Reiner Schmid erläuterte die Exponate und die Bedeutung der detaillierten Prozessführung beim Spritzgießen von Packagingteilen. (Bildquelle: Arburg)

Reiner Schmid erläuterte die Exponate und die Bedeutung der detaillierten Prozessführung beim Spritzgießen von Packagingteilen. (Bildquelle: Arburg)

Circular Economy muss gerade in der Verpackungsindustrie mit ihrem hohen Anteil wiederverwendbarer Wertstoffe ganz oben auf die Agenda. Dazu bedarf es Lösungen, Innovationen und Visionen, wie auch das Motto der Veranstaltung bei Arburg, Loßburg, unterstrich. Bei der Eröffnung des Events betonte der Vertriebsgeschäftsführer Gerhard Böhm: „Bei Arburg beschäftigen wir uns schon lange mit dem Themenkomplex Ressourceneffizienz und Circular Economy. Wir haben das Problem verstanden, die Dimension erkannt und tragen mit all unseren Kräften zur Lösung bei.“

Prozessführung beim Spritzgießen – näher beleuchtet

Reiner Schmid, Application Manager Packaging bei Arburg, erläuterte in seinem Vortrag die Bedeutung der detaillierten Prozessführung als wichtige Einflussgröße für Schnelligkeit, Reproduzierbarkeit, Qualität und Dokumentation von Spritzgießvorgängen. Zu den bewährten Materialien wie PP, PE oder PS sind die Erkenntnisse nach mehr als 60 Jahren Materialentwicklung fundiert. Dies gilt sowohl für die Prozess- als auch für die Werkzeugtechnologie, die sich als ausgereift und durchoptimiert präsentieren. Zukünftig werden durch die Entwicklung neuer, vor allem biobasierter und bioabbaubarer Ausgangsstoffe oder auch Recyclingmaterialien mit veränderten Eigenschaften bezüglich Fließfähigkeit oder Mechanik Prozesstechnologien angepasst werden müssen. Darüber hinaus bedarf es neuer Produktdesigns und Teileauslegungen sowie einer daraufhin abgestimmten Heißkanal- und Werkzeugtechnik. Maschinen, Automation und Werkzeuge haben also gleichermaßen Einfluss auf den Spritzgießprozess und müssen auf die neuen Materialien zugeschnitten werden.

Einflussfaktoren auf den Spritzgießprozess. (Bildquelle: Arburg)

Einflussfaktoren auf den Spritzgießprozess. (Bildquelle: Arburg)

Wie aber lassen sich Füllprozess und Produktqualität deutlich optimieren? Die Beantwortung dieser Fragen spielt gerade bei den neuen und recycelten Materialien eine wichtige Rolle. Dabei hilft eine detaillierte Prozessdarstellung mit der Maschinensteuerung. Dort können qualitäts- und kontinuitätswichtige Prozessparameter über eine entsprechend feinfühlige Sensorik an Maschine und Werkzeug nicht nur umfassend aufgezeichnet und dokumentiert, sondern auch anschaulich grafisch dargestellt werden. Dabei handelt es sich sowohl um indirekt als auch um direkt gemessene Parameter. Interessant ist vor allem das Beispiel „Füllzeiten“. Über die Messsensorik tatsächlich gemessene Füllzeiten lassen einen direkten Vergleich mit den Einspritzzeiten der Spritzgießmaschine zu. Daraus lässt sich die Prozesskonstanz in Korrelation zu Messwert und Istwert ermitteln.

Messsensorik in Werkzeugen lässt detaillierte Einblicke in den Prozess zu

Mit einem 48-fach Werkzeug produzierte ein hybrider Allrounder 630 H Schraubkappen in einer Zykluszeit von 3,3 Sekunden. (Bildquelle: Arburg)

Mit einem 48-fach Werkzeug produzierte ein hybrider Allrounder 630 H Schraubkappen in einer Zykluszeit von 3,3 Sekunden. (Bildquelle: Arburg)

Je umfangreicher die Messsensorik in Maschine und Werkzeug, desto detaillierter die prozess- und qualitätsrelevanten Dokumentationsmöglichkeiten. Sind Werkzeuge mit Innendrucksensor und Temperaturfühler ausgestattet, dann können Formfüllung und Temperaturverteilung im Werkzeug prozessbegleitend exakt kontrolliert und überwacht werden.

Auch die „Werkzeugatmung“ lässt sich mit Hilfe von Sensorik digitalisieren und so in die Maschinensteuerung übernehmen. Damit ist der Sensor der üblichen Messuhr bei weitem überlegen, denn nicht nur die Ergebnisse sind viel genauer, auch die Dokumentation der Werte und das Erkennen von Abweichungen ist über die Maschinensteuerung kein Problem. Damit lassen sich eine zu große Atmung, Überspritzungen und am Ende eine geringere Teilequalität wirksam verhindern. Die Messung über einen induktiven Wegsensor erfolgt Schuss für Schuss und kann als Parameter zur Qualitätsregelung im Produktionsprotokoll gespeichert werden. Die Darstellung kann über die Selogica-Steuerung als Grafik in Form einer Funktion Weg/Zeit erfolgen. Die Messgenauigkeit liegt sensorabhängig im µm-Bereich.

