Die größte Gefahr, der sich die Thermoformer stellen müssen ist der hohe Wettbewerbsdruck aus Niedriglohnländern, denn Thermoformen ist Massenproduktion von Standardartikeln – die Senkung der Stückkosten hat daher eine hohe Priorität. Doch ihr sind Grenzen gesetzt. Denn neben der Maschine spielen Rohstoffe, Energie und Werkzeug eine kostenentscheidende Rolle. Folglich müssen nicht nur die Hersteller ihre Maschinen ständig weiterentwickeln, sondern es ist für die Thermoformer überlebensnotwendig, neue Anwendungsfelder ihrer Produkte zu erschließen. Der Maschinenbauer Illig, Heilbronn, zeigte auf seiner diesjährigen Hausmesse, wo die Wachstumspotenziale liegen werden und gab Ausblicke auf künftige Entwicklungen.

IML beim Thermoformen jetzt wettbewerbsfähig

Bereits 1994 begann die Entwicklung der IML-Technik im Thermoformen. Ende der 90-er Jahre wurde die erste entsprechende Thermoformanlage auf Basis der RDM 70K installiert. Vor sechs Jahren konnte das Heilbronner Unternehmen die Aufrichtetechnik in IML-Anlagen etablieren, die das Label positioniert und ausrichtet. Bisher mussten beim Thermoformen spezielle und daher teure – weil in geringeren Stückzahlen produzierte – Labels eingesetzt werden. Limitierender Faktor waren die Formtemperaturen, die ein Label erforderten, das bereits bei niedrigem Niveau seine Siegeltemperatur erreicht und mit der Verbindungsschicht eine ausreichende Haftung erzielt. Die bereits in großen Mengen eingesetzten Label für das Spritzgießen oder Blasformen konnten aufgrund der höheren Siegeltemperatur beim Thermoformen bisher nicht eingesetzt werden. Insofern bestimmte der Labelpreis die Stückkosten, weshalb das IML-Spritzgießen sich schneller durchsetzte.

Ein wesentlicher Entwicklungsschwerpunkt der letzten Jahre beim Thermoformen war die Verkürzung der Prozess-Zeiten für die Umformung der Folie. Dies führt dazu, dass heute höhere Folientemperaturen erreicht werden, die auch den Einsatz herkömmlicher Label erlauben. „Damit können nun die Kostenvorteile des Thermoformens konsequent genutzt werden,“ bringt Mathias Dewein, Leiter des Produktbereichs RDM-Maschinen den Entwicklungsschritt auf den Punkt.

Mit der IML-Technik beim Thermoformen können Rechteckbecher an bis zu fünf Flächen dekoriert werden. Abhängig von den Anforderungen sind sowohl überlappende Labelflächen als auch freie Verpackungsflächen möglich. Die Becher können unterschiedliche Formen haben, von rund bis eckig sind viele Varianten projektierbar. Als Bechermaterialien eignen sich PP, PS, APET oder PVC. Die Label dürfen aus PP, PS, Papier – Hotmelt oder beschichtet – oder APET bestehen. Für besonders gute Ergebnisse sollte der Formteilwerkstoff mit dem Basiswerkstoff des Labels übereinstimmen. Die Werkzeuge sind meist zweifach ausgelegt und stoßen 12 bis 18 Produkte pro Takt aus.

Der besondere Charme des IML-Thermoformen liegt in der Möglichkeit, sowohl unterschiedliche Label im gleichen Zyklus zu fahren als auch die Label pro Form innerhalb von zehn Minuten wechseln zu können. Die Qualität der Becher ist mit der vergleichbar, die beim IML-Spritzgießen erreicht wird. Um Produktfehler auszuschließen, werden Kamerasysteme und/oder Farbsensorik eingesetzt. Unter Kostengesichtspunkten kann das IML-Thermoformen günstiger als der Spritzguss sein. Dazu tragen geringere Investitions- und Instandhaltungskosten bei den Werkzeugen, geringeres Formteilgewicht (Rohstoffbedarf!), niedrigerer Energiebedarf, höherer Ausstoß und hohe Flexibilität verbunden mit kurzen Produktwechselzeiten bei.

