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Ein hybrider Allrounder 920 H fertigte aus 100 % recyceltem PP-Monomaterial von Borealis dickwandige Klappboxen. (Bild: Arburg)

Bertram Stern

„Die Themen Energie-, Ressourcen- und Produktionseffizienz werden für die Kunststoffverarbeiter aber auch für uns als Hersteller der Spritzgießmaschinen immer bedeutender“, berichtet Bertram Stern, Packaging and Circular Economy Manager bei Arburg. (Bild: Arburg)

Auf welchem Schwerpunkt liegt derzeit die Entwicklung nachhaltiger Verpackungskonzepte bei Arburg?

Bertram Stern: Die übergreifenden Themen, für die wir uns sehr engagieren, sind Ressourcenschonung und Circular Economy. Ziel muss sein, mit Kunststoff ressourceneffizient umzugehen und davon so viel wie möglich wiederzuverwerten. Mit verschiedenen Anwendungen zeigen wir: Kunststoffe können mit unterschiedlichen Techniken markiert, eindeutig identifiziert und sortenrein gesammelt werden. Das schafft die Grundlage, sie sinnvoll und wirtschaftlich in die Wertschöpfungskette zurückzuführen und sowohl die Qualität als auch die Quantität von Recyclingmaterialien zu verbessern.

Auf der K 2019 haben Sie das Programm Arburg Green World vorgestellt. Wie werden die Säulen Green Machine, Green Production und Green Services von den Kunststoffverarbeitern angenommen?

Stern: Das Programm Arburg Green World umfasst das komplette Nachhaltigkeitsmanagement von Arburg. Dabei spielen viele Themen eine Rolle – von Circular Economy, Energie- und Ressourceneffizienz über CO2-Bilanz bis zu Digitalisierung und strategischen Partnerschaften.

Die Betrachtungsweise ist mehrdimensional. Die vier Säulen sind nicht als Verkaufseinheiten zu verstehen, sondern bündeln unsere Angebote zu den verschiedenen Themenbereichen. Bei Green Machine sind das beispielsweise ressourcenschonende Maschinentechnik, angepasste Dimensionen und clevere Assistenzsysteme. Unter Green Production sind zum Beispiel innovative Verfahren und vernetzte Prozesse und Digitalisierung für eine ressourcenschonende und effiziente Fertigung verortet. Zu den Green Services zählen alle Dienstleistungen rund um die Kunststoffverarbeitung. Hier spielt der Know-how-Transfer eine große Rolle. Wir unterstützen unsere Kunden beispielsweise hinsichtlich des Einsatzes von Rezyklaten, Produktdesign und Anwendungstechnik. Einen großen Bedarf sehen wir beim Thema Energiemanagement und CO2-Bilanzierung. Hier ist interessant zu wissen, mit welchem CO2-Fußabdruck (PCF = Product Carbon Footprint) die Maschine beim Kunden ankommt, welche Emissionen sie in ihrer Betriebsphase verursacht und wie sich Emissionen künftig vermeiden oder weiter reduzieren lassen.

Unsere Kunden schätzen unser jahrzehntelanges Engagement für die Umwelt. Mit der Arburg Green World können wir unsere nachhaltige Strategie noch zielgerichteter und konsequenter verfolgen als bisher

Green Environment ist die 4. Säule des Programms und bezieht sich auf Ihren Produktionsstandort. Strebt Ihr Unternehmen eine klimaneutrale Produktion der Spritzgießmaschinen an?

Stern: Wir streben an, produktionseffiziente Maschinentechnik zu entwickeln und ressourcenschonend zu fertigen – in der Produktion unserer Kunden genauso wie in der eigenen Fertigung in Loßburg. Unser zentraler Produktionsstandort, die hohe Fertigungstiefe und die moderne Gebäudetechnik bringen diesbezüglich klare Vorteile. Unser Ziel ist, die größten Emissionsquellen zu identifizieren und verschiedene Einflussfaktoren quantitativ zu vergleichen. Daraus entwickeln wir mit einem interdisziplinären, fachbereichsübergreifenden Projektteam, dem neben erfahrenen Mitarbeitern auch Auszubildende angehören, eine nachhaltige Klimaschutzstrategie.

