Anwendungsbeispiele anwendungsoptimierter UV-Technologie sowie Infrarot-Wärmelösungen zeigen die Vorteile der gezielten Erwärmung und ebenso, wann eine Kombination von UV und IR sinnvoll ist.

IR-Strahler zur Herstellung von Transportboxen

Schweißen von Transportboxen.

Schweißen von Transportboxen.

Aus dem thermoplastischen Kunststoff HDPE (high density Polyethylen) werden durch Spritzguss Tafeln hergestellt. Diese Tafeln sind bereits mit allen Befestigungslaschen, Löchern und Schlitzen versehen, die später benötigt werden, um das Endprodukt zu formen, eine neue leichte Transportbox. Die Boxen werden mit Rädern ausgestattet und für größere Lieferungen von Waren zu Supermärkten oder für den Wäschetransport innerhalb von Krankenhäusern eingesetzt.

Die Firma Robot Units in Großbritannien konstruiert und fertigt Spezialanlagen, die aus flachen Kunststoff-Tafeln komplexe Behälter zusammenfügen. Eine große Herausforderung bei diesem Prozess sind die Laschen und Löcher. Dicke, Geometrie und Färbung sind sehr unterschiedlich. Versuche zeigten, dass durch kurzwellige Infrarot-Strahler eine gute Verschweißung erreicht werden konnte. Die Verbindung war sogar stärker als das Ausgangsmaterial und vor allem gab es keine Verbrennungsschäden am Produkt.

In der Infrarot-Anlage werden die Platten zuerst befestigt, bevor die kurzwelligen Strahler in einer individuell programmierten Sequenz angeschaltet werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Wärme genau zur Geometrie, Dicke und Farbe des jeweiligen Kunststoffteils passt. Infrarot-Strahlung schmilzt in wenigen Sekunden gezielt die Oberfläche des Kunststoffs an und die Tafeln werden dann durch ein pneumatisches Fügewerkzeug gefaltet. Dadurch werden die gezielt erwärmten Verbindungspunkte miteinander verschweißt. Anschließend flutet kalte Luft die Anlage und die Box kann entnommen werden.

Infrarot-Strahlung wird kontaktfrei übertragen und erzeugt Wärme direkt im Produkt. Damit ist sie herkömmlichen Methoden, wie etwa der Erwärmung durch Kontaktplatten, überlegen. Anders als beim Schweißen mit Kontaktwärme bleibt kein heißer Kunststoff an der Wärmequelle hängen. Dadurch können Kunststoffteile mit Infrarot-Wärmesystemen ohne Geruchsbelästigung im Sekundentakt und jederzeit reproduzierbar verschweißt werden. Zeitraubende Reinigungsprozeduren entfallen.

IR-Wärme für Pralinenverpackungen aus Bio-Kunststoff

Tiefziehen von Pralinenverpackungen aus Maisstärke. (Bildquelle: alle Heraeus Noblelight)

Tiefziehen von Pralinenverpackungen aus Maisstärke. (Bildquelle: alle Heraeus Noblelight)

Pralinen, Schokolade und andere Süßigkeiten sind in Schachteln mit Kunststoffeinsätzen verpackt. Diese Einsätze werden aus Kunststoff-Folien durch Tiefziehen hergestellt.

Eine relativ neue Entwicklung sind Einsätze aus Biokunststoff. Infrarot-Strahler von Heraeus Noblelight helfen beim Tiefziehen von Biokunststoffen. Sie übertragen Energie kontaktfrei und erzeugen Wärme erst im Material. Dadurch kann die Erwärmung gezielt und schnell erfolgen, das optimiert den Tiefziehprozess und hilft Ausschuss zu vermeiden.

Biokunststoffe sind umweltfreundlich, nicht zuletzt, weil sie aus nachwachsenden Rohstoffen und nicht aus Erdöl hergestellt werden. Zudem sind sie abbau- und auch kompostierbar. Trays, Blister und Sortiereinsätze können aus Maisstärkefolie hergestellt werden. Für Pralinenverpackungen muss die Folie erhitzt und dann tiefgezogen werden. Üblicherweise geschieht dies bei konventionellen Kunststoff-Folien in mehreren Takten von je etwa zwei Sekunden Erwärmung, bis die Umformtemperatur erreicht ist. Eigenschaften wie Festigkeit, Flexibilität und Stabilität der Maisstärkefolie können jedoch durch lange Aufheizzeiten erheblich gemindert werden, denn wenn im Thermoformprozess das Wasser aus der Folie entweicht, kann dies zur Versprödung führen.

Kurzwellige Infrarot-Strahler erwiesen sich als besonders geeignet, da sie die Folie mit hoher Leistung in etwa zwei Sekunden auf die Umformtemperatur von ca. 140 °C bringen, so schnell, dass kaum ein Wasserverlust dabei auftritt. Ein Modul mit überlappenden Strahler-Enden und verschiedenen Zonen, die einzeln geregelt werden können, sorgt für eine homogene Temperaturverteilung auf der Folie. Damit wurde der Tiefziehprozess für Maisstärkefolien optimiert.

Kurzwellige Infrarot-Strahler besitzen Reaktionszeiten im Sekundenbereich, dadurch können sie gut gesteuert werden. Sie übertragen Wärme schnell und mit hoher Leistung. Infrarot-Strahler müssen nur dann eingeschaltet werden, wenn Wärme benötigt wird, das spart Energie.

Effektive Keimtötung für Form-, Füll- und Verschließmaschinen

Das Strahler-System ermöglicht hohe Fertigungsgeschwindigkeiten mit effektivster Keimtötung für Form-, Füll- und Verschließmaschinen (FFS).

Das Strahler-System ermöglicht hohe Fertigungsgeschwindigkeiten mit effektivster Keimtötung für Form-, Füll- und Verschließmaschinen (FFS).

Das Thema Lebensmittelsicherheit wird derzeit viel diskutiert. Der Einfluss von Produktionsanlagen auf die Qualität der Lebensmittelprodukte wird von den Herstellern als besonders wichtig bewertet. „Mit dem neuen Blue-Light-Hygienic-System erfüllen wir die derzeit geltenden Hygienestandards und bieten auch eine ausgezeichnete Entkeimungsleistung. Damit erzielen Kunden, die Abfüllmaschinen in der Lebensmittelindustrie betreiben, einen beträchtlichen Mehrwert“, erläutert Johannes Kraft, Sales and Product Manager bei Heraeus Noblelight. Das neue System ist eine modulare UVC-Entkeimungseinheit, die Lebensmittel- und Getränkeherstellern eine zuverlässige Oberflächenentkeimung von Lebensmittelverpackungen und im Vergleich zu herkömmlichen UV-Entkeimungssystemen bis zu 90 Prozent Energieeinsparung bietet. Mit seiner hohen UV-Intensität ermöglicht das System hohe Fertigungsgeschwindigkeiten mit effektiver Keimtötung für Form-, Füll- und Verschließmaschinen (FFS).

Zuverlässig längere Haltbarkeitsdauer, verringertes Produktrückrufrisiko

Das innovative Entkeimungssystem ist leicht zu reinigen und garantiert Sicherheit bei der Verarbeitung von Lebensmitteln (DIN ISO14159/EN 1672-2 und IP66). Lebensmittel- und Getränkeherstellern wird eine zuverlässig längere Haltbarkeitsdauer und ein verringertes Produktrückrufrisiko bei deutlich niedrigeren Herstellungskosten geboten. Wie die anderen In-Line-UV-Sterilisations- und Desinfektionslösungen von Heraeus Noblelight für Verpackungen in der Lebensmittel-, Getränke- und Molkereiindustrie verwendet das Blue-Light-Hygienic-System weder Chemikalien noch Wasser. Zudem bietet das System eine zuverlässige LOG3-Reduzierung der meisten Referenzkeime in der Lebensmittelindustrie (Aspergillus brasiliensis, Bakterien – Salmonellen, Kolibakterien, sowie Hefen und Schimmelsporen).

Gute Entkeimungsleistung für Oberflächen von Lebensmittelverpackungen.

Gute Entkeimungsleistung für Oberflächen von Lebensmittelverpackungen.

Das kompakte und modulare Design macht die Integration in bestehende und neue FFS-Verpackungsmaschinen und -Fertigungsbänder für Lebensmittel und Getränke zur Behandlung von Verpackungsoberflächen, wie Kappen, vorgeformte Ausgüsse, Verschlüsse, Becher, Deckel, Schalen, Siegelfolien und weiche Folien, einfach. Mit dem Touch-Display, das die intelligente automatisierte Kontrolle und Überwachung ermöglicht, ist das System bereit für die Industrie 4.0.

Wann ist eine Kombination von Infrarot-Wärme und UV-Technologie sinnvoll ist

Hochwertige Kosmetikverpackungen, Lippenstifthülsen, Creme- oder Puderdosen werden aus Kunststoff hergestellt und erhalten dann einen Schutzlack oder ein Finishing zur Veredelung. Dabei kommt oft UV-Lack zum Einsatz. Innovativ dabei ist die Kombination von Infrarot-Wärme mit UV-Lacken. Die UV-Härtung ist ein chemischer Vernetzungsprozess. Durch Vorwärmen des Substrats mit Infrarot-Strahlung haftet und vernetzt UV-Lack besser. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn Materialien vor der UV-Vernetzung gezielt erwärmt werden. Durch die Kombination der Strahlungstechnologien wird einerseits die Energieeffizienz der IR-Lackhärtung verbessert und andererseits die Vernetzung von UV-Lacken optimiert.

 

K 2019 Halle 10 / G59

Über den Autor

Dr. Marie-Luise Bopp

ist Projektmanager Marketing bei Heraeus Noblelight in Kleinostheim.