Hohe Wirtschaftlichkeit kennzeichnet das Spritzgießen von Verpackungen

Für die Verpackungsindustrie gewinnt das Spritzgießen an Attraktivität. Gründe dafür sind die Verwendung von Etagen-Werkzeugen, Fortschritte bei der Heißkanaltechnik und Werkstoffeinsparung durch...

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Für die Verpackungsindustrie gewinnt das Spritzgießen an Attraktivität. Gründe dafür sind die Verwendung von Etagen-Werkzeugen, Fortschritte bei der Heißkanaltechnik und Werkstoffeinsparung durch Dünnwand-Spritzgießen. Auch Sonderverfahren wie das In-Mould-Labelling und die Mehrkomponententechnik tragen dazu bei, dass Fertigungsschritte eingespart, der Ausstoß erhöht und somit die Wirtschaftlichkeit gesteigert werden kann. Kunststoffverpackungen tragen insbesondere im Lebensmittelbereich dank geringem Gewicht und guten Haltbarkeitseigenschaften wesentlich zu unserem heutigen Lebensstandard bei. Zudem ist die Herstellung großer Mengen für die weltweite Distribution ohne moderne Verpackungen nicht denkbar. Generell konnte der gesamte Verpackungsmarkt daher in den vergangenen Jahren ein überdurchschnittliches Wachstum verzeichnen. Dabei entfiel auf tiefgezogene Verpackungsfolien mengenmäßig der größte Anteil. Doch spritzgegossene Verpackungen, wie Container oder Becher, sind stark im Aufwind und verdrängen zunehmend Verpackungen des Thermoformens.Von dieser Ausgangslage lassen sich folgende Trends ableiten:- Anteilsmäßig hohe Werkstoffkosten sowie zusätzliche Gebühren für die Entsorgung forcieren die Anstrengung, die Verpackungen leichter zu machen.- Die Anforderungen an die Verpackungseigenschaften nehmen zu. So sind das Aufbewahren und Transportieren des Verpackungsinhalts mittlerweile nur noch zwei Kriterien unter vielen. Heutzutage müssen moderne Verpackungen weitergreifende Funktionen erfüllen, wie hohe Beschriftungsfähigkeit, den Schutz vor unbefugtem Öffnen und das genaue Portionieren.- Die Globalisierung bei Verpackungsabnehmern, aber auch bei Kunststoffverarbeitern hat zu einem rasanten Anstieg der produzierten Verpackungsmengen geführt. Als Konsequenz kommen zunehmend Etagenwerkzeuge mit immer mehr Kavitäten zur Anwendung.Diese Entwicklungen wirken sich nicht nur auf die Fertigung aus, sondern betreffen auch das Produkt selbst. Zwar hat nach wie vor der Produktivitätsanstieg und die Gewichtsreduzierung erste Priorität, jedoch drängen sich immer häufiger auch andere Fragen auf: unter anderem bezüglich des Verbraucherschutzes und der Beschriftung, wie sich anhand von Bild 1 sehr gut illustrieren lässt.Der Anspruch an Komfort und Verbraucherschutz wird hier durch einen entsprechenden Sicherheitsverschluss erfüllt. Zur Versteifung des Randbereichs sind zusätzliche Rippen eingefügt. Diese Maßnahmen tragen unweigerlich zu einer Steigerung der Komplexität bei, was in dieser Art mittels Thermoformen nicht mehr realisierbar ist. Zudem sorgt hochtransparentes Polypropylen für eine ansprechende Optik, und die Beschriftung durch In-Mould-Labelling ermöglicht, dass keine weiteren Bearbeitungsschritte wie das Bedrucken vorzunehmen sind.Nutzen von Etagenwerkzeugen durch Heißkanaltechnik erhöhtDas Beispiel zeigt deutlich, dass die Anforderungen an Produkt und Fertigung höher wurden. Insbesondere im Bereich der Werkzeug- und Maschinentechnik sowie der Automation sind komplexere Aufgaben zu meistern. So macht die Forderung nach möglichst wenig Kunststoffverbrauch eine auf die Belastung optimal ausgelegte Formteilgeometrie unerlässlich. Die Verwendung von Simulationssoftware zum Berechnen der mechanischen Produktauslegung sowie zur Vorhersage des Füllverhaltens ist daher heute Stand der Technik.Die Forderung nach kurzen Zykluszeiten und hoher Produktivität spiegelt sich gerade in der Werkzeugtechnologie besonders wider. Der Einsatz von Etagenwerkzeugen, die eine Steigerung des Ausstoßes um 80 bis 100% ermöglichen, war demzufolge ein logischer Schritt. Aufgrund der fortschrittlichen Entwicklung in der Heißkanaltechnik ist es zudem möglich, über die Regelung der einzelnen Heißkanaldüsen auch hohe Kavitätenzahlen problemlos zu balancieren,Im Bereich der Etagenwerkzeuge gelten zwei Trennebenen als Stand der Technik. Auf der Kunststoffmesse NPE 2000 in Chicago beispielsweise präsentierte die Netstal-Maschinen AG, Näfels, auf der Spritzgießmaschine Synergy 6000 ein 8+8fach-Werkzeug zum Herstellen von 16 Verpackungscontainern in einem Zyklus. Die Zykluszeit lag unter 5 s, was bei dieser Maschinengröße sehr bemerkenswert ist. Dabei ist es durchaus denkbar, dass die Werkzeuge zukünftig um weitere Etagen vergrößert werden.Parallele Achsbewegungen verkürzen die ZykluszeitDie Spritzgießmaschine ist nach wie vor das Herzstück der Fertigung und wesentlich für die erreichbare Zykluszeit verantwortlich. Wichtige Faktoren sind dabei das Erreichen einer hohen Plastifizier- und Einspritzleistung sowie die Möglichkeit, zeitlich parallele Bewegungen zu fahren. Dadurch können zwischen 20 und 50% der Zykluszeit eingespart werden, was sich insbesondere bei Verwendung von Etagenwerkzeugen entscheidend auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt. Unter parallelen Bewegungen versteht man, dass zeitgleich zur Plastifizierung sämtlicher Nebenbewegungen, wie der Formteilausstoß, Aggregatbewegungen und das Einspritzen mit hoher Geschwindigkeit, erfolgen können. Im Weiteren lässt sich die Plastifizierleistung durch den Einsatz speziell auf die Polyolefin-Verarbeitung ausgelegten Barriereschnecken deutlich erhöhen. Darüber hinaus ist die Spritzgießmaschine heute vollständig in die Fertigung integriert und übernimmt bis zu einem gewissen Grad die Steuerung der Peripherie. Angefangen beim Heißkanal über die Entnahme bis hin zum In-Mould-Labelling (IML). Für den Maschinenhersteller bedeutet dies, dass die Weiterentwicklung weniger im Bereich der reinen Bewegungsgeschwindigkeit und damit der Trockenlaufzeit liegt, sondern vielmehr im gesamten Fertigungsumfeld zu suchen ist. Dadurch entstehen eine Reihe neuer Herausforderungen, die es zu meistern gibt:- Die Anforderungen an die Sauberkeit der Fertigung steigen, wodurch die Maschinen für die Reinraumfertigung konzipiert werden müssen.- Nachfolgende Prozessschritte müssen sich nahtlos in den Fertigungsablauf integrieren lassen.- Die Toleranzgrenzen werden immer geringer, wodurch eine extrem hohe Präzision über die gesamte Produktion erforderlich ist.Nachfolgende Prozesse lassen sich integrierenDie wachsenden Anforderungen an moderne Verpackungen haben zu einer vermehrten Integration von Prozessschritten geführt. In-Mould-Labelling (IML) sowie das Mehrkomponenten-Spritzgießen stellen hierbei zwei geeignete Lösungen dar. So werden im IML-Verfahren - durch direktes Einlegen der Labels - nachträgliche Prozessschritte eingespart. Darüber hinaus hat IML weitere Vorteile:- Beim IML-Verfahren wird eine hochwertige Druckqualität erreicht.- Anpassungen oder Wechsel des Layouts sind flexibel und schnell vollziehbar.Infolge des effizienten Zusammenspiels von Maschine, Werkzeug und Automation kann das Aufbringen der Labels praktisch ohne Zykluszeiteinbußen erfolgen. Folgende zwei Verfahrensvarianten werden daher angewandt:- Vorgestanzte Label werden vereinzelt und in die Kavitäten gelegt.- Die bedruckte Folie wird direkt inline zugeführt und das Label synchron mit dem Zyklus ausgestanzt und eingelegt (Cut-in-Place-Verfahren).Das Mehrkomponenten-Spritzgießen ist eine weitere Entwicklung, die derzeit zu beobachten ist. Bisher behielt man sich die Möglichkeit, Produkte aus mehreren Werkstoffkomponenten herzustellen, fast ausschließlich für technische Formteile vor. Um vor allem bezüglich Design neue Möglichkeiten auszuschöpfen, wird nun seit einiger Zeit vermehrt auch im Verpackungsbereich die Mehrkomponenten-Technik angewandt. Diverse Verschlüsse beispielsweise werden heute durch zwei oder drei Farben geziert. Auch im Bereich der Dünnwand-Verpackungen ist mit einem Zuwachs an Anwendungen für die Mehrkomponenten-Technik zu rechnen. Dass die Herstellung eben solcher Verpackungsteile durchaus wirtschaftlich sein kann, hat Netstal mit der Konzeption eines 2-Komponenten-Trinkbechers eindrücklich bewiesen.