sind. So können sie gleichermaßen Bestandteil eines weitläufigen Druckluftnetzes mit zentraler Aufbereitung sein wie auch von „isolierten“ Abnahmestellen mit eigener Druckluftaufbereitung.
Neben den rein verfahrenstechnischen Vorteilen ist es auch diese Flexibilität der Drypoint M-Membrantrockner, die sie für die Qualitätsverantwortlichen von Zeller+Gmellin so interessant machen – bieten sie damit doch nahezu unbegrenzte Optionen, sich auch in andere Fertigungsumgebungen des Unternehmens zur Aufbereitung von Druckluft einzupassen.
Membrantrockner KEM 567
Drucklufttrockner KEM 568
Druckluft-Aufbereitung KEM 569
Qualitätssicherung KEM 570

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Zeller Gmelin Eislingen
Anton Paar Ostfildern
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