Aktuell befassen wir uns auch intensiv mit der CO2-Bilanz unserer Spritzgießmaschinen. Wir wollen eine Methode finden, mit der sich die Fertigung von Allroundern auf ihre Nachhaltigkeit hin bewerten und optimieren lässt.

Ein weiterer Ansatz, der das gesamte Unternehmen betrifft, ist mit dem Corporate Carbon Footprint (CCF) die gesamten Emissionen von der Rohstoffgewinnung bis zur Produktentsorgung zu betrachten. Uns interessieren besonders die Emissionen, die wir selbst beeinflussen können – also bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Maschine beim Kunden ankommt.

Zudem befassen wir uns derzeit intensiv mit dem Thema Green Controlling. Dabei machen wir auch externe Faktoren messbar, um innerbetriebliche Prozesse hinsichtlich CO2-Reduktion, Energiebedarf und Energiemix zielgerichtet und transparent zu optimieren.

Sie haben verschiedene Allrounder in Packaging-Ausführung im Programm. Die Zykluszeiten sind hier sehr kurz. Werden diese durch den Einsatz von Rezyklat beeinflusst?

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Spritzgießmaschinen wie der Allrounder 1020 H in Packaging-Ausführung und mit Gestica-Steuerung sind in der Lage, trotz schwankender Qualitäten der Rezyklate, diese bei sehr kurzen Zykluszeiten und hoher Produktionseffizienz zu verarbeiten. (Bild: Arburg)

Stern: Mit unseren hybriden Hochleistungs-Spritzgießmaschinen der Baureihen Hidrive und Alldrive in spezieller Packaging-Ausführung lassen sich generell sehr dünnwandige Produkte schnell, materialsparend und damit wirtschaftlich fertigen. Das Paket umfasst serienmäßig FEM-optimierte Aufspannplatten und hoch belastbare Maschinenständer, hochverschleißfeste Zylindermodule mit Barriereschnecken, servoelektrische Kniehebel-Schließeinheiten und Dosierantriebe, Lageregelung und zusätzliche Steuerungsfunktionen wie Anfahrparameter und zyklusübergreifendes Dosieren. Das sorgt für kurze Trockenlaufzeiten, hohe Plastifizierleistungen und Einspritzgeschwindigkeiten sowie einen reduzierten Energiebedarf.

Prinzipiell lassen sich auf Allrounder-Spritzgießmaschinen Rezyklate gut verarbeiten. Die Herausforderung liegt vor allem darin, schwankende Materialqualitäten prozesssicher verarbeiten zu können. Denn wir haben festgestellt, dass sich zum Beispiel Fließeigenschaften und Prozessparameter wie Einspritzdruck und Scherung mitunter stark vom Virgin-Material unterscheiden können. Das wirkt sich gegebenenfalls auch auf die Zykluszeit und den Energieeintrag aus.

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Erema rezyklierte mit seiner Kunststoffrecyclingmaschine auf der K 2019 Rezyklat Becher, die Arburg direkt auf der Messe gespritzt hatte. (Bild: Arburg)

Wie stark der Spritzgießprozess beeinflusst wird, hängt von der Materialqualität und -art ab also, ob es sich um ein Post-Consumer-Rezyklat (PCR) oder ein Post-Industrial-Rezyklat (PIR) handelt. Letzteres haben wir beispielhaft mit einem Allrounder 1020 H in Packaging-Ausführung auf der Messe K 2019 verarbeitet. Die hybride Spritzgießmaschine mit 6.000 kN Schließkraft fertigte in einer Zykluszeit von rund 4,3 Sekunden aus neuem PP-Material der Firma Borealis mit 30 Prozent zugemischtem sortenreinen PP-Rezyklat je acht dünnwandige Rundbecher in gleichbleibend hoher Qualität.

