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Container aus Kunststoff sind selbstverständliches Alltagsgut, von der Zettelbox auf dem Schreibtisch über die Getränkekiste, den Behältern für die Logistik von Lebensmitteln bis zur Palettenbox im Industriebetrieb. Ebenso zahlreich wie die Einsatzzwecke sind die Ausführungsvarianten der Behälterwände. Von glatt und eben, über gitterförmig durchbrochen, reliefartig gestaltet, mit multicoloren Designfolien versehen oder individuell bedruckt spannt sich der Bogen der Gestaltungsvarianten. Man könnte meinen, dass schon alles Produzierbare produziert worden ist. Den Gegenbeweis dafür wollte das Projektteam des österreichischen Werkzeugbauers Haidlmair und dem Spritzgießmaschinenhersteller Arburg auf der K2010 erbringen. Eine bewusst unkonventionelle Ausführungsvariante sollte den Blick auf die aktuellen Möglichkeiten der Produktionstechnik lenken.

Frei von Zweckbestimmungen kreierte Designstudie

Was bewegt Anwendungsgrenzen besser und weiter, als frei von Zweckbestimmungen kreierte Designstudien und deren Umsetzung in die Praxis. Sie sind das Salz, das Messepräsentationen schmackhaft macht. Warum also nicht einen Container mit unebenen und möglichst dünnwandigen Seitenflächen kreieren und produzieren? Wie weit könnte man dabei gehen, ohne Abstriche bei der Produktivität machen zu müssen? Was lag also näher, als eine Einkaufstüte aus Kunststofffolie oder Papier als Grundlage für eine neue Art von Container zu nehmen? Wenn schon, dann sollte es eine möglichst naturalistische Nachempfindung mit all ihren Gebrauchsspuren, wie Falten und Beulen, sein. Und die Ausführung als Spritzgießteil sollte diesen Zustand einfrieren. Vertrautes Aussehen in einer anderen Präsentation sollte für Verblüffung sorgen.

Eine gebrauchte Tragetasche in handelsüblichen Abmessungen mit einer Grundfläche von 30cm x 18cm und einer Höhe von 32cm war schnell gefunden und gescannt. Auch die Wandstärkenvergrößerung von der Dicke einer Folie auf spritzgießfähige 1,6 bis maximal 2,0mm war kein Problem. Ebenso nicht, diese Freiformflächen mechanisch auf die Kavitätenoberflächen zu übertragen. Angestrebt wurde ein Leicht-Container mit etwa 500g Stückgewicht. Eine Unsicherheit blieb allerdings: Würde es möglich sein, Höhenunterschiede von bis zu 15mm in der Relieflandschaft der Seitenflächen entformen zu können?
Im zweiten Schritt ging es daran, die technischen Möglichkeiten der Werkzeugkonstruktion mit denen der Spritzgießmaschine abzugleichen. Als Spritzgießmaschine wurde eine Arburg Allrounder 920–5000–4600 Hi-Drive mit 5.000kN Schließkraft vorgesehen.

Kompaktes Werkzeugkonzept und freie Zugänglichkeit der Kernseite

Bei der Lösung dieser Aufgabenstellung konnten die Werkzeugkonstrukteure die Vorteile des eigenen, in mehr als 1.000 Containerwerkzeugen gereiften, Werkzeugsystems ausspielen. Dies sind insbesondere die kompakten Abmessungen bei gleichzeitig hoher Stabilität. Die Kompaktheit resultiert aus einer Werkzeugkonstruktion, deren Einbauhöhe lediglich die Summe der Höhen der beiden Basis-(Aufspann)-Platten (feste und bewegliche Seite) und der Backenschieber zur Einformung der Behälter-Außenkontur ist. Die Stabilität ergibt sich durch das beidseitige Eintauchen der Backenschieber in Keilzentrierungen in den Basisplatten. Die Werkzeugkonstruktion sieht vor, dass der größere Gewichtsanteil, das heißt die Basisplatte mit dem Anspritzsystem und die schweren Backenschieber, Teil der feststehenden Werkzeugseite sind. Somit muss nur die leichtere Kernseite samt Abstreifplatte von der Maschine bewegt werden, was nicht zuletzt die benötigte Antriebsleistung und den Energieverbrauch reduziert. Ein weiterer Vorteil dieser Konzeption ist die vollkommen freie Zugänglichkeit der Kernseite, von der das Formteil mit dem Handlinggerät ohne besondere Hilfsmittel abgenommen werden kann. Bevor dies aber erfolgen kann, muss die Container-Innenseite samt deren Unebenheiten – bis zu 15mm Höhenunterschied, wie bereits oben erwähnt – entformt werden. Dazu muss ein Großteil der Innenkontur zuerst über Schrägschieber freigestellt werden. Damit wird der zum Abziehen von den verbliebenen feststehenden Kernpartien erforderliche Spielraum für die Dehnung beziehungsweise Kontraktion des Formteils beim Abstreifen über die Flächen-Unebenheiten geschaffen. Ein Teil des Entformungshubs wird von der simultanen Roboterbewegung übernommen.

Insgesamt bot das Werkzeugkonzept trotz der relativ großen Containerhöhe von 320mm genug Reserven, um die Maschinenmöglichkeiten nicht voll ausnützen zu müssen. Mit einer Platten-größe von 840mm x 696mm und einer Formhöhe von 755mm konnte man komfortabel innerhalb der Maschinenmöglichkeiten (Holmabstand 920mm x 920mm, maximale Werkzeugeinbauhöhe 1.050mm) bleiben. Auch der erforderliche Öffnungshub von 871mm passt in die maximal 900mm Hub der Spritzgießmaschine.

Hochleistungs-Package erreichte22 Sekunden Zykluszeit

Was sich bereits bei der Werkzeugkonzeption abgezeichnet hatte, bestätigte sich im Praxisbetrieb. Die Erwartungen bezüglich der Produktionsleistung wurden voll erfüllt. Trotz des äußerst kompakten Werkzeugaufbaus ist genügend Platz für ein leistungsfähiges Kühlsystem vorhanden. Insgesamt kann sich das Ergebnis sehen lassen, auch im Vergleich zu konventionellen Containern ohne Besonderheiten bei der Designausführung: 22 s Zykluszeit bei einem Stückgewicht von 560 g. Doch selbst diese Hochleistung reichte nicht aus, um während der K-Messetage die lange Warteschlange für die begehrte Tüte rund um die Arburg-Produktionszelle zu verkürzen.

Kosteneffizienz
Kompakt und frei zugänglich

Das Werkzeug für den Behälter ist besonders kompakt. Das resultiert aus einer Werkzeugkonstruktion, deren Einbauhöhe lediglich die Summe der Höhen der beiden Basisplatten und der Backenschieber zur Einformung der Behälter-Außenkontur ist. Der größere Gewichtsanteil mit Basisplatte, Anspritzsystem und Backenschieber liegt auf der feststehenden Werkzeugseite. Somit muss nur die leichtere Kernseite samt Abstreifplatte von der Maschine bewegt werden, was nicht zuletzt die benötigte Antriebsleistung und den Energieverbrauch reduziert. Ein weiterer Vorteil dieser Konzeption ist die vollkommen freie Zugänglichkeit der Kernseite, von der das Formteil mit dem Handlinggerät ohne besondere Hilfsmittel abgenommen werden kann.

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Über den Autor

Reinhard Bauer, freier technischer Redakteur, Gmünd/Österreich, office@technokomm.at