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Schaumapplikator aus Monomaterial und somit kreislauffähig. (Bild: Cosmed)

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Durch das Zusammenwirken von Applikator und Pumpmechanismus entsteht ein cremiger Schaum. (Bild: Cosmed)

Jährlich werden alleine in Deutschland mehrere Millionen Schaumspender für vielfältigste Anwendungen verkauft. Zum Waschen und Reinigen in der Kosmetik und für industrielle Anwendungen wie zur Polsterreinigung. Aus ökologischer Sicht können die aus Baugruppen hergestellten Applikatoren nur schwer bis unmöglich wieder dem Wertstoffkreislauf zugeführt werden. Cosmed, ein Entwickler von komplexen Kunststoffanwendungen und Produzent von Produktlösungen, hat mit dem Squeeze Foaming Device (SFD) einen völlig neuen und nachhaltigen Applikator in Zusammenarbeit mit einem Großkunden entwickelt.

„Wir haben über eine Alternative zu den klassischen Aerosolapplikatoren intensiv nachgedacht“, erklärt Jens Maschmeier, Geschäftsführer von Cosmed. „Ziel war es, ein komplett druckloses System zu entwickeln, das dimensionsstabilen Schaum aus Flüssigkeit produziert und gleichzeitig den Anspruch der Nachhaltigkeit wirklich erfüllt“, erinnert sich Dieter Sabrotzky. Der technische Geschäftsführer hat dabei das Pumpsystem als Schlüsselthema für die praxistaugliche Umsetzung entdeckt. „Rein mit Luft, in Kombination mit auf das Behältnis ausgeübten Druck, sollte am Ende ein stabiler, sehr feinperliger Schaum dosiert ausgegeben werden.“

Umfangreiche Testreihe

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Schaumapplikator aus Monomaterial und somit kreislauffähig. (Bild: Cosmed)

Das Aufschäumen des Mediums sollte über eine ausgeklügelte Zusammensetzung von unterschiedlichen Sieben im Inneren des Pumpkopfes erfolgen. „Das bedeutete für die Produktentwicklung, einen seriennahen Testkorpus zu konstruieren, mit dem anschließend praxistaugliche Testversuche gefahren werden konnten“, erläutert Dieter Sabrotzky die Herangehensweise. Das Spritzen des Korpus für den Pumpmechanismus erfolgte mit einem intern konstruierten und im eigenen Werkzeugbau gefertigten Prototypenwerkzeug. Der entwickelte Korpus kann zwischen ein und vier Sieben aufnehmen.

Durch eine empirische Untersuchung wurde dann durch den Einsatz von verschiedenen Siebeinsätzen mit differenten Maschenweiten ermittelt, wie standfest und feinperlig das fertige Produkt, welches auch als Mousse bezeichnet wird, bei der Abgabe aus dem Spender ist. Die gewünschte Lösung bezüglich Konsistenz ergab sich aus der Kombination und dem Einsatz von insgesamt vier Sieben mit unterschiedlichen Maschenweiten. Die Fertigung des kleinsten Netzfadendurchmessers von rund 0,2 mm stellt das derzeit mögliche Maximum im Werkzeugbau dar und entspricht dem aktuell modernsten Stand der Werkzeugmaschinentechnik. „Dünnere, komplexe Siebgeometrien können in einem serientauglichen Spritzgießprozess aktuell nicht umgesetzt werden“, so das Fazit von Dieter Sabrotzky nach unzähligen Versuchen.

Die Siebvielfalt bringt’s

Die Kombination von unterschiedlichen Sieben, die in der Form an eine Ronde erinnern, eröffnet dem Kunststoffverarbeiter gleichzeitig eine Vielfalt an Möglichkeiten, die Konsistenz der Mousse an den eigentlichen und verbrauchergerechten Einsatzzweck anzupassen. Im Ergebnis schäumt der SFD letztlich immer in der für die spezifische Anwendung gewünschten Konsistenz. Dadurch erhält das Unternehmen die Flexibilität, zeitnah spezifische Tests mit den Prototypen umzusetzen, um die Ergebnisse anschließend in Kombination mit dem kundenspezifischen Produkt zu präsentieren. In dem SFD-Pumpenkorpus ist neben der aufwendigen Schaumtechnik auch eine Transportsicherung sowie eine Auslaufsicherung enthalten.

Geringerer Materialeinsatz

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Mit modernen Fertigungstechnik produziert der Kunststoffverarbeiter die Applikatoren und Behälter. (Bild: Cosmed)

Neben der technischen Umsetzung musste der gedankliche Fokus auf das zu verarbeitende Material gelegt werden. „Unsere Vorstellung im Vorfeld war es, den gesamten Pumpenkörper als Baugruppe aus einem Material zu fertigen“, so der Anspruch der Entwickler. Gegenüber dem klassischen Pumpapplikator konnte im ersten Schritt zunächst auf den Einsatz von Stahl für den Federmechanismus verzichtet werden. Unter der Annahme von jährlich fünf Millionen gefertigter Einheiten werden durch die Produktablösung diverse Tonnen Stahl eingespart. Weitere Einsparpotenziale ergeben sich durch den konsequenten Einsatz eines einzigen Materials: Polyethylen (PE). Somit kommen keine weiteren Konstruktionskunststoffe wie zum Beispiel Polyoxymethylen (POM) mehr zum Einsatz, und für die zuvor angenommene Stückzahl würden rund 85 t Kunststoffmaterial eingespart. Aber auch die eigentliche Flasche kommt im Vergleich mit deutlich weniger Materialeinsatz aus, sodass weitere 58 t eingespart werden könnten.

In der Serienfertigung wird auf hocheffizienten Kunststoffspritzgießmaschinen produziert, bei denen der Energieeinsatz auf ein Minimum reduziert ist. Hinzu kommt das Verwenden von Strom, der von der hauseigenen Photovoltaikanlage, die an sonnigen Tagen rund ein Fünftel des Strombedarfs in der Produktion abdeckt, produziert wird. Außerdem gibt es eine strukturierte Prozessplanung, durch die Losgrößen optimiert, auf häufige Materialwechsel verzichtet und unnötige Aufheizzeiten konsequent eliminiert werden.

Neben der modifizierten Schaumleistung lässt sich das Produktdesign individualisieren. Das gilt sowohl für das Aussehen des eigentlichen Pumpmechanismus als auch für die Form der Flasche und deren Inhalt.

Durch singulären Materialeinsatz kreislauffähig

„Wir sind davon überzeugt, mit dem SFD ein wirklich nachhaltiges und umweltgerechtes Produkt auf den Markt einzuführen, das in naher Zukunft jeder Verbraucher einmal in den Händen halten wird“, ist Jens Maschmeier überzeugt. „Das Squeeze Foaming Device ist deutlich günstiger in der Herstellung, wird mit spürbar weniger Material gefertigt und kann aufgrund der singulären Materialkombination zu 100 % zurück in den Werkstoffkreislauf geführt werden.“

ist Inhaber der Agentur Vogomedia in Meinerzhagen.

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