Markt für Kaffeekapseln – Massenprodukte mit Know-how

Ein weiteres Potenzial für Thermoformer, die sich mit der Produktion von becherartigen Verpackungen beschäftigen, sind Kaffeekapseln. Der Kunststoff als Verpackungsmaterial steht hier im direkten Wettbewerb zu Aluminium. Vorschriften zur Reyclingquote sowie auslaufende Patente schaffen die Rahmenbedingungen eines Marktes, der weiter erobert werden kann. Doch die Produktion der Kaffeekapseln ist durchaus eine Herausforderung: Der hohe Wasserdruck beim Brühen des Kaffees erfordert perfekte Formteile. Etwa 20 bis 25 Prozent der Investitionssumme geben Kapselhersteller für Qualitätssicherungs-maßnahmen aus. Außerdem ist für das sensible Produkt im Innern der Kapsel eine Verpackung mit Barriere-Eigenschaften gegen Sauerstoff erforderlich. Produziert werden können Kaffeekapseln beispielsweise auf einer RDM 75 K mit Stapeleinheit STPL 75b.

Intelligentes Bedienkonzept unterstützt Produktion

Die Marktanforderungen an Reproduzierbarkeit, Verfügbarkeit und Produktivität steigen auch bei Standardprodukten im Massenmarkt. Die technologische Antwort erhöht die Komplexität für den Bediener an der Maschine, der im Gegenzug durch ein intelligentes Bedienkonzept entlastet werden soll. Dieses besteht aus der Maschinensteuerung Thermoline Control, einer Prozessregelung, die Umwelteinflüsse eliminieren soll, einer dynamischen Optimierung der Prozesse sowie einer vereinfachten Fehler- und/oder Ferndiagnose.

Über die Maschinensteuerung hat der Plastverarbeiter bereits berichtet (siehe Kasten infoDIRECT). Neben einer Rezepturverwaltung und der Darstellung der Prozessparameter übernimmt sie die Bedienerführung beim Werkzeugwechsel, um Laufwege zu verkürzen. Die Prozessregelung soll die Maschinenerwärmung und die Folieneinlauftemperatur kompensieren und die Heizung entsprechend regeln, um eine konstante Folientemperatur zur erreichen. Außerdem wird die Kühlwassertemperatur sowie die Durchflussmenge überwacht und der Druckverlauf im Werkzeug beobachtet. Durch die dynamische Optimierung der Prozesse wird die Bedienung vereinfacht, da nur noch Formteildaten eingegeben werden müssen. Die Maschinensteuerung berechnet zeitgleich die maximale Taktzahl, die optimalen Heizungseinstellungen und Referenzpunkte für alle Stationen. Für mehr Gutteile von Anfang an sorgt der Anfahrbetrieb Sas-up.

Thermoformen von Biokunststoffen

Biokunststoffe sind als Ersatz herkömmicher Verpackungsmaterialien attraktiv, da sie aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt und zum Teil sogar biologisch abbaubar sind.

Bei der Verarbeitung der Biokunststoffe gilt es, ihre besonderen Eigenschaften zu beachten: Die Thermoformmaschinen sollten über eine Längs- und Querspreizung sowie eine Temperierung und/oder Ausspiegelung der Transportketten verfügen. Da viele Biomaterialien brüchig sind, muss auf eine kontinuierliche Abwicklung von der Rolle geachtet werden ebenso auf eine produktschonende Stapelung der Fertigteile. Manche neigen zum Kleben, weshalb die Walzen antihaftbeschichtet sein sollten. Wichtig ist außerdem eine hohe Prozesskonstanz mit fein justierbaren Stanztechniken. Die zentrale Rolle spielt die Heiztechnik, da die meisten Biokunststoffe temperatur-empfindlich sind und nur in engen Grenzen sinnvoll umgeformt werden können. Allerdings ist auch hier Individualität gefragt, denn Biokunststoff ist nicht gleich Biokunststoffe. Ein PLA verhält sich anders als PHA, stärkebasierende Bio-Kunststoffe oder Bio-PE.

Das Potenzial dieser Materialien reicht weit in die Zukunft, da ihre Eigenschaften noch nicht vollständig ausgenutzt sind. Sie besitzen eine sehr geringe Wärmedehnung und ihre Erweichungstemperatur ist steuerbar. Außerdem sind Blends oder Mehrschichtverbunde mit Bio-Materialien wie Molke als Barriere denkbar.

 

Hintergrund Technologie

Verkürzter Formprozess

Servomotorische Vorstreckerantriebe, schnellere Formluftventile und schnellere Folientransporte haben dazu geführt, dass die Folie schneller und damit bei einer höheren Folientemperatur verformt wird. Neben den daraus resultierenden Vorteilen wie verbesserte Wanddickenverteilung in der Seitenwand oder Eliminierung des Wulstes am Becherrand ergibt sich eine höhere Folientemperatur bei der Anlage der Folie an ein Label.

 

Autor

Über den Autor

Christine Koblmiller