Ohne Frage fahren wir mittlerweile eine Stückzahl, die keiner vorher bei der Komplexität des ganzen Prozesses für möglich gehalten hat“, sagt Wolfgang Kasper, Projektmanager am Produktionsstandort Haslach. „Die wiederverschließbare Getränkedose war für uns immer ein wichtiges Thema, aber es gab keine passende Lösung.“ Als dann aber 2003 der Geschäftsführer und Gesellschafter der Bound2B, Antonio Perra, seine Idee für einen wiederverschließbaren Deckel vorstellte und Studien die Machbarkeit bestätigten, startete der Getränkedosenhersteller damit, den Deckel in die Massenproduktion zu bringen.
Logistische Vorteile bleiben erhalten
Der wiederverschließbare Deckel, vom Unternehmen Ball Resealable End (BRE) genannt, ist ein Aluminiumdeckel mit einem integrierten flachen Öffnungsmechanismus aus Kunststoff. Dank dieser Lösung behält die Dose ihre klassische zylindrische Form und damit auch ihre zentralen logistischen Vorteile. Dosen mit dem BRE lassen sich Raum sparend stapeln und lagern. Wie der Standarddeckel bildet auch der BRE eine vollständige Barriere gegen Licht und Gas. Dies garantiert eine lange Haltbarkeit des Getränks sowie hohe Qualität und Frische. Da der Schließmechanismus manipulationssicher ist, kann der Verbraucher prüfen, ob die Versiegelung bereits vor dem ersten Öffnen beschädigt war. Das Öffnen und Schließen des BRE ist einfach: Dazu muss der Verbraucher lediglich das Kunststoffteil mit dem Daumen drehen. Wie alle anderen Getränkedosen lassen sich Dosen mit dem BRE einfach und vollständig wiederverwerten. Da der Kunststoffanteil im Deckel sehr gering ist, wirkt sich dieser nicht auf die Recyclingeigenschaften der Dose aus.
Der Verschluss mit Ober- und Unterteil ist in ein Standard-202-End integriert und kann auf Standarddosen aufgebracht werden. Er besteht aus einem gelochten und nachgeformten Aluminiumdeckel, auf dem ein Dichtungsring aus PP aufgebracht ist. Der Dichtungsring hat zudem zwei Stifte, mit denen das Unterteil in Position gehalten wird. Auf dem Unterteil aus PP ist eine Dichtlippe aus TPE aufgespritzt. Das Oberteil, mit dem der Verschluss bedient wird, ist aus HDPE. Ober- und Unterteil sind über ein Gewinde miteinander verbunden. Dreht der Verbraucher das Oberteil auf, so senkt sich das Unterteil ab und gibt den Inhalt der Dose frei. Beim Zudrehen presst sich das Unterteil mit der Dichtlippe von innen gegen den Aludeckel und verschließt die Dose wieder. Beim ersten Öffnen der Dose bricht ein Siegel auf, sodass der Verbraucher erkennen kann, dass die Dose noch nicht geöffnet wurde. Die Herausforderungen bei der Entwicklung erklärt Kasper so: „Die Entwicklungsarbeit des BRE zielte von Beginn an darauf ab, zwei wichtige Anforderungen zu erfüllen: Einerseits sollte der Verbraucher den Deckel problemlos öffnen und schließen können, andererseits musste die Dose beim Wiederverschluss hermetisch dicht sein und Druckstabilität garantieren.“
Erste Schritte in die Automation
Für die Vorserienfertigung des BRE sind 2004 drei 4-Kavitäten-Werkzeuge auf drei Spritzgießmaschinen eingesetzt worden. Die Verschlüsse wurden dann halbmanuell montiert. Nachdem das Projektteam festgestellt hatte, dass die Funktionalität vorhanden war, kam es darauf an, höhere Stückzahlen zu fertigen. „Wir haben dann mit Hekuma ein Robotsystem entwickelt, um die gelochten und nachgeformten Aluminiumdeckel in das Werkzeug einzulegen und zu entnehmen“, erklärt Kasper. „Das war der erste Schritt in die Automation.“
Bei dem Besuch der K 2004 in Düsseldorf fiel Kasper etwas ganz Besonderes ins Auge: „Auf der Messe habe ich das erste Doppelwürfelsystem von Foboha und Ferromatik gesehen und sofort das Potenzial für unseren Verschluss erkannt.“ Aus den bisherigen Produktionserfahrungen und in Zusammenarbeit mit dem Werkzeugbauer Advaltech Foboha, dem Automatisierer Hekuma und dem Spritzgießmaschinenhersteller Ferromatik Milacron entstand das Konzept für die heutige Produktionsanlage. 2006 entstand als Erstes die so genannte Pilotlinie mit zwei Spritzgießmaschinen und zwei Würfelwerkzeugen. Auf der Anlage konnten monatlich 500.000 Deckel produziert werden. Dazu Kasper: „Die Stückzahlen waren erforderlich, um unseren Kunden die nötigen Mengen für Marktstudien und Markteinführung zu bieten.“ Zeitgleich wurde das Konzept für die kommerzielle Linie entwickelt, die im Grundsatz der Pilotanlage entsprach, aber die mit 64 Kavitäten deutlich leistungsfähiger war. Diese Anlage startete 2007 mit der Produktion und ist bis heute stetig verbessert und optimiert worden. „2010 hatten wir eine Anlagenverfügbarkeit von 98 Prozent“, sagt Kasper.
Basis der Produktionsanlage sind zwei Spritzgießmaschinen mit je 450t Schließkraft. Als Erstes wird der Aluminiumdeckel gestanzt und umgeformt. Der Deckel wird anschließend in das Doppelwürfelwerkzeug der ersten Maschine eingelegt und der Dichtungsring angespritzt. Parallel dazu wird in dem Würfel das Oberteil gespritzt. „Das Werkzeug ist technologisch sehr aufwendig“, sagt Kasper. „Es hat Mehrstufenauswerfer integriert, die für einen sehr komplexen Plattenaufbau sorgen. Das führt dazu, dass wir ein spezielles Heißkanal- und Düsensystem mit einer gewaltigen Länge brauchen. Der kritische Punkt war hier das Abdichten der langen Düsen im Sitz zur Kavität. Durch Aufheizen und Abkühlen war durch die Längenausdehnung des Materials eine kontinuierliche Bewegung im System. Ein Mitarbeiter von unserem Projektteam, Peter Rückert, hat ein neues Gegeneinander-Abdichtverfahren entwickelt. Da bin ich schon ein bisschen stolz drauf, dass wir, die wir nur aus der Metallumformung kommen, die Lösung gefunden haben.“ Das Doppelwürfelwerkzeug hat eine Montagefunktion, um den Deckel mit dem Oberteil zu verbinden.
Lastneutrale Montage
Auf der zweiten Maschine ist ebenfalls ein Würfelwerkzeug im Einsatz, welches das Unterteil im 2K-Spritzguss herstellt. „Hier ist es wichtig, dass sich Hart- und Weichkomponente chemisch verbinden, sonst ist die Dose undicht.“ Das Unterteil wird aus den Kavitäten herausgespindelt. Die anschließende Montage von Unter- und Oberteil erfolgt lastneutral gegen das Würfelwerkzeug. Speziell entwickelte Krafteinheiten ziehen das Unterteil gegen den Würfel, ohne dass dieser seitlichen Druck bekommt. „Wir verlieren im gesamten Prozess niemals die Position der Teile zueinander“, erläutert Kasper. „Das ist der Grundgedanke der gesamten Produktionsanlage. Somit ist immer sichergestellt, dass die Verschlüsse hundertprozentig dicht sind.“
Der Deckel wird abgelegt und durchläuft ein Kamerasystem für die Qualitätskontrolle. Anschließend erhält der Verschluss noch ein Label, das als Hygieneschutz die Trinköffnung abdeckt und schützt. Ein weiteres Kamerasystem überprüft den korrekten Sitz des Labels.
Die aktuellen Stückzahlen sind für Kasper noch nicht ausgereizt: „Wir kommen aus der Massenfertigung und von daher sind wir natürlich ständig dabei, den Produktionsprozess zu optimieren und die Stückzahlen zu erhöhen. In einem halben Jahr sind wir dann vielleicht schon bei 460.000 Deckeln am Tag.“
Kosteneffizienz
Doppelt ist besser
Das Doppelwürfelsystem von Advaltech Foboha verbindet zwei gegenläufig drehende Würfel synchron zwischen den beiden Werkzeughälften. Im Prinzip arbeiten zwei getrennte Werkzeuge in einer Anlage. In 90°-Schritten finden auf drei Schließebenen simultane Arbeitsvorgänge statt. Ein speziell entwickelter Antriebs- und Koordinationsmechanismus ermöglicht das Öffnen und Schließen der beiden Würfel auf engstem Raum. Dabei fährt optional ein zweites Einspritzaggregat auf der Schließeinheit mit. Flexible Geräteadaptionen an der Entnahmeseite ergänzen die Produktionsoptionen. Das Doppelwürfelsystem bietet eine hohe Effizienz in der Mehrkomponenten-Spritzgießtechnik und ermöglicht eine Reihe neuer Produktionsverfahren: gleichzeitige Einspritzvorgänge in die Kavitäten von zwei Schließebenen, Reduzierung der Zykluszeiten und Simultanoptionen wie das Einlegen von Labeln, die Montage der verschiedenen Spritzteile sowie Entnahme und Auswurf der fertigen Teile.