Es lassen sich noch weitere Parameter grafisch auf den Steuerungsbildschirm bringen und als qualitätsrelevante Größen speichern, so beispielsweise die Werkzeug-/Zuhaltekraft, gegebenenfalls der Prägespalt oder das Schneckenvolumen. Optimierungen im Bereich der Energieeffizienz werden durch ermitteln der maximal benötigten Zuhaltekraft erreicht. Dazu dienen die Größen „Werkzeuginnendruck“ und „Werkzeugatmung“. Damit können Maschinenleistung und Kräfte bedarfsabhängig gefahren werden, was den Gesamtenergieverbrauch positiv beeinflusst.

Digitalisierung durch umfangreiche Messperipherie macht Spritzprozesse transparent

Die ermittelten Werkzeugdaten werden in der Steuerung angezeigt und dadurch transparent. So lassen sich Produktionsprozesse umfassender dokumentieren, analysieren und optimieren. Die Prozesse werden stabil und reproduzierbarer, etwa bei Werkzeugwechsel oder -wartung. Durch das Auswerten dieser Parameter und die daraus zu berechnenden Kenngrößen kann ein Herstellungsprozess nicht nur kontinuierlich gleichbleibend und transparent, sondern auch kontinuierlich hochwertig gestaltet werden. Eine umfangreiche Messperipherie dient also nicht nur der Prozessüberwachung beim Einsatz neuer Materialien, sondern ganz allgemein auch der Prozessoptimierung, einer konstanten Teilequalität, der Reproduzierbarkeit und der Energieeffizienz. Daraus ergeben sich einige klare kausale Zusammenhänge: Direkte Messungen stellen die Prozessstabilität sicher. Stabile Prozesse erlauben eine konstante und werkzeugschonende Produktion. Das Ermitteln von Sollwerten wird dadurch genauso möglich wie die Definition von Toleranzbändern und damit die Überwachung von Spritzgießprozessen.

Praxisbeispiele für eine nachhaltige Prozessführung

Reiner Schmid, Neben Fachvorträgen gab es Live-Anwendungen und Gelegenheit für Expertengespräche unter anderem mit Reiner Schmid (2.v.r.). (Bildquelle: Arburg)

Reiner Schmid, Neben Fachvorträgen gab es Live-Anwendungen und Gelegenheit für Expertengespräche unter anderem mit Reiner Schmid (2.v.r.). (Bildquelle: Arburg)

Wie sieht eine solche „nachhaltige“ Prozessführung über Digitalisierung aus? Dies wurde während der Großveranstaltung an mehreren Beispielen gezeigt. Eine hybride Maschine in Packagingausführung (P) und dem Optionspaket „Dünnwandartikel“ fertigte vier IML-Becher in vier Sekunden Zykluszeit. Eine andere produzierte circa 52.500 Getränkeverschlüsse pro Stunde in einem 48-fach-Werkzeug. Die Maschine war mit dem Packaging-Optionspaket „Verschlüsse“ ausgestattet, das unter anderem eine Zykluszeit von 3,3 Sekunden ermöglichte.

Ein elektrischer Allrounder 520 A produzierte vier herkömmliche Kaffeekapseln aus PP mit einer 0,02 mm dünnen Barriereschicht aus EVOH in rund 4,7 Sekunden. Die Wandstärke der gesamten Kapsel lag bei 0,45 mm, das Teilegewicht bei 1,2 g.

Kaffeekapseln aus Ecovio, einem biobasierten und kompostierbaren Kunststoff, wurden auf einem hybriden Allrounder 920 H mit 48-fach-Werkzeug hergestellt. Die Ausbringung lag mit diesem Werkzeug bei rund 23.000 Kapseln pro Stunde.

Herausforderungen der Zukunft durch angepasste Technologien meistern

Circular Economy, biobasierte und -abbaubare sowie recycelte Materialien, immer höhere Ausbringungen und Qualitätsmaßstäbe – das sind die Herausforderungen, mit denen sich zukünftig besonders die Verpackungsindustrie konfrontiert sieht. Diesen anspruchsvollen Aufgaben kann nur eine Technik entsprechen, die durch Digitalisierung die wichtigsten Verarbeitungsparameter als Berechnungs- und Dokumentationsgrundlage für einen reibungslosen und individuellen Herstellungsprozess heranzieht und auswertet. Dazu sind flexible Steuerungen notwendig, die die Messwerte der gesamten Sensorik von Maschine und Werkzeug aufbereiten und klar darstellen können. Wenn die technischen Lösungen dann Hand in Hand mit den anderen Teilen der Produktion funktionieren und zu einem abgestimmten Prozess entlang der gesamten Wertschöpfungskette führen, dann können auch Verpackungen im Sinne einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft „nachhaltig“ werden.

Über den Autor

Susanne Palm

ist in der Unternehmenskommunikation von Arburg in Loßburg tätig.