Schlussbericht

zum Förderprojekt 033R042

KMU-innovativ: Entwicklung einer Entleerungs- und Verpressanlage für Aerosoldosen (Can Crusher)

Berichtszeitraum: 01.09.2009 bis 31.12.2011 K.E.K. Konzeption Entwicklung Konstruktion GmbH Kemberger Straße 5 06905 Bad Schmiedeberg Bad Schmiedeberg, 25.09.2012

Seite 2

I Kurzdarstellung 1 Aufgabenstellung Die Aufgabe des Projektes bestand in der Entwicklung einer Einrichtung zum Entleeren und Verkleinern von nicht verkaufsfähigen Aerosoldosen. Diese Einrichtung war für den Einsatz bei Aerosolabfüllern bestimmt. Sie sollte einerseits groß genug sein, um einen ausreichen-den Durchsatz zu erreichen, andererseits aber so klein wie möglich, um sie mit geringem Aufwand aufstellen und betreiben zu können. 2 Voraussetzungen Der Hauptgrund für den Bedarf einer solchen Einrichtung wird in den steigenden Kosten für Transporte der ausgesonderten, gefüllten Aerosoldosen zu den großen, zentral gelegenen Entsorgungsunternehmen sowie die dort durchzuführenden Verarbeitungsschritte gesehen. Die Separation von Aerosoldosen und deren Inhalt sowie die Volumenminimierung der ent-leerten Dosen direkt in den Abfüllunternehmen würde eine getrennte Entsorgung mit we-sentlich kürzeren Transportwegen durch regionale Recycling- und Entsorgungsunterneh-men ermöglichen. Zudem kann auch mit einer Verringerung der Umweltbelastung gerech-net werden. Durch den engen Dialog mit einem Aerosolabfüller waren unmittelbare Einblicke in prakti-sche Abläufe und auftretende Probleme bei Abfüllung und Entsorgung möglich. Die Anfor-derungen für die Entwicklungsarbeiten konnten so unmittelbar aus dem Bedarf eines An-wenders abgeleitet werden. Für die Bearbeitung des Vorhabens wurden vorhandene Kapazitäten des Unternehmens-bereiches „Forschung und Entwicklung“ beim Zuwendungsempfänger eingesetzt. Darüber hinaus standen auf Grund einer bestehenden guten Zusammenarbeit mit der Fachabteilung „Explosionsschutz“ der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig umfang-reiche Informationen zu den Regeln des Explosionsschutzes zur Verfügung.

Seite 3

3 Planung und Ablauf des Vorhabens Die Umsetzung des Vorhabens war in folgenden Schritten vorgesehen:

Schritt 1: Ermittlung der Anforderungen (Umfrage bei potenziellen Anwendern, Präzisierung der Entwicklungsaufgabe) Schritt 2: Erarbeitung von Lösungskonzepten (Patentrecherchen, Lösungsvarianten für Teilfunktionen, Gesamtkonzept) Schritt 3: Durchführung der Konstruktionsarbeiten (Technische Unterlagen, Zündgefahrenbewertung, Richtlinien- und Normenkonformität) Schritt 4: Aufbau eines Prototyps (Lieferantensuche, Montage, Betriebsanleitung) Schritt 5: Funktionstest (Tests, Optimierung) Schritt 6: Zulassung, Qualitätssicherung, Vermarktung (Baumusterprüfung, Qualitätssicherungssystem, Demonstrationen, Veröffentlichung) Die Bearbeitung des gesamten Vorhabens sollte in einem Zeitraum von 28 Monaten erfol-gen. 4 Stand der Wissenschaft und Technik Vor Beginn des Vorhabens wurde ermittelt, welche Technologien zum Recycling und zur Entsorgung gefüllter Aerosoldosen zum damaligen Zeitpunkt existierten. Außerdem wurde recherchiert, ob darüber hinaus noch weitere Verfahren in Patent- oder Gebrauchsmuster-schriften beschrieben wurden. Ergebnis der Recherchen war, dass Anlagen zum Recycling und zur Entsorgung gefüllter Aerosoldosen in Europa seinerzeit nur als Großanlagen oder als handbetriebene Kleingerä-te verfügbar waren. Großanlagen:

Größere Entsorgungsunternehmen verwenden sogenannte Dosenshredder. Diese sind für die Verarbeitung sehr großer Stückzahlen ausgelegt. Ihre Funktionsweise besteht darin, dass Aerosoldosen über ein Schleusensystem einer Shredderkammer zugeführt werden, die mit einem Inertgas (z. B. Stickstoff) gefüllt ist. In dieser Umgebung werden die Dosen durch rotierende Schneidrollen zerkleinert. Die dabei anfallenden Wirkstoffe und Treibgase werden aufgefangen und zu Sammelbehältern geleitet. Der verbleibende Metallschrott ge-langt über Transporteinrichtungen zu weiteren Sammelcontainern.

Seite 4

Die aufgefangenen Wirkstoffe und Treibgase wer-den anschließend unter hoher Temperatur ver-brannt. Die durch das Shreddern entstandenen Dosenfragmente können wiederverwertet werden. Solche Anlagen beanspruchen viel Platz und sind damit für den direkten Gebrauch bei Aerosolabfül-lern deutlich überdimensioniert. Der Aufbau der Anlagen ist zudem mit erheblichen Kosten verbunden, die durch ein einzelnes Abfüll-unternehmen kaum oder gar nicht zu tragen wä-ren.

Abb. 1: Spraydosenschredder (Quelle: www.sbh-gmbh.de, 2009)

Handbetriebene und halbautomatische Kleingeräte:

Für Anwender mit geringen Stückzahlen werden Geräte angeboten, bei denen die Zuführung der aussortierten Aerosoldosen einzeln von Hand erfolgt. Über einen Hand-hebel wird die Dose dann mit einem Ein-stechwerkzeug geöffnet. Die ausströmenden Wirkstoffe und Treibgase gelangen in einen unterhalb des Werkzeugs angeordneten Sammelbehälter. Es existieren auch Varianten, bei denen die Dose innerhalb einer Schutzkammer mit ei-nem pneumatisch angetriebenen Einstech-werkzeug geöffnet und nach der Entleerung mit einer Presse zusammengedrückt wird.