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Ein hybrider Allrounder 920 H fertigte aus 100 % recyceltem PP-Monomaterial von Borealis dickwandige Klappboxen. (Bild: Arburg)

Bereits beim Design einer Verpackung ist es wichtig, deren Rezyklierbarkeit zu berücksichtigen. Außerdem sollten Bauteile generell so ausgelegt werden, dass sie zu den Materialspezifikationen des jeweiligen Rezyklats passen. Stichworte hierzu sind „Design for Rezyklat“ sowie „Design for Recycling“. Ein Beispiel ist die Fertigung einer langlebigen Klappbox aus 100 % recyceltem PP-Monomaterial von Borealis. Das Granulat bestand aus PP-Bechern, die wir auf Messen produziert hatten und PP-Folie aus Hundefutter-Verpackungen – beides unverschmutzte Neuware. Durch eine solche Zumischung lässt sich der MFI-Wert (Melt Flow Index) des Materials senken. Im konkreten Fall reduzierte die Folie den MFI-Wert von 100 auf rund 12 – ideal, um aus dem granulierten Rezyklat mit einem hybriden Allrounder 920 H die dickwandigen Klappboxen herzustellen. Zu den Anfangsschwierigkeiten zählten variierende Einspritz- und Werkzeuginnendrücke aufgrund von Viskositätsunterschieden. Generell lassen sich solche Prozessschwankungen durch verschiedene Einstellparameter wie Temperatur, Druck und Vorschubgeschwindigkeit in einem gewissen Umfang ausgleichen. Im konkreten Fall führten die Anpassung von Dosiergeschwindigkeit und Staudruck zum Erfolg. Das Schwindungsverhalten konnte durch Anpassung der Kühlzeit deutlich verbessert werden.

Welche Trends sehen Sie derzeit in der Verpackungstechnik?

 

Becher, Stapel, Holy Grail, Hand

Holy Grail 2.0: IML-Becher mit digitalen Wasserzeichen, die sortenreines Sortieren ermöglichen. (Bild: Arburg)

Stern: Wie gesagt ist Circular Economy ein großes Thema. Wir als Spritzgießmaschinenhersteller arbeiten diesbezüglich mit renommierten Werkzeugbauern, Materialherstellern und Recyclingexperten intensiv an innovativen Technologien, um den Kreislauf von Kunststoffprodukten zu schließen. Im September 2020 ist dazu Holy Grail 2.0 in die nächste Runde gegangen. Gemeinsam mit über 85 Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette bringen wir das sortenreine Sortieren von Kunststoffverpackungen mittels digitaler Wasserzeichen voran. Nach Entwicklung eines Verpackungskonzepts ist geplant, im Frühjahr 2021 mit der semi-industriellen Testphase zu beginnen.

Eine weitere Initiative ist R-Cycle, initiiert von der Firma Reifenhäuser. Auch hier sind sortenreines Trennen mittels auslesbaren Kennzeichnungen sowie eine lückenlose Dokumentation aller recyclingrelevanten Eigenschaften von Kunststoffverpackungen das Ziel.

Künftig werden vermehrt Rezyklate und Biokunststoffe verarbeitet. Zu diesen Themen kooperieren wir unter anderem mit dem Institut für Kunststoff- und Kreislauftechnik (IKK) an der Leibnitz-Universität in Hannover. Mit zwei Allroundern werden dort zum Beispiel das Verarbeitungsverhalten von Rezyklaten sowie neuartiger Biokunststoffe charakterisiert und Kombinationen von Rezyklaten und Virgin-Materialien entwickelt. Hier stehen das „Design for Recyclate“, prozesstechnische Aspekte und materialtechnische Fragestellungen zu den Produkteigenschaften im Vordergrund.

Die EU-Gesetzgebung sieht vor, dass bis zum Jahr 2030 europaweit alle Kunststoffverpackungen wiederverwendbar, leicht recycelbar oder kompostierbar sind. Die Wiederverwertungs- und Recyclingquote soll dabei 60 % betragen. Zudem laufen derzeit Pilotprojekte, in denen Einweg- durch Mehrweg-Pfandverpackungen ersetzt werden, so wie das für Glasflaschen gang und gäbe ist. Die vