In der Montage werden einzelne EPP-Komponenten eines Chassis für ein Lüftungsgerät zusammengefügt. (Bild: Ruch Novaplast)

In der Montage werden einzelne EPP-Komponenten eines Chassis für ein Lüftungsgerät zusammengefügt. (Bild: Ruch Novaplast)

1952 präsentierte der Chemiekonzern BASF mit Sitz in Ludwigshafen auf der Kunststoffmesse in Düsseldorf ein neues Produkt – das „Styropor“. Am Messestand wurden aus vorgeschäumten Kügelchen und Wasserdampf kleine Spielzeugboote geschäumt und an die Messebesucher verteilt. Das „leichteste Schiffchen der Welt“ war 15 cm lang und lediglich 5 g schwer. Der expandierbare Partikelschaum aus Polystyrol (EPS) hatte bereits Mitte der 1960er-Jahre den internationalen Durchbruch geschafft und es wurden die unterschiedlichsten Dinge vom Haartrockner über Telefone bis zum Fernseher darin verpackt.

In Handarbeit gefertigt

Einer der ersten 10 Lizenznehmer der BASF zum Verarbeiten von EPS war 1958 der in Oberkirch ansässige Kunststoffverarbeiter Ruch Novaplast. Die ersten Produkte waren Transport- und Schutzverpackungen, mit denen er Unternehmen wie Dual, Grundig und Philips belieferte. Außerdem stellte er Sitzmöbel, Sessel und Sofas sowie Duschwannenträger aus EPS her. Doch so automatisiert wie heute war die Produktion der Teile zu dieser Zeit nicht, denn die uns bekannten Verarbeitungstechnologien waren noch nicht entwickelt. Anfang der 1960er-Jahre war die Formteilherstellung aus EPS tatsächlich Manufaktur. Gearbeitet wurde mit Holzformen, in die die Schaumperlen eingefüllt wurden. Anschließend wurde die Form in kochendem Wasser erhitzt und die Perlen zum Aufschäumen gebracht. Um die Form abzukühlen, wurde diese in kaltes Wasser gelegt. Anschließend wurden die Spannschrauben gelöst und das Formteil entnommen.

Im Außenbereich werden die Werkzeuge aus Aluminium gelagert. Ruch hat derzeit rund 3.000 aktive Werkzeuge und jährlich kommen 300 bis 400 neue Werkzeuge hinzu. (Bild: Ruch Novaplast)

Im Außenbereich werden die Werkzeuge aus Aluminium gelagert. Ruch hat derzeit rund 3.000 aktive Werkzeuge und jährlich kommen 300 bis 400 neue Werkzeuge hinzu. (Bild: Ruch Novaplast)

Dieser aufwendige Produktionsablauf änderte sich erst durch die Entwicklung der ersten Schäumautomaten. „Auf diese Zeit geht unsere Partnerschaft mit der Firma Teubert in Blumberg zurück. Wir begleiten uns seit 6 Jahrzehnten“, erklärt Thomas Doll, technischer Leiter und Prozessverantwortlicher Business Deveploment bei Ruch Novaplast. „Mit den Formteilautomaten wurde das Fertigen mit Auf-Zu-Werkzeugen möglich und der Schäumprozess wurde von Wasser auf Dampf umgestellt. Außerdem wurde mit dem Vorschäumen begonnen, wodurch Bauteile mit unterschiedlichen Dichten erzeugt werden konnten.“ Durch das Umstellen von siedendem Wasser auf Dampf erhöhte sich die Geschwindigkeit des Verschweißungsprozesses und das Herstellen dickerer Wandstärken wurde möglich. Diese Technologie, Wasserdampf in ein Aluminiumwerkzeug zu leiten, stellt heute noch den weltweiten Standard beim Verarbeiten von Partikelschäumen dar. „Für Hochleistungsmaterialien wie EPET und EPA kommt das Verfahren allerdings hinsichtlich der benötigten und erzielbaren Prozesstemperaturen und Dampfdrücke an seine Grenzen“, erläutert Doll. „Es gilt mit neu entwickelten Verfahren den Dampf durch andere Temperierungen wie zum Beispiel elektrische Felder oder Variothermie zu ersetzen. Das ist sehr interessant, denn die Anlage benötigt lediglich einen Strom- und Druckluftanschluss, die Dampfinfrastruktur entfällt, sodass die Infrastrukturkosten deutlich sinken.“

Einfach oder komplex?

Die EPS-Einzelteile der Impfstoffbehälter werden in einem Sauberraum gelagert und zu den fertigen Einheiten komplettiert, bevor diese ausgeliefert werden. (Bild: Ruch Novaplast)

Die EPS-Einzelteile der Impfstoffbehälter werden in einem Sauberraum gelagert und zu den fertigen Einheiten komplettiert, bevor diese ausgeliefert werden. (Bild: Ruch Novaplast)

Es besteht sicherlich Einigkeit darüber, dass die Hauptfunktion einer EPS-Verpackung in erster Linie darin besteht, ein Gut während des Transports und der Lagerung zu schützen. Doch es gibt auch Verpackungen, die Zusatzfunktionen übernehmen und beispielsweise eine aktive Kühlung oder Temperierung des Gutes unterstützen. Hierzu werden in Einmalbehälter Temperierelemente eingeschoben oder eingebettet, um klar definierte Transportbedingungen einzuhalten. „Für die Pharmaindustrie stellen wir palettengroße Kühlboxen her, in denen hochempfindliche Impfseren oder -stoffe transportiert werden, sodass die Temperatur im Inneren der Box einen Mindestminuswert nicht überschreitet. Um dies sicherzustellen, sind die Boxen mit aktiven Kühlelementen ausgeführt“, erklärt der technische Leiter.

Andere Versionen von EPS-Transportbehältern sind intelligent, denn sie sind lokalisierbar, die Innenraumbedingungen wie Temperatur, Feuchtigkeit und unerwünschter Lichteinfall werden überwacht und Erschütterungen erfasst. Je nach Einsatz können sie mit Schutzgas gefüllt sein, um die Oxidation des Transportgutes zu vermeiden.

EPP kam als vielseitige Variante hinzu

Bis Ender der 80er-Jahre des letzten Jahrhunderts fertigte das Unternehmen ausschließlich, jedoch in großer Varianz und zahlreichen Funktionalitäten, Schutz- und Transportverpackungen aus EPS. Dann kam das expandierbare Polypropylen (EPP) auf den Markt und ins Unternehmen, sodass das Fertigen von technischen Teilen, wie Dämpfungselemente für Stoßfänger, und von Ladungsträgern als Umlaufverpackung begann. Nach der Jahrtausendwende nahm die Produktion von technischen Teilen immer mehr zu und die der Standardeinwegverpackungen ging zurück. „Dies liegt in der Globalisierung begründet. Die Verpackungen werden heute dort hergestellt, wo die zu verpackenden Geräte entstehen“, berichtet der technische Leiter.

„Standardeinwegverpackungen werden heute dort hergestellt, wo die zu verpackenden Geräte entstehen“, berichtet der technische Leiter.

Der Schäumautomat hat die frisch geschäumten EPP-Teile entformt. (Bild: Ruch Novaplast)

Der Schäumautomat hat die frisch geschäumten EPP-Teile entformt. (Bild: Ruch Novaplast)

Nach der Entformung werden die zwei EPP-Halbschalen für eine Gehäuselösung von einer Mitarbeiterin überprüft und durch einfaches Stecken miteinander verbunden. (Bild: Ruch Novaplast)

Nach der Entformung werden die zwei EPP-Halbschalen für eine Gehäuselösung von einer Mitarbeiterin überprüft und durch einfaches Stecken miteinander verbunden. (Bild: Ruch Novaplast)

Der Werkstoff EPP ermöglicht aufgrund seines Eigenschaftsprofils – robust, flexibel, geringer Abrieb, hohes Rückstellverhalten – das Herstellen von Logistikbehältern, die als Mehrlauf- und Mehrwegbehälter im Einsatz sind. Außerdem fertigt der Kunststoffverarbeiter daraus beispielsweise Verkleidungen von Wärmepumpen oder Verteilerblöcke von Heizanlagen, die Isolierung und Gehäuse zugleich sind. Die EPP-Chassis sind sehr leicht und robust, was für die Anlagen eine deutliche Gewichtsersparnis bedeutet. Die EPP-Formteile übernehmen auch die Fixierung der integrierten Baugruppen, sodass die Anzahl der Zukaufteile reduziert werden und Schraubverbindungen entfallen, wodurch sich Montage- und Wartungszeiten verkürzen. Derartige Chassis werden auch in der Medizintechnik in Analytik und Laborgeräten sowie in Behandlungsgeräten angewendet. „Im Zuge der Corona-Pandemie stieg der Bedarf für Chassis, die in Beatmungsgeräten zum Einsatz kommen deutlich an, und unser Unternehmen wurde als systemrelevant eingestuft“, berichtet Thomas Doll.

Nahrungsmitteltransportbehälter sind ein weiteres Geschäftsfeld, das in der Corona-Pandemie starken Aufwind erlebte. Das geht von der klassischen Pizzawarmhaltebox bis hin zu Aufbauten auf dem Fahrrad oder Roller mit Gefachen und abschließbarer Klappe für Lieferdienste – Transport- sowie Warmhalte- oder Kalthaltebehälter in einem Bauteil. „Restaurants setzen bei Essenslieferungen auf Trays, in die die Menüs auf Porzellantellern gestellt und in EPP-Warmhalteboxen angeliefert werden. Hierbei handelt es sich um umweltfreundliche, im Kreislauf geführte Mehrwegbehälter, nicht um klassische To-Go-Einwegverpackungen“, erklärt Doll.

Verpackungen mit Mehrwert

Anspruchsvolle Transportverpackungen für Hightechprodukte wie Halbleiter für Wechselrichter werden in Oberkirch ebenfalls produziert. Die Elektronikkomponenten werden im Reinraum hergestellt und dann in der Verpackung der Montage zugeführt. Thomas Doll sagt: „Eine Standardoberfläche mit Zwickeln ist nicht reinraumtauglich und für eine Nassreinigung wenig geeignet. Wir haben das Werkzeug mit einer Narbung versehen, die dem EPP eine Oberfläche verleiht, die keine Feuchtigkeit aufnehmen kann. Der Werkstoff ist außerdem temperaturbeständig und antistatisch, damit die Anlagerung von partikulären Verunreinigungen minimiert wird.“

Geschlossener Materialkreislauf

Das Thema der Nachhaltigkeit durchzieht alle Unternehmensbereiche: Von Forschung und Entwicklung, über Beschaffung und Entsorgung und auch bei Systemen und Technologien. (Bild: Ruch Novaplast)

Das Thema der Nachhaltigkeit durchzieht alle Unternehmensbereiche: Von Forschung und Entwicklung, über Beschaffung und Entsorgung und auch bei Systemen und Technologien. (Bild: Ruch Novaplast)

Doch es kommt der Zeitpunkt, an dem die Nutzungszeit der Verpackungen endet und die Teile laut Verpackungsgesetz vom Hersteller zurückzunehmen sind. Gängige Praxis ist derzeit, dass die Materialien sortenrein zurückgenommen und zerkleinert werden. Anschließend werden diese dem Rohstoffhersteller zur Verfügung gestellt. Er schmilzt das Mahlgut auf und mischt es mit frischem Polymermaterial, sodass Partikelschäume mit definiertem Recyclinganteil und definiertem Eigenschaftsprofil für die Verarbeiter verfügbar sind.

Die Entwicklungen in Sachen Zirkularität gehen weiter und über die Partikelschäume hinaus. Doll führt aus, dass ein Rohstoffhersteller EPP mit 15 % PP-Rezyklat aus maritimen Kunststoffabfällen auf den Markt gebracht hat. Damit die Material- und Verarbeitungseigenschaften des rEPP so nah wie möglich an denen von Neuware liegen, ist die Sortierung der Seile und Netze vor dem mechanischen Recycling sehr wichtig.

Der Partikelschaumverarbeiter ist Partner im aktuell gestarteten Forschungsprojekt „GePart“ (Entwicklung effizienter Verfahrenstechnologien innerhalb des geschlossenen Partikelschaum Werkstoffkreislaufes) An dem 3-jährigen vom BMWi geförderten Projekt nehmen Firmen entlang der gesamten Prozesskette teil. Ziel des Grundlagenprojektes ist es, dezidiert herauszufinden, wie sich ein mehrfaches Rezyklieren von Prüfkörpern und Demonstratorbauteilen aus Partikelschaum auf die Qualität der daraus produzierten Partikelschaumbauteile auswirkt.

Nahwärme und grüner Strom

Anfang 2020 investierte der Partikelschaumverarbeiter 1,3 Mio. Euro in eine Mikrogasturbinenanlage. Damit werden 600 kW Strom erzeugt und über eine Kraft-Wärme-Kopplung die Primärenergie zur Dampferzeugung reduziert. (Bild: Ruch Novaplast)

Anfang 2020 investierte der Partikelschaumverarbeiter 1,3 Mio. Euro in eine Mikrogasturbinenanlage. Damit werden 600 kW Strom erzeugt und über eine Kraft-Wärme-Kopplung die Primärenergie zur Dampferzeugung reduziert. (Bild: Ruch Novaplast)

Für Ruch geht Nachhaltigkeit weit über das Recycling der Partikelschäume hinaus. Das Unternehmen hat seit 2012 ein Umweltmanagementsystem nach DIN ISO 14001 und seit 2018 ein Energiemanagementsystem nach ISO 50001. Seit rund 20 Jahren beschäftigt sich der Kunststoffverarbeiter mit dem Thema regenerative Energienutzung. Beispielsweise wird die industrielle Abwärme der Produktion nicht in die Atmosphäre abgegeben, sondern über eine Nahwärmeversorgung zum Heizen eigener und benachbarter Bürogebäude sowie von Anrainern genutzt. Im vergangenen Jahr wurde eine 600 kW-Eigenstromerzeugung auf Basis einer Kraftwärmekopplung zur Dampferzeugung in Betrieb genommen. „Wir sind jetzt an einem Punkt angelangt, an dem es uns nicht mehr einfach möglich ist, weitere Wärme sinnvoll zurückzugewinnen, arbeiten aber an Latentwärmespeichertechnologien, um den Nutzungsgrad noch weiter zu erhöhen“, so Thomas Doll. „Wir erzeugen rund Zweidrittel unseres Strombedarfs mit der Kraftwärmekopplungsanlage selbst. Den Rest kaufen wir als grünen Strom zu.“

„Wir erzeugen rund Zweidrittel unseres Strombedarfs mit der Kraftwärmekopplungsanlage selbst. Den Rest kaufen wir als grünen Strom zu“, so Thomas Doll.

Die Partikelschaumverarbeitung ist durch den Einsatz von Sattdampf und Druckluft sehr energieintensiv. Die Grundlasteffizienz (Leckageverluste) in Druckluft- und Dampfversorgungssystemen bis zu den am Standort betriebenen Schäumautomaten ist sehr wichtig. Kommen im Dampf- oder Druckluftnetz Leckagen oder undichte Anschlüsse hinzu, so steigt diese erheblich und verursacht massive Verlustkosten. „Wir haben deshalb eine eigene Regelprüfung organisiert, bei der wöchentlich die Grundlast ermittelt und optimieret wird um damit Verluste und Energie einzusparen. Es wurde eine Sollkennzahl für das Stillstandszeitfenster der Kompressoren und der Dampferzeuger bei Leerlaufbetrieb festgelegt. Diese muss am Ende des Wartungsfensters erreicht sein“, erläutert Doll. „Durch die permanente Kontrolle und Wartung konnte die Stillstandszeit der Kompressoren bis Wiederanlauf verfünffacht und die Stromkosten erheblich gesenkt werden. Genauso wird die Grundlast der Dampferzeuger bewertet und auf dem Minimum gehalten.“

Vom Winde verweht ist Vergangenheit

Zweimal täglich wird neues Rohmaterial angeliefert und in große Silos gepumpt. Jedes Silo ist mit einer zentralen Verteilerstelle, dem Materialbahnhof, verbunden. 35 Leitungen laufen hier zusammen und werden rückverfolgbar über Kuppeltische auf 54 Leitungen zu den Maschinen verteilt. Insgesamt wurden dazu 10 km Rohre verlegt. So gelangen die EPP- und EPS-Perlen direkt zu den Schäummaschinen. (Bild: Redaktion)

Zweimal täglich wird neues Rohmaterial angeliefert und in große Silos gepumpt. Jedes Silo ist mit einer zentralen Verteilerstelle, dem Materialbahnhof, verbunden. 35 Leitungen laufen hier zusammen und werden rückverfolgbar über Kuppeltische auf 54 Leitungen zu den Maschinen verteilt. Insgesamt wurden dazu 10 km Rohre verlegt. So gelangen die EPP- und EPS-Perlen direkt zu den Schäummaschinen. (Bild: Redaktion)

Das Umweltmanagementsystem hält die Firmen dazu an, die Umweltauswirkungen des Unternehmens kontinuierlich zu verringern. Deshalb ist der Partikelschaumverarbeiter vor rund 3 Jahren dem Programm Null-Granulatverlust beigetreten. Beim Abladen, Umtanken oder in der Produktion wird derzeit noch strenger darauf geachtet, dass ausgetretene Perlen nicht in der Umwelt oder ins Regenwassersystem gelangen. Sie werden ganz bewusst aufgehalten, gesammelt und sofern noch sortenrein, sogar gereinigt und wieder dem Produktionsprozess zugeführt. Um den Austritt so gering wie möglich zu halten, wurden beispielweise flexible und händisch getrennte Elemente durch fest installierte Verrohrungen ersetzt. Außerdem gibt es einen zentralen Kupplungsbereich, der so ausgeführt ist, dass austretendes Material mit einem Staubsauger gut aufgenommen werden kann. Auch im Außenbereich wird sehr intensiv auf Sauberkeit geachtet. In den Regenwasserabläufen des Firmengeländes befinden sich Fangsiebe, die das Granulat zurückhalten, und im Zuge des Reinigungsprogramms regelmäßig geleert werden.

Blick in die Glaskugel

Thomas Doll, Technischer Leiter bei Ruch Novaplast, sieht im Partikelschaum noch großes Potential für weitere Anwendungsbereiche. (Bild: Redaktion)

Thomas Doll, technischer Leiter bei Ruch Novaplast, sieht im Partikelschaum noch großes Potential für weitere Anwendungsbereiche. (Bild: Redaktion)

Verpackungssysteme mit Zusatzfunktion und Intelligenz, Sicherheitsbauteile und Partikelschaumsysteme im Bereich Heizung, Klima, Lüftung und Wärmepumpen und das EPP-Chassis-System Novaplex sind die Marktsegmente, in den sich das Unternehmen zwischenzeitlich bewegt.

Eine weitere Zukunft des Partikelschaums sieht Ruch Novaplast in Anwendungen, die heute für Außenstehende noch nicht vorstellbar sind. Hierzu gehören beispielsweise funktionalisierte Strukturen für den Leichtbau in der Elektromobilität. Häufig scheitert der Einsatz von Partikelschaum auf diesen Gebieten noch an der Dauergebrauchstemperatur von 180 bis 200 °C. Doch diese Eigenschaft wird von den Partikelschäumen aus Hochleistungskunststoffen wie PET, PA und POM erfüllt. Somit wird es möglich, ungelöste Themen in diesem Bereich mit Partikelschaum zu lösen. Denkbar sind für den Kunststoffverarbeiter auch Kombinationsbauteile, mit spritzgegossener, robuster Deckschicht und einer leichten, mit Dickensprüngen versehenen Rückseite. „Die Ideen sind zahlreich. Neue Werkstoffe und Technologien gepaart mit unserer Erfahrung und dem Willen zur Umsetzung werden neue Partikelschaumverbundlösungen hervorbringen“, ist Thomas Doll überzeugt.

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Über den Autor

Simone Fischer

ist Redakteurin Plastverarbeiter.

simone.fischer@huethig.de