Abb. 2: Dosenrecycling-System (Quelle: www.aerosolv.de, 2009)

Seite 5

Infolge der manuellen Bedienung und des Nacheinanderausführens von Entleerung und Verpressung ergeben sich lange Zykluszeiten, die für Aerosolabfüller wirtschaftlich uninte-ressant sind. Automatische Anlagen:

Abb. 3: Dosenzerkleinerer Abb. 4: Automatischer Dosenzerkleinerer (Quelle: www.teemarkcorp.com, 2009) (Quelle: www.srsengineering.com, 2009)

Automatische Anlagen von mittlerem Umfang wurden zu Beginn des Vorhabens nur von Herstellern aus Nordamerika angeboten. Geschäftsaktivitäten dieser Unternehmen in Eu-ropa konnten nicht beobachtet werden. Einen Hinweis auf einen möglicherweise geplanten Eintritt auf dem europäischen Markt liefert die Information der Fa. SRS Engineering, Murrie-ta (USA), dass die von ihr angebotenen Dosenzerkleinerer die Europäische Richtlinie für Sicherheitsanforderungen an Geräte und Sicherungssysteme in explosionsfähigen Atmo-sphären 94/9/EG (ATEX-Richtlinie) erfüllen. Schutzrechte Recherchen in internationalen Patentdatenbanken, die vor Beginn des Vorhabens durchge-führt wurden, hatten zum Ergebnis, dass einige Patente zu Entleerungs- und Verkleine-rungsgeräten für Aerosoldosen bestehen. Diese entsprachen jedoch nicht den Ideen des Zuwendungsempfängers oder waren bereits abgelaufen. Außerdem wurden die beschrie-benen Geräte und Vorrichtungen bisher nicht vermarktet. Beispiele für Patentschriften: EP1029655A2 – Compactor with a shearing mechanism DE4327668A1 – Aerosoldosen-Abfallbeseitigungsvorrichtung US5174344A – Aerosol can recycling apparatus US5181462A – Disposal compactor for aerosol cans

Seite 6

Aus der Tatsache, dass in mehreren Ländern an der Problemstellung gearbeitet wird, ergab sich die Notwendigkeit, während des Vorhabens in bestimmten Abständen die Schutzrecht-situation erneut zu prüfen. Informations- und Dokumentationsdienste Für das zu bearbeitende Thema wurden zahlreiche im Internet frei zugängliche Informati-onsquellen genutzt. Neben den großen Metasuchmaschinen konnten insbesondere aus den folgenden Datenbanken Informationen zum damaligen Stand der Technik gewonnen werden:

Internationale Patentklassifikation (DEKLA, IPC) http://depatisnet.dpma.de/ipc/index.html

esp@cenet (Europe's network of patent databases) http://worldwide.espacenet.com

intute (Internetquellen aus den Bereichen Naturwissenschaft und Technik, bis Juli 2011) http://www.intute.ac.uk/sciences

PortalU (Umweltportal Deutschland) http://www.portalu.de

UMFIS Online (Umweltfirmen-Informationssystem) http://www.umfis.de 5 Zusammenarbeit mit anderen Stellen Das Vorhaben wurde im Wesentlichen vom Zuwendungsempfänger allein bearbeitet. Für einen besseren Einblick in die praktischen Belange von Anwendern fanden jedoch zahl-reiche Gespräche mit einem Aerosolabfüller statt. Des Weiteren wurde eine bestehende Zusammenarbeit mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig zur Be-arbeitung von Fragen des Explosionsschutzes genutzt.

Seite 7

II Eingehende Darstellung 1 Durchgeführte Arbeiten und erzielte Teilergebnisse In der Anfangsphase des Vorhabens wurde zunächst eine Reihe von Informationen zu-sammengetragen.

Potenzielle Anwender Bereits vor Beginn des Vorhabens wurde ermittelt, wie viele Aerosolabfüller in Deutschland und anderen europäischen Ländern aktiv sind. Da nahezu alle Abfüllunternehmen in Ver-bänden organisiert sind, wurden Angaben der FEA (Fédération Européenne des Aérosols – Europäische Aerosolverband, Hauptsitz Brüssel) zugrunde gelegt:

Land Anzahl Aerosolabfüller Land Anzahl

Aerosolabfüller

Österreich 11 Türkei 23

Schweiz 9 Griechenland 4

Belgien & Luxemburg 11 Ungarn 6

Niederlande 10 Tschechien 7

Frankreich 13 Polen 10

Spanien 34 Dänemark 3

Portugal 2 Schweden 3

Großbritannien 23 Finnland 8

Italien 34 Deutschland 36

Tab. 1: Aerosolabfüller in Europa (Quelle: www.aerosol.org, 2009)

Damit teilen sich mindestens 247 Aerosolabfüller den europäischen Markt. Bedarfsermittlung/ Umfrage Für die Ermittlung des Bedarfs in den Abfüllunternehmen wurde ein spezieller Fragebogen erarbeitet. Er beinhaltet Fragen zur gegenwärtigen Entsorgungssituation der Unternehmen (Art der Entsorgung, Stückzahlen, Kosten, technische Angaben) sowie zu den Interessen und Anforderungen der Unternehmen hinsichtlich einer Vor-Ort-Lösung (Durchsatz, Dosen-arten, Aerosolarten, technische Kennzahlen, Kosten). Mit freundlicher Unterstützung der Industriegemeinschaft Aerosole e.V. in Frankfurt a. M. konnten Informationen über das Entwicklungsvorhaben an die deutschen Aerosolabfüller weitergeleitet werden. Parallel wurden Unternehmen direkt kontaktiert und eine Reihe von

Seite 8

Gesprächen durchgeführt. Als Ergebnis dessen zeigte sich nur ein verhaltenes Interesse der Unternehmen am Entwicklungsvorhaben. Größere Unternehmen benötigen Entsor-gungsmöglichkeiten für höhere Stückzahlen; die nur mit einer Großanlage zu bewältigen sind (s. Abschn. I.4). Für mittlere und kleine Aerosolabfüller bedeutet die Umstellung auf eine andere Art der Entsorgung in erster Linie eine zusätzliche Investition. Eine große Rolle spielen für die Abfüllunternehmen auch die Themen Explosionsschutz und Emissionsschutz. In diesen Bereichen werden nach den bisherigen Erfahrungen der An-wender zahlreiche Probleme bei der Umsetzung des Vorhabens vermutet. Diejenigen Unternehmen, die Interesse bekundet hatten, machten folgende Angaben: Pro Monat müssen zwischen 15 und 75 Tausend Aerosoldosen entsorgt werden. Das ver-ursacht Kosten von 5 bis 50 Tausend Euro. Die Dosen werden von den Entsorgungsunter-nehmen abgeholt und bis zu 400 km weit bis zur Verarbeitung transportiert. Die Preisvor-stellungen, die die Unternehmen teilweise zum Ausdruck brachten, setzten dem Vorhaben enge Grenzen. (Bem.: Die Zahlenwerte sind gemittelt und können keinem bestimmten Unternehmen zugeordnet werden.)

Anforderungsliste Mit den bis zu diesem Zeitpunkt verfügbaren Informationen wurde eine vorläufige Anforde-rungsliste gemäß VDI-Richtlinien 2221 und 2222 erstellt. Wichtigste Kennziffer in dieser Liste ist der Durchsatz von 500 Aerosoldosen pro Stunde. Damit könnten unter Berücksichtigung von Wartungs- und Reinigungsintervallen bei ein-schichtiger Auslastung etwa 70.000 Aerosoldosen pro Monat entleert und verpresst wer-den. Für die Verarbeitung einer Dose stünden damit etwa sieben Sekunden zur Verfügung. Aerosoldosen weisen unterschiedliche, genormte Durchmesser auf. Gemäß der Norm DIN EN 15007 liegen diese bei Weißblechdosen mit einer Öffnung Ø 25,4 mm zwischen 45 und 65 mm. Aluminiumdosen besitzen nach der Norm DIN EN 15008 Durchmesser zwischen 35 und 80 mm. In geringerem Maße werden auch Aluminiumdosen mit einer Öffnung Ø 15 mm verwendet, deren Durchmesser zwischen 22 und 45 mm liegt. Als Mindestanforderung für die zu entwickelnde Anlage wurde ein Durchmesserbereich von 35…70 mm festgelegt. Auf analoge Weise wurde für die Höhen der zu verarbeitenden Dosen ein Bereich von 60…300 mm als Mindestanforderung in die Liste aufgenommen.

Seite 9

Die Dosen sollen gemischt (unsortiert) zugeführt werden können, ohne dass dabei aufwän-dige Umrüstarbeiten notwendig sind. Diese Anforderung wurde von potenziellen Anwen-dern mit Nachdruck formuliert, da eine Vorsortierung mit so großem Aufwand verbunden wäre, dass die Kostenvorteile durch die Entleerungs- und Verpressanlage wieder verloren gehen würden. Während der Dosenentleerung können sich die ausströmenden Gase mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft mischen, sofern keine weiteren Maßnahmen ergriffen werden. Dabei entstehen mit hoher Wahrscheinlichkeit Gaskonzentrationen, die oberhalb der unteren Ex-plosionsgrenze (UEG) liegen. Damit wäre im laufenden Betrieb ständig ein zündfähiges Gasgemisch vorhanden. Nach den Regeln des Explosionsschutzes soll den primären Ex-plosionsschutzkonzepten Vorrang vor den Zündschutzmaßnahmen (sekundärer Explosi-onsschutz) und den konstruktiven Schutzmaßnahmen (tertiärer Explosionsschutz) gegeben werden. Darum wurde als Anforderung festgelegt, die Entstehung einer explosionsfähigen Atmosphäre zu verhindern. Für die Teile der Anlage, in denen Zündgefahren auftreten könnten, wurde die Gerätekate-gorie II 2 G gemäß ATEX-Richtlinie, Anhang I als Anforderung aufgenommen. Damit würde der Schutzgrad „Hoch“ erreicht. Funktionsstruktur Mit der Anforderungsliste als Grundlage wurde eine allgemeine Funktionsstruktur einer Ent-leerungs- und Verpressanlage erarbeitet. In dieser sind die wesentlichen Teilfunktionen sowie die Gesamtfunktion der Anlage dargestellt (Abb. 5). Aus ihr geht hervor, dass folgende Teilfunktionen realisiert werden müssen:

Trennen (von Dose und Inhalt)

Bearbeiten (=Verpressen der geleerten Dosen)

Diese zwei Teilfunktionen bilden den Kern der Anlage und werden deshalb als primä-re Teilfunktionen betrachtet.

Speichern

Transportieren

Vereinzeln

Steuern

Energie wandeln

Energie zuführen

Diese Teilfunktionen ermöglichen bzw. verbinden obige Teilfunktionen und wer-den als sekundäre Teilfunktionen angese-hen.

Tab. 2: Teilfunktionen der Funktionsstruktur

Sei

te 1

0

Abb

. 5: F

unkt

ions

stru

ktur

der

Ent

leer

ungs

- und

Ver

pres

sanl

age

Seite 11

Trennen Für die Teilfunktion des Trennens der Dose und ihres Inhaltes waren folgende Lösungsan-sätze (Wirkprinzipien) in der Diskussion:

An- oder Abschneiden des Fußes oder des Kopfes der Aerosoldose senkrecht zur Mit-telachse Ausströmen der Treibgase und Inhaltsstoffe auf Grund des Gasdrucks Die Prozesse sollen unter Ausschluss von Sauerstoff ablaufen (mittels Schutzgas oder Schutzflüssigkeit) Diese Variante wurde verworfen, da der Einsatz von Schutzmedien kostenintensiv ist und der Prozess des Aufschneidens von dünnwandigen, unter Druck stehenden Dosen nicht sicher reproduziert werden kann. Shreddern der Dose mit rotierenden Schneidrädern Freisetzen der Treibgase und In-haltsstoffe Auch in diesem Fall soll mit Hilfe eines Schutzgases oder einer Schutzflüssigkeit eine Mi-schung der Treibgase mit Sauerstoff verhindert werden. Die Variante wurde wegen der zu erwartenden hohen Kosten für die Schutzmedien und wegen der ungerichteten, zufälligen Bewegung des frei werdenden Doseninhalts eben-falls verworfen. Neutralisierung der Treibgase durch chemische Reaktion mit geeigneten Substanzen Gefahrloses Öffnen der Dose Entnahme des Inhalts Da bisher kein physikalisch-chemisches Verfahren bekannt ist, das die gewünschte Funk-tion (Umwandlung eines unter Druck stehenden Gases in eine drucklose Flüssigkeit oder einen Festkörper bei Raumtemperatur) erfüllt, wurde dieses Prinzip nicht weiter verfolgt. Eine solche Aufgabe könnte innerhalb eines Projektes der Grundlagenforschung bearbei-tet werden. Öffnen der Dose mit einem speziellen Werkzeug Treibgase und Inhaltsstoffe strömen auf Grund des Gasdrucks aus der entstandenen Öffnung Als mögliche Werkzeuge wurden Hohlnadelwerkzeuge und massive Werkzeuge disku-tiert. Bei Einsatz von Hohlnadelwerkzeugen strömen Treibgase und Inhaltsstoffe unmittelbar nach Durchstoßen des Dosenkörpers durch den Hohlraum nach außen. Bei Massivwerk-zeugen steht erst nach dem Zurückziehen des Werkzeugs eine Ausströmöffnung zur Ver-fügung (wenn von kleinen Rissen am Rand der Dosenöffnung abgesehen wird). Das Prinzip wurde im Vergleich zu den oben genannten als am kostengünstigsten ange-sehen. Es ist mit einer linearen Hin- und Herbewegung mechanisch leicht zu realisieren und wurde letztendlich ausgewählt.

Seite 12

Bearbeiten Zum Bearbeiten der geleerten Dose wurde von vornherein das Wirkprinzip des Pressens ausgewählt. Wenn die Teilfunktion Bearbeiten etwas allgemeiner als Volumenverkleinerung von geleerten Aerosoldosen formuliert wird, ergeben sich weitere Lösungsvarianten: Shreddern der Dose mit rotierenden Schneidrädern Erzeugung von Schnittgut aus klei-nen Metallstücken ohne oder nur mit sehr geringen Hohlräumen Mit den geschnittenen Metallstücken kann eine wesentlich höhere Packungsdichte als mit vollständigen Dosen erreicht werden. Wie oben dargestellt kann mit diesem Prinzip gleichzeitig auch die Teilfunktion Trennen realisiert werden. Wegen des hohen Aufwandes für Schutzmaßnahmen wurde es jedoch nicht weiter verfolgt. Einschmelzen der geleerten Dosen Dosenkörper verlieren ihre Form und werden flüs-sig Das Volumen verringert sich damit sehr stark. Dieses Prinzip kann in einer kompakten Anlage jedoch nicht mit vertretbarem Aufwand umgesetzt werden.

