● Kalibrierung im geschlossenen Regelkreis: Integration eines Massendurchflussmessers (MFM) zum Vergleich von Soll- und Ist-Werten in Echtzeit und automatische Skalierung für einen Dosierungsfehler von ≤ 1%.
● Automatische Kalibrierungsroutine: Alle 8 Stunden oder bei Chargenwechsel Selbstprüfung durchführen (Trockenlauf + Durchflusskalibrierung) und Berichte aufzeichnen, um die GMP-Richtlinien zu erfüllen.
● Pulverbefüllung/-lagerung: Auslegung gemäß ATEX Zone 21; Schutzart des Geräts ≥ Ex tD A21 IP65.
● Bereiche mit Lösungsmitteldämpfen (z. B. Beschickung mit viskosen Flüssigkeiten, Rückgewinnung von Lösungsmitteln): Auslegung gemäß ATEX Zone 1; Schutzart der Ausrüstung ≥ Ex d IIB T4.
● Eingeschränkte Zuführung:
● Brennbare Pulver: Stickstoffinertisierung auf O2 ≤ 8% (unterhalb der MOC); Installation eines Inline-O2-Analysators (±0,1%); automatische N2-Zufuhr bei Überschreitung.
● Brennbare Lösungsmittel: explosionsgeschützte Motoren und abgedichtete Pumpen/Ventile verwenden; Flammendurchschlagsicherungen installieren; Gaswarngeräte und automatische Absaugung (Anströmgeschwindigkeit ≥ 0,5 m/s) einsetzen.
● Druckentlastung und -isolierung: Staubabscheider (Trockner, Befüllstationen) mit Berstscheiben (Berstdruck 0,15 MPa); Lösungsmittelleitungen mit Rückschlagventilen zur Verhinderung der Flammenausbreitung.
● Pulverbefüllung: vollständig geschlossene Befüllstationen (Handschuhkastentyp, Vakuumbefüllung), Schutzart des Gehäuses ≥ IP65; Staubkontrolle nach ISO 14644-1 Klasse 6 (Werkstattstaub ≤ 10 mg/m³).
● Befüllung mit hochviskosen Flüssigkeiten: Verwenden Sie geschlossene Kupplungen (Tri-Clamp mit PTFE-Dichtungen), um Tropfen zu vermeiden; Schutzart des Gehäuses ≥ IP67; keine spezielle Staubkontrolle (nur Lösungsmitteldampfkontrolle).
Unterdruck und untere Explosionsgrenze (UEG):
● Pulver (insbesondere brennbare Pulver wie PE, PVDF): Verwenden Sie eine Unterdruckbeaufschlagung (−0,02 bis −0,05 MPa), um eine Staubdispersion zu verhindern.
● Hochviskose Flüssigkeiten mit brennbaren Lösungsmitteln (z. B. NMP, DMAc): UEG-Monitore (≤ 1 % UEG-Genauigkeit) im Befüllbereich installieren; bei Überschreitung Absaugung und Alarm auslösen.
● Toxische Lösungsmittel (z. B. DMSO): Gleichzeitige Installation von Detektoren für toxische Gase; Einhaltung der Konzentrationen ≤ OEL.
● Endfeinfiltration: Vor der Spinndüse hochpräzise Filter (Sintermetall- oder Patronenfilter, 10–50 μm oder feiner) installieren.
● Parallelschaltung von Duplexfiltern: Standardverfahren. Ein Filtersatz ist in Betrieb, der andere befindet sich im Standby-Modus. Sobald ΔP den Sollwert erreicht, schalten die automatischen Ventile ohne Abschaltung auf den Standby-Filtersatz um.
● Rückspülung: Konfigurieren Sie eine automatische Rückspülung für Sinterelemente mit sauberem Lösungsmittel oder Druckgas, um die Elemente zu regenerieren und die Lebensdauer zu verlängern.
Zusammenfassung:
● Grob (50–100 μm): Korbfilter, manuelle Reinigung (stromaufwärts).
● Fein (5–20 μm): Duplex-Beutel-/Kartuschenfilter, Umschalten ohne Anhalten.
● Endfilter (0,5–5 μm): Hochdruck-Kerzenfilter oder selbstreinigende Rückspülelemente (z. B. Pall).
● Alarm und automatische Umschaltung, wenn der Filterdruck ΔP > 0,3 MPa ist.
● Phase 1 (Grundautomatisierung):
● Investition: Manuelle Ventile an kritischen Knotenpunkten (Spülmittel, Bohrflüssigkeit) durch Präzisionsdosierpumpen + Frequenzumrichter ersetzen; Sensoren für Durchfluss, Druck und Füllstand hinzufügen.
● Rückkopplung: Ermöglicht grundlegende Überwachung und Fernstart/-stopp; reduziert menschliche Fehler; verbessert sofort die Produktkonsistenz.
● Phase 2 (Prozessautomatisierung):
● Investition: Entwicklung eigenständiger SPS; Implementierung einer PID-Regelung für die wichtigsten Variablen (Durchfluss, Druck) zur Automatisierung der Regelung.
● Nutzen: geringere Abhängigkeit von Fachkräften; Steigerung von Effizienz und Stabilität.
● Phase 3 (Informatisierung und Optimierung):
● Investition: Einführung eines MES für Chargenmanagement/Rückverfolgbarkeit; Entwicklung von APC (fortschrittliche Prozesssteuerung), z. B. automatische Feinabstimmung über Rohmaterialchargen hinweg.
● Nutzen: optimiertes Produktionsmanagement, reduzierter Rohstoffverlust, höhere Primärausbeute.
Prinzip: Priorisieren Sie die Automatisierung von Aufgaben, die sich wiederholen, qualitätskritisch, arbeitsintensiv oder gefährlich sind.
● Logiksteuerung: Produktionsrezepte im MES konfigurieren. Nach der Rohstoffvorbereitung sendet das System ein Startsignal; nach Abschluss des jeweiligen Batches sendet die Anlage einen Umschaltbefehl an das Zuführsystem für den vollautomatischen Batchwechsel.
● Statusrückmeldung: Installieren Sie Drucksensoren und Durchflussschalter in den Zuleitungen. Bei Anomalien (niedriger Druck, Durchflussunterbrechung) senden Sie sofort ein Stoppsignal, um Trockenlauf oder Produktfehler zu verhindern.
● Risiko der Gelierung/Kristallisation: Eine zu hohe Schergeschwindigkeit oder eine zu lange Schergeschichte (tote Zonen) können zu einer Überorientierung der Ketten führen und eine vorzeitige Kristallisation oder physikalische Gelierung auslösen.
● Folgen: Es bilden sich Mikrogelpartikel, die sich in Kanälen ansammeln oder Öffnungen zeitweise oder dauerhaft verstopfen.
● Optimierung des Strömungswegs: Stromlinienförmiges Design mit großer Öffnung, kurzem Steg und geringer Scherung, um lokal hohe Scherkräfte zu vermeiden.
● Temperaturkontrolle: Die präzise Temperaturkontrolle ist der Schlüssel zur Gelierungskinetik.
● Totzonen beseitigen: Alle Stagnationsbereiche entfernen, um die Schergeschichte zu minimieren.
● Regelung im geschlossenen Regelkreis: Erfassung von Temperatur- und Viskositätsdaten in Echtzeit (mittels eines Inline-Viskosimeters oder eines IR-Temperatursensors) und Rückkopplung an den Pumpenservoantrieb zur Synchronisierung von Durchfluss-ΔP- und Temperaturanpassungen, wodurch Durchflussschwankungen von ±5% auf ±0,3% reduziert werden.
● Bei hochviskosen Spritzmitteln sollte ein Vorheizkreislauf (Heißwasser oder Dampf) vor der Pumpe eingefügt werden, um die Flüssigkeit im eingestellten Temperaturbereich zu halten und die durch Viskositätsgradienten verursachte Instabilität der Zufuhr zu reduzieren.
● Risiko der Gelierung/Kristallisation: Eine zu hohe Schergeschwindigkeit oder eine zu lange Schergeschichte (tote Zonen) können zu einer Überorientierung der Ketten führen und eine vorzeitige Kristallisation oder physikalische Gelierung auslösen.
● Folgen: Es bilden sich Mikrogelpartikel, die sich in Kanälen ansammeln oder Öffnungen zeitweise oder dauerhaft verstopfen.
● Optimierung des Strömungswegs: Stromlinienförmiges Design mit großer Öffnung, kurzem Steg und geringer Scherung, um lokal hohe Scherkräfte zu vermeiden.
● Temperaturkontrolle: Die präzise Temperaturkontrolle ist der Schlüssel zur Gelierungskinetik.
● Totzonen beseitigen: Alle Stagnationsbereiche entfernen, um die Schergeschichte zu minimieren.
● Hochtemperatur-TIPS (200–250°C): Verwendung von Hochtemperaturlegierungen (Hastelloy, Ti) zur Vermeidung thermischer Verformung; Integration von Kühlkanälen (Ringkanälen) zur Wärmeabfuhr und Verhinderung von Degradation; Strömungswege zur Begrenzung der thermischen Alterung.
● Praxishinweis: SUS304 und SUS316 werden seit langem für 32-Loch-TIPS-Leitungen ohne Qualitätsprobleme verwendet.
● Freie Auslassspannweite bei hohen Temperaturen: Auf 15–20 mm verlängern, um die Schmelze zu entspannen und durch Düsenaufweitung verursachte Wandsprünge zu minimieren.
● Thermische Regelung: Aufgrund der geringeren Wärmeleitfähigkeit sind Mehrzonenheizungen erforderlich, um die axiale Temperaturdifferenz ΔT < 1,5°C zu halten.
● Auslegungszuschlag: Berechnen Sie ΔD = ΔT × (α₁ − α₂) × D und das Vorspiel (z. B. ~0,02 mm), damit die Konzentrizität bei Betriebstemperatur optimal ist.
● Aufheiz-/Abkühlrate: Empfohlen wird ≤30°C/h, um thermische Spannungen <50 MPa zu halten und Mikrorutschen/Kratzer an den Dichtungen zu vermeiden.
● Bei Baugruppen aus demselben Material sind die Effekte geringer.
● Nadelbeschädigung: Traditionelle Konstruktionen sind schwer zu demontieren; Bohrungsnadeln werden leicht beschädigt und müssen verschrottet werden.
● Präzisionsverlust: Die Rundlaufgenauigkeit kann sich nach dem Wiederzusammenbau verändern, sodass eine erneute Kalibrierung erforderlich ist.
● Vorteil der FCT Gen-5: Unabhängige, stiftlose Moduleinsätze ermöglichen einen schnellen Wechsel ohne Beschädigung des Gehäuses; reduzieren mechanische Beschädigungen und Präzisionsabweichungen und verlängern die Lebensdauer.
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