Speichern Die Teilfunktion Speichern wird mehrfach benötigt: Einerseits muss ein bestimmter Vorrat an Aerosoldosen zur Verarbeitung bereitgestellt werden. Andererseits müssen die von den Dosen getrennten flüssigen Inhaltsstoffe sowie die leeren Dosen bis zu ihrer Entsorgung zwischengespeichert werden. Von den möglichen Varianten zur Bereitstellung der Dosen wurden die folgenden betrach-tet: Dosen befinden sich ungeordnet, mehrlagig in einem Vorratsbehälter Dosen hängen einzeln in Aufnahme- oder Klemmeinrichtungen Dosen liegen ungeordnet/ geordnet, einlagig im Pufferbereich eines Transportbandes/ einer geneigten Ebene

Welche dieser Varianten letztendlich zum Einsatz kommt, muss in jedem Fall mit dem An-wender abgestimmt werden. Es wäre auch möglich, ganz auf eine Speicherung bei der Be-reitstellung zu verzichten, wenn ein Bediener die Dosen manuell aufgibt. Das hätte den Vorteil, dass gleichzeitig eine permanente Überwachung der Anlage stattfinden kann. Für die Speicherung der entleerten Dosen sind prinzipiell die gleichen Varianten wie bei der Bereitstellung möglich. Da jedoch die Verarbeitung der Dosen mit dem Ziel erfolgt, mög-lichst viel Material auf kleinem Raum zusammenzufassen, sind die Einzelaufhängung und

Seite 13

die einlagige Pufferung wegen des höheren Platzbedarfs nicht geeignet. Daher wurde der Einsatz von Vorrats- bzw. Sammelbehältern gewählt. Diese Entscheidung wurde auch für das Speichern der flüssigen Inhaltsstoffe getroffen. Transportieren Zur Realisierung der Teilfunktion Transportieren sind sehr viele Wirkprinzipien bekannt. Für Aerosoldosen unterschiedlicher Größe kommen u. a. folgende in Frage: Einsatz von Transportbändern Verwendung beweglicher Greifer/ Klemmvorrichtungen zum Einzeltransport der Dosen Nutzung der Schwerkraft auf Gefällestrecken Einsatz von Magneten (Dieses Prinzip ist nicht für Aluminiumdosen anwendbar.) Verwendung von Schiebeeinrichtungen, Hub-, Dreh- und Kippmechanismen

Für diejenigen Transportaufgaben, bei denen mehrere Dosen gleichzeitig transportiert wer-den sollen, fiel die Wahl auf eine Kombination von Transportbändern, Schiebeeinrichtun-gen, Hub-, Dreh- und Kippmechanismen. Für den Fall, dass die Dosen einzeln manuell aufgegeben werden sollen, braucht keine Lösung entwickelt werden. Die Transportaufgaben, bei denen die Dosen einzeln transportiert werden müssen, sollen durch bewegliche Greifer erledigt werden. Hier bieten insbesondere pneumatische Antriebe und Handhabungssysteme Möglichkeiten, schnelle Greifvorgänge und Ortswechsel zu rea-lisieren. Vereinzeln Die Teilfunktion Vereinzeln muss vor der Primärfunktion Trennen realisiert werden. Sie wird in der Handhabungstechnik der Aufgabe „Zuteilen“ zugeordnet. Zuteilungsaufgaben für ein Teil lassen sich auf drei Arten lösen: Rückhalte-Prinzip Hierbei wird jeweils ein Teil freigegeben; die übrigen Teile werden durch eine Sperre zu-rückgehalten. Bei diesem Prinzip wird das freigegebene Teil meist durch Schwerkraft be-wegt. Schiebe-Prinzip Schiebeelemente üben Kraft auf ein Teil aus und teilen es zu. Greif-Prinzip Ein Teil aus der Ausgangsmenge wird durch einen Greifer erfasst und zum gewünschten Ort bewegt.

Seite 14

Das Handhabungsgut besteht aus zylindrischen Elementen verschiedener Größe und ist – sofern es nicht manuell aufgegeben wird – ungeordnet und ungerichtet. Wenn vom Anwen-der gewünscht wird, dass die Zufuhr der Dosen automatisch erfolgen soll, wird nach einer integrierten Handhabungslösung gesucht, die die Aerosoldosen gleichzeitig richtet und im Weitergeben mittels des Schiebe-Prinzips vereinzelt. Bei manueller Aufgabe der Dosen durch einen Bediener wird die Vereinzelung durch die-sen mit erledigt. Dafür sind zwei Prinzipe anwendbar: Bestückung einer Übergabestation im Verarbeitungstakt Bestückung einer Pufferstrecke Während der Bearbeitung des Puffervorrats kann der Bediener An- und Abtransport des Verarbeitungsgutes sowie Überwachungsaufgaben erledigen.

Steuern Auf der Grundlage der getroffenen Entscheidung, für die Antriebe pneumatische Aktoren zu verwenden, wurde festgelegt, als Wirkprinzip der Steueraufgaben die Umwandlung elektri-scher in mechanische Energie mit Hilfe von Magnetfeldern einzusetzen. Hierfür stehen von vielen Herstellern durch Magnetspulen betätigte Pneumatikventile zur Verfügung. Mit die-sen können die Aktoren unmittelbar oder über pneumatische Zwischenglieder angesteuert werden. Energiezufuhr Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass die notwendige Energie zum Betrieb der Vorrichtung aus den elektrischen und Druckluftnetzen bezogen werden können, die vor Ort vorhanden sind. Besteht kein Druckluftnetz, ist zusätzlich zur Entleerungs- und Verpress-vorrichtung auch die Anschaffung und der Betrieb eines Kompressors notwendig. Parameterbestimmung für Lösungsvarianten der primären Teilfunktionen Für die Entleerung der Aerosoldosen mit einem Einstechwerkzeug musste ermittelt werden, an welcher Stelle die Dose am besten geöffnet werden kann welche Werkzeugform am besten geeignet ist welcher Öffnungsquerschnitt optimal ist mit welcher Kraft und Geschwindigkeit das Werkzeug auf die Dose einwirken muss, um eine Ausströmöffnung zu erzeugen wie lange ein Entleerungsvorgang dauert

Seite 15

Hierfür wurden einfache Tests mit massiven Einstechwerkzeugen durchgeführt. Solche Werkzeuge sind als Normalien im Werkzeughandel in unterschiedlichen Größen und Aus-führungen kostengünstig erhältlich.

Abb. 6: Einstechwerkzeuge (Handelsübliche Normalien)

Die Vorversuche ergaben als Resultat, dass die Dosen am Boden geöffnet werden sollten. Abb. 7a: Öffnung im Dosenmantel Abb. 7b: Öffnung im Dosenboden

Für den Schneidvorgang im Dosenmantel wird zunächst einmal weniger Kraft als für die Öffnung im Dosenboden benötigt, da die Wandstärke im Mantel geringer als am Boden ist (Beispiel Aluminiumdose: Mantelstärke = 0,28…0,4 mm / Bodenstärke = 0,6…0,8 mm). Dem steht jedoch als Nachteil gegenüber, dass bei der Öffnung im Mantel das Einstech-werkzeug von außen gegen eine gekrümmte Fläche arbeitet. Das führt zu einer mecha-nisch instabilen Situation, welche unkontrollierte Ausweichbewegungen der Dose zur Folge haben kann. Abb. 7a+b zeigen deutlich, dass sich um die eigentliche Öffnung herum noch eine Eindruckzone bildet, deren Größe nicht vorhergesagt werden kann. Dies würde eine

Seite 16

Abdichtung der Öffnung sehr erschweren. Eine weitere Schwierigkeit bei der Abdichtung besteht im Finden einer geeigneten 3D-Geometrie für einen Dichtungskörper. Bei einer Öffnung im (gewölbten) Dosenboden drückt das Werkzeug von innen gegen die gekrümmte Fläche, was zu einer mechanisch stabileren Situation führt. Eine zusätzliche Verformung des Bodens in der Umgebung der Öffnung wurde nicht beobachtet. Die Ab-dichtung könnte mit einem rotationssymmetrischen Dichtungskörper realisiert werden. Die Ermittlung der geeigneten Werkzeugform konnte zunächst nur mit den zur Verfügung stehenden Normalien (Kegelspitze, Schneidzylinder – s. Abb. 6) vorgenommen werden. Ergebnis des Vergleichs war, dass Werkzeuge mit Kegelspitze zuerst mit wenig Kraftauf-wand in die Wandung eindringen, bei weiterer Bewegung bis zum Kegelfuß aber zuneh-menden Widerstand durch Reibungskräfte erfahren, da das Dosenblech durch den Werk-zeugkegel aufgerissen (nicht geschnitten) wird. Bei Verwendung von zylindrischen Schneidwerkzeugen findet ein reiner Schneidvorgang statt, der eine Entleerungsöffnung mit wiederholbarer Kontur erzeugt. Die maximale Kraft während des Eindringens ist geringer als bei den Werkzeugen mit Kegelspitze und gleichem Schaftdurchmesser. Abb. 8a: Gerissene Öffnung durch Werkzeug Abb. 8b: Geschnittene Öffnung durch zylindrisches mit Kegelspitze Schneidwerkzeug

Daher wird der Einsatz zylindrischer Schneidwerkzeuge favorisiert. Für die Wahl eines geeigneten Öffnungsquerschnitts sind gegensätzlich wirkende Faktoren zu berücksichtigen: Je kleiner der Querschnitt, umso länger die Entleerungsdauer der Do-sen je größer die Öffnung, desto größer die notwendige Scherkraft zur Erzeugung der Öffnung. Hinzu kommt, dass bei einer großen Öffnung der Druck im Inneren der Dosen sehr schnell abfällt. Das hat zwei Auswirkungen: Für die letzte Phase der Entleerung steht möglicherweise nicht mehr genug Bewegungsenergie zum Ausströmen zur Verfügung, so dass Teile des Inhalts in der Dose zurückbleiben und später heraustropfen bzw. ausgasen.

Seite 17

Die in den Tests beobachtete Abkühlung auf Grund des Joule-Thompson-Effekts könnte bei Dauerbetrieb zu einer Vereisung von Anlagenteilen führen. Im Ergebnis der Tests fiel die Entscheidung auf Schneidwerkzeuge mit einem Durchmesser von 4…12 mm. Es wurde ein Vorzugswert von 8 mm festgelegt, der nach den gemachten Erfahrungen einen guten Kompromiss zwischen Entleerungsdauer und aufzubringender Scherkraft darstellt. Aus dem Bestand des Zuwendungsempfängers wurden pneumatische Zylinder verschie-dener Kolbengrößen genutzt, um die notwendige Schneidkraft für das Werkzeug zu ermit-teln. Die Zylinder wurden gedrosselt betrieben, um die Schlagenergie beim Auftreffen des Werkzeugs auf die Dose zu begrenzen. Diese darf nach DIN EN 13463-1 maximal 125 Nm bei funkenarmen Werkstoffpaarungen und maximal 10 Nm bei anderen Werkstoffpaarun-gen betragen, wenn entzündliche Stoffe der Explosionsgruppen IIA und IIB auftreten kön-nen. Gute Resultate brachte der Einsatz eines Zylinders mit 80 mm Kolbendurchmesser. Bei einem Arbeitsdruck von 0,6 bar wird damit eine Kraft von ca. 3 kN erzeugt. Das Werkzeug kann damit mit einer Geschwindigkeit von weniger als 0,5 m/s eine Öffnung in den Dosen-boden schneiden. Die überschlägige Schätzung der Schlagenergie ergibt Werte deutlich unter 1 Nm, was die Bildung von Zündfunken beim Auftreffen sicher verhindert. Die gemessenen Zeiten für die Entleerungsvorgänge lagen im Bereich von 3…6 Sekunden. Hauptsächliche Einflussfaktoren waren das Dosenvolumen und der anfängliche Innen-druck. Die beobachteten Strömungsgeschwindigkeiten waren teilweise sehr hoch. (Zahlen-werte dazu wurden noch nicht ermittelt.) Daraus ergeben sich erhöhte Anforderungen an die Dichtung, die innerhalb der Entleerungs- und Verpressanlage die ausströmenden Treibgase und Inhaltsstoffe von der Umgebung trennen soll (siehe unten). Da die Entleerungszeiten zum Teil schon nahe an der gestellten Anforderung einer Taktzeit von sieben Sekunden liegen, wurde entschieden, die primäre Teilfunktion Bearbeiten (Ver-pressen der Dosen) während des Entleerungsvorgangs durchzuführen und dafür eine in-tegrierte Lösung zu entwickeln. Das Verpressen der Dosen kann auf zwei Arten erfolgen: Parallel zur Mittelachse Senkrecht zur Mittelachse

Seite 18

Abb. 9a: Verpresste Dose Abb. 9b: Verpresste Dose Richtung parallel zur Mittelachse Richtung senkecht zur Mittelachse

Eine Verpressung parallel zur Mittelachse hat den Vorteil, dass sie in derselben Richtung erfolgt, in der das Einstechwerkzeug beim Entleerungsvorgang arbeitet. Da der Dosenbo-den während der Verpressung nicht oder nur unerheblich verformt wird, wäre es möglich, den Pressvorgang gleichzeitig mit der Entleerung ablaufen zu lassen. Daraus könnte eine integrierte Lösung abgeleitet werden. Ein Nachteil dieser Variante liegt in der hohen Kraft, die für die Deformation der Dosen nö-tig ist. Die Vorversuche ergaben Werte von 4…5 kN. Abb. 9a+b zeigen, dass die Ursache für diese hohen Kräfte im wesentlich höheren Ausmaß der Verformungen und der dafür benötigten höheren Energie liegt. Wird die Dose dagegen senkrecht zur Mittelachse verpresst, liegt die notwendige Kraft nur bei 1,5…2,5 kN. Allerdings kann der Pressvorgang erst nach Beendigung des Entleerungs-vorganges gestartet werden. Anderenfalls würde der Dosenboden mit der Entleerungsöff-nung bereits während der Entleerung stark verformt, was die Abdichtung der Öffnung un-wirksam machen oder die Öffnung selbst weitgehend wieder verschließen könnte. Eine in-tegrierte Lösung wäre daher in diesem Fall nicht möglich. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wurde die Variante des Verpressens parallel zur Mittelachse ausgewählt. Der maximale Zeitbedarf für den integrierten Vorgang des Entlee-rens und Verpressens würde bei ca. 6 s liegen.

Seite 19

Entwurf (Grobgestaltung) Auf der Basis der gewählten Wirkprinzipien wurde nachfolgend erläuterter Entwurf erarbei-tet. Abb. 10: Entleerungs- und Abb. 11: Baugruppe vor und nach der Bearbeitung Verpressbaugruppe einer Aerosoldose

Das Kernstück der Anlage bildet die in Abb. 10 dargestellte Entleerungs- und Verpressbau-gruppe. In ihr werden die zu verarbeitenden Dosen mit der Anrollung am oberen Ende der Schulter in einen Presskopf eingehängt. Abb. 12: Presskopf mit Abb. 13: Eingehängte Dose (Schulter) Dosenaufnahme vor und während der Verpressung

Anschließend wird die Dose durch einen pneumatischen Zylinder mit einem Kolbendurch-messer von mindestens 100 mm nach unten in eine Entleerungskammer hinein bewegt. Abb. 14: Drei Phasen des Entleerungs- und Verpressungsvorganges

Seite 20

Die Dose wird dadurch mit dem Boden auf einem Federtisch abgesetzt und zusammen mit diesem weiter nach unten bewegt. Nach einigen Millimetern wird ein ebenfalls gefederter, speziell geformter Dichtungsring erreicht, der mit zunehmender Kraft an den Dosenboden angedrückt wird. Nach Fortsetzung der Bewegung setzt der Dosenboden schließlich auf einem feststehenden Einstechwerkzeug auf und wird durchstoßen. Die Treibgase und In-haltsstoffe können ab diesem Moment senkrecht nach unten ausströmen. Sie gelangen über einen direkt unter der Dose angeordneten Anschluss durch einen Schlauch in den Sammelbehälter. Um die Strömung bereits von Beginn an zu ermöglichen, ist das Werkzeug an seiner Aus-senseite mit eingefrästen Längsnuten versehen. Hierdurch steht ein Strömungsquerschnitt ähnlich einem Hohlnadelwerkzeug zur Verfügung. Im Unterschied zu diesem ist eine Reini-gung aber hier wesentlich einfacher. Zur selben Zeit drückt der Presskopf die Dose weiter nach unten bis der Federtisch seine untere Endlage einnimmt. Damit beginnt der Pressvor-gang, bei dem die Dose längs zur Mittelachse zusammengefaltet wird. Der Entleerungsvor-gang wird dabei unterstützt. Wenn der Presskopf seine untere Endlage erreicht hat, ist die Dose nahezu vollständig entleert und verpresst. Der pneumatische Zylinder zieht daraufhin den Presskopf mit der Dose wieder nach oben aus der Entleerungskammer. In der oberen Endlage kann das Pressgut dann wegtransportiert werden. Da zu den etwa 6 s der Bearbeitung noch die Zeiten für das Zurückziehen des Presskopfes sowie für Zuführung, Entnahme und Abtransport der Dosen hinzugerechnet werden muss, kann der geforderte Bearbeitungszyklus von 7 s nicht eingehalten werden. Deshalb wurde entschieden, zwei Entleerungs- und Verpressbaugruppen zu verwenden, die die Dosen abwechselnd bearbeiten. Dafür wurde der in Abb. 15 dargestellte Aufbau gewählt. Abb. 15: Grundlegender Aufbau der Anlage

Seite 21

Abb. 16: Transport- und Bearbeitungszyklus Abb. 17: Transportbaugruppe

Um eine zentral gelegene Transportbaugruppe sind zwei Entleerungs- und Verpressbau-gruppen sowie eine Übergabestation in einem Winkel von je 120° angeordnet. Die Transportbaugruppe besteht aus zwei Greifelementen und einer zweiteiligen Auffang-schale, deren Hälften sich zur Seite wegdrehen lassen. Die genannten Elemente sind um eine gemeinsame Vertikalachse drehbar und können mit pneumatischen Antrieben radial aus- und eingefahren werden. Damit können drei Vorgänge gleichzeitig realisiert werden. Der Zyklus ist so gestaltet, dass durch ein Greifelement eine Dose von der Übergabestation übernommen, durch das zweite Greifelement eine früher aufgenommene Dose an eine Ent-leerungs- und Verpressstation übergeben sowie eine verpresste Dose von der anderen Entleerungs- und Verpressstation in die Auffangschale abgezogen wird. Nachdem alle drei Elemente zur Mitte zurückgezogen wurden, beginnt die Entleerungs- und Verpressstation, die mit einer neuen Dose bestückt wurde, mit der oben beschriebenen Abwärtsbewegung. Gleichzeitig führt die gesamte Transportbaugruppe eine 120°-Rotation aus. Nach der Hälfte des Weges befindet sich die Auffangschale genau über einer Gefälle-strecke. Die Schalenhälften werden dann zur Seite weggedreht, so dass die verpresste Do-se nach unten fällt und über das Gefälle zu einem Sammelbehälter weitergeleitet wird. Bis zum Ende der Rotation werden die Schalenhälften wieder geschlossen und können dann

Seite 22

eine andere verpresste Dose aufnehmen. Durch Wiederholung der Abläufe in umgekehrter Richtung wird der Zyklus geschlossen (Abb. 16). Dichtung Für die Abdichtung des Dosenbodens während der Bearbeitung wird ein gefedertes Dicht-element verwendet, das an der Oberseite mit einer Krümmung versehen ist.

Abb. 18a: Dichtelement Abb. 18b: Dichtelement, eingebaut

Der elastische Teil muss gegen eine Vielzahl von Stoffen chemisch beständig sein. Dazu wurde eine Übersicht gebräuchlicher Treibgase und gegen diese beständiger Dichtungs-werkstoffe erstellt. Treibgas Beständige Dichtungswerkstoffe

Ethanol CR, EPDM, FFKM, FKM, FVMQ, HNBR, NBR, (VMQ) Isopropanol (CR), EPDM, FFKM, FKM, FVMQ, (HNBR), (NBR), VMQ Aceton EPDM, FFKM, (FKM) Ethylacetat (EPDM), FFKM Triethylamin (EPDM), FFKM, FKM, (VMQ) Heptan ACM, (AU), (CR), FFKM, FKM, FVMQ, HNBR, NBR n-Butylacetat (EPDM), FFKM, (FKM) Butan 1,2 bar ACM, (AU), (CR), FFKM, FKM, FVMQ, HNBR, NBR Isobutan 2,1 bar ACM, AU, FFKM, FKM, FVMQ, HNBR, NBR Propan/ Butan 4,0 bar (ACM), (AU), (CR), FFKM, FKM, (FVMQ), HNBR, NBR Dimethylether (AU), EPDM, FFKM, (FKM)

Tab.3: Treibgase und beständige Dichtungswerkstoffe (Quelle: http://tss-static.com/remotemedia/media/ globalformastercontent/downloadsautomaticlycreatedbyscript/catalogsbrochures/mat_chem_comp_de.pdf)

Seite 23

Daraus ist ersichtlich, dass FFKM gegen die meisten Treibgase beständig ist. Bei diesem Stoff handelt es sich um ein Perfluorelastomer, das im Gegensatz zum ebenfalls universell beständigen PTFE auch mit Oberflächenhärten unter 70 Shore A hergestellt werden kann. Damit kann eine bessere Anpassung der Dichtung an die jeweilige Geometrie des Dosen-bodens erreicht werden. Allerdings liegt der Preis von FFKM extrem hoch. Entlüftung Die Abluftanlage muss gemäß den Explosionsschutzregeln ausgeführt werden. Wichtigste Kennzahl ist die Luftwechselrate (Häufigkeit, mit der das Luftvolumen im Inneren der Anla-ge komplett ausgetauscht wird). Nach Konsultationen von Lüftungsfachleuten wurde ein Wert von 25…30 Luftwechseln/ Stunde zugrunde gelegt. Die Luft muss vor allem an den Stellen abgesaugt werden, an denen die höchste Wahr-scheinlichkeit für das Entstehen einer explosionsfähigen Atmosphäre besteht. Das sind zum einen die Entleerungskammern und zum anderen der Transportweg, den die verpress-ten Dosen nach der Bearbeitung bis zum Sammelbehälter zurücklegen. Abb. 19a: Entlüftungsschwerpunkt Abb. 19b: Entlüftungsschwerpunkt Entleerungskammer Transportzone

Aus den Sammelbehältern muss die Luft ebenfalls abgesaugt werden, da eventuelle Reste in den verpressten Dosen ausgasen können.

Absaugstutzen Transportzone (Absauggebiet)

Seite 24

Dauertests Während der Grobgestaltungsphase hat sich beim Zuwendungsempfänger ungeplant die Möglichkeit ergeben, eine zur Demontage vorgesehene Maschine so umzubauen, dass die Primärfunktionen im Dauerbetrieb getestet werden konnten. Für den Umbau standen zu 80% betriebseigene Mittel zur Verfügung. Daher wurde entschieden, die Mittel des Zuwen-dungsgebers für den Prototypen noch aufzusparen und stattdessen die vorhandene Ma-schine zu entkernen und für Dauertests von Entleerung und Verpressung umzurüsten. Zu dieser Zeit wurden für einen anderen Zweck Räumlichkeiten geschaffen, in denen die Verarbeitung lösungsmittelhaltiger Flüssigkeiten ab 2012 vorgesehen war. Da diese Pro-duktionsräume mit Gaswarntechnik, einem geerdeten Fußboden und einer Entlüftungsan-lage ausgestattet werden sollten und zwischen der geplanten Fertigstellung und dem Nut-zungsbeginn ein zeitlicher Abstand von vier Monaten bestand, sollte die Gelegenheit ge-nutzt werden, die umgebaute Maschine in diesem Zeitraum in den ATEX-konform ausge-rüsteten Räumlichkeiten zu betreiben. Die baulichen Voraussetzungen der Maschine machten jedoch eine kleine Einschränkung notwendig: Die Aerosoldosen konnten in ihr nur nacheinander entleert und verpresst wer-den. Das hatte aber wiederum den Vorteil, dass die beiden Prozesse noch einmal getrennt betrachtet werden konnten.

Abb. 20: Umgebaute Maschine für Dauertests Entleeren und Verpressen

Seite 25

Gewonnene Erkenntnisse Der automatische Entleerungsvorgang wurde getestet, indem die Dosen mit einem vorhan-denen, pneumatisch angetriebenen Greifelement zuerst auf eine Flachdichtung abgestellt wurden. Anschließend wurde ein schweres Schutzrohr mit einem eingebauten Niederhalter pneumatisch abgesenkt. Damit konnte die Dose fixiert und mit dem Rand des Bodens in die Dichtung eingedrückt werden. Abb. 21a: Entleerungstisch mit gefüllter, auf Abb. 21b: Geschlossenes Schutzrohr Flachdichtung abgestellter Dose mit integriertem Niederhalter

Durch eine Öffnung in der Bodenplatte in der Schutzkammer wurden dann verschiedene Einstechwerkzeuge durch den Dosenboden gedrückt. Abb. 22a: Einstechwerkzeug (Beispiel) Abb. 22b: Werkzeug-Antrieb und Abfluss

Seite 26

Dann wurde die Dauer des Entleerungsvorganges über eine Abflussleitung bis zu einem Sammelbehälter ermittelt. Zusammenfassend lässt sich folgendes zum Entleerungsvorgang feststellen: Die Entleerungsdauer ist wesentlich höher als bei den Vorversuchen. Es wurden Zeiten bis zu 12 s gemessen. Die Ursache wird im zusätzlichen Strömungswiderstand gesehen, der durch die Abflussleitung entstanden ist. Die Dosen sind nicht zu 100% entleert, was häufig zum Nachtropfen des Inhalts aus der Bodenöffnung führt. Bei höheren Stückzahlen ergeben sich solche Mengen, dass eine zunehmende Verschmutzung der Anlage auftritt.

Abb. 23a: Verschmutzung von Aluminiumteilen Abb. 23b: Verschmutzung von Edelstahlblechen

Überraschenderweise kam es auch zu Rostbildung auf Aluminiumteilen, was die Wahr-scheinlichkeit für die Entstehung von Zündfunken bei herabfallenden Metallteilen vergrö-ßert. Auf den benetzten Oberflächen bildeten sich immer stärker werdende Schichten aus Rückständen, die nach dem Ausgasen der flüchtigen Bestandteile sehr adhesiv wurden. Die Folge waren immer häufigere Betriebsstörungen. Bei einem Einstechwerkzeug mit zylindrischer Form wird das herausgeschnittene kreis-förmige Bodenplättchen zunächst ins Innere der Dose gedrückt, dann aber mit den aus-strömenden Inhalten wieder zur Bodenöffnung transportiert, wo es zu einem Blockieren der Öffnung führen kann. Eine gewisse Verbesserung wurde durch ein zweites Einste-chen mit dem Werkzeug erzielt. Durch den starken Druckabfall nach dem Öffnen der Dosen kommt es auf Grund des Joule-Thompson-Effektes zu einer starken Abkühlung, die die Abflussrohre vereisen lässt.

Seite 27

Separat wurde noch ein Beständigkeitstest des Dichtungswerkstoffes FFKM vorgenommen. Dazu wurde ein O-Ring in verschiedene Chemikalien gelegt und gemessen, ob eine Quel-lung auftrat. Bei den meisten Stoffen wurde keine Quellung beobachtet. Im Falle von Ace-ton ergab sich nach drei Tagen Einwirkungszeit folgendes Ergebnis (Vergleich mit einem Rückstellmuster): Abb. 24: Aufquellung eines O-Ringes aus FFKM nach Einwirkung von Aceton

Der Test des automatischen Verpressens erfolgte durch das Abstellen einer leeren Dose auf einer gegen den Boden abgestützten Platte durch ein vorhandenes Greiferelement. An-schließend wurde ein Presskopf, der aus einem umgearbeiteten Drehteil gewonnen wurde, durch einem pneumatischen Zylinder mit 100 mm Kolbendurchmesser vertikal auf die Dose gedrückt und diese mit einer Kraft von ca. 4,5 kN verpresst. Abb. 25: Phasen der Verpressung

Seite 28

Während der Tests des Pressvorganges wurde folgendes sichtbar: Der Vorgang verläuft ruckartig. Je stärker die Dosenwandung war, desto häufiger kam es zum seitlichen Ausbrechen der Dosen. Der Kolben des Presszylinders wurde dadurch mit großen Querkräften belastet. Er musste wegen bleibender Deformationen mehrfach er-setzt werden. In der abschließenden Testphase wurde eine zusätzliche Führung für den Presskopf entwickelt und gebaut. Das hatte zur Folge, dass Dosen mit starker Wandung nun gar nicht mehr verpresst werden konnten und sofort ausbrachen. Diese Phänomene ähneln dem Verhalten eines Knickstabes.

Abb. 26: Fehlpressungen starkwandiger Aerosoldosen

Abb. 27: Ergebnisse der Pressversuche

Die Tests wurden mit dem Ende des Förderzeitraumes abgeschlossen.

Seite 29

2 Notwendigkeit und Nutzen der Arbeiten Die im Berichtszeitraum durchgeführten Arbeiten wurden aus zwei wesentlichen Gründen als notwendig angesehen. Alle Bereiche der Wirtschaft sind mit steigenden Energiekosten konfrontiert. Jede Möglich-keit zur Einsparung erbringt einen unmittelbaren ökonomischen Nutzen für die Unterneh-men. Bei denjenigen Unternehmen, die mit der Herstellung und Befüllung von Aerosoldo-sen befasst sind, könnten solche Einsparungen u. a. im Bereich der Entsorgung erzielt werden. Ein wichtiges Segment bildet dabei die Entsorgung von bereits befüllten Aerosol-dosen, die durch zufällige Fehler im technologischen Ablauf nicht verkauft werden können. Solche Dosen können derzeit nur über wenige, spezialisierte Dienstleister oder mit kleinen handbetriebenen Vorrichtungen in den Abfüll-Unternehmen entleert und der Wiederverwer-tung zugeführt werden. Es fehlen technische Möglichkeiten, mit denen vor Ort in den Abfüll-Unternehmen eine Trennung von Dosen und ihrem Inhalt mit vertretbarem Aufwand vorge-nommen werden kann, so dass teure Transporte zu den häufig weit entfernten Spezial-dienstleistern entfallen. Lange und weite Transporte belasten auch Umwelt und Verkehrswege. Viele Prognosen gehen davon aus, dass das Güter-Verkehrsaufkommen auch in den nächsten Jahren wei-ter steigen wird. Es scheint daher geboten, Beiträge zu leisten, die diesem Trend entge-genwirken. Wenn die Abfüll-Unternehmen vor Ort eine Trennung der Dosen und ihres In-haltes vornehmen und dann das Volumen der leeren Dosen reduzieren könnten, würde dies den Umfang notwendiger Transporte stark verringern. Auch die Entfernungen würden kleiner, da der Metallschrott von vielen ortsansässigen Dienstleistern entsorgt werden könnte. Daher wurde das Entwicklungsvorhaben „Can Crusher“ begonnen. Nach der ursprüngli-chen Planung sollte während des Förderzeitraumes von 28 Monaten ein funktionsfähiger Prototyp entwickelt und gebaut werden. Diese Zielstellung konnte im geplanten Zeitraum aber nur teilweise erreicht werden. Das ist darauf zurückzuführen, dass der Zeitbedarf für die Arbeiten vom Zuwendungsempfänger unterschätzt wurde.

Seite 30

In einer Analyse nach Ende der Bearbeitungsdauer wurden Faktoren herausgearbeitet, die die Arbeiten verzögert haben: Bau, Einrichtung und Zulassung der Räumlichkeiten, in dem eine Entleerungs- und Ver-pressungsanlage gemäß den ATEX-Richtlinien aufgebaut und sicher betrieben werden kann. Dazu waren viele Einzelfragen zu lösen. Allein die Projektierung und der Bau der Entlüftungsanlage beanspruchte wesentlich mehr Zeit als vorgesehen. Lösungssuche für eine chemikalienbeständige Abdichtung der Ausströmöffnung Verfügbare Dichtungswerkstoffe sind entweder gegen verwendete Treibgase und die Viel-falt auftretender Inhaltsstoffe nicht beständig oder ihre Oberflächenhärte ist so groß, dass sie nicht an Flächen unterschiedlicher Krümmung angepasst werden können (PTFE) oder ihr Preis ist so hoch, dass sie für Anwender keinesfalls akzeptabel sind (FFKM). Lösungssuche für das Problem auftretender Rückstände auf Oberflächen Bei allen Tests der Primärfunktionen an der Versuchsanlage kam es zum zunehmenden Aufbau von Rückstandsschichten auf vielen Flächen im Verarbeitungsbereich. Nach dem Ausgasen flüchtiger Bestandteile wurden die Schichten adhesiv, was häufig zu Beein-trächtigungen des Dauerbetriebes führte.

Solange die Probleme der Abdichtung und der Bildung von Rückständen nicht zufrieden-stellend für den Dauerbetrieb gelöst werden können, wird die geplante Entleerungs- und Verpressanlage nach Meinung des Zuwendungsempfängers keine Marktchancen haben. Die richtige Einschätzung der Dimension solcher Probleme war ein Risikofaktor des Vorha-bens. Rückblickend lässt sich feststellen, dass die technologischen Probleme nicht durch theore-tische Überlegungen, Literaturstudium oder Simulationen erkannt werden konnten, sondern nur durch praktische Tests. Ohne diese wäre die Entwicklung in eine Richtung verlaufen, die ein nicht verkaufsfähiges Produkt zur Folge hätte. So wurden Fehlausgaben finanzieller Mittel verhindert. Der Nutzen der durchgeführten Arbeiten stellt sich damit folgendermaßen dar: Es wurden wichtige Erkenntnisse gewonnen, mit denen die Entwicklung einer Entlee-rungs- und Verpressanlage wesentlich zielgerichteter durchgeführt werden kann als da-vor. Es ist nun bekannt, an welchen zunächst scheinbar nebensächlichen Problemen intensiv gearbeitet werden muss, bevor eine verkaufsfähige und für den Anwender akzeptable Lö-sung realisiert werden kann.

Seite 31

Trotz der aufgetretenen Schwierigkeiten und der daraus resultierenden zeitlichen Probleme wurde durch die Unterstützung des Zuwendungsgebers ein Stand des Vorhabens erreicht, der es gestattet, die Arbeiten mit eigenen Mitteln weiterzuführen und zum Abschluss zu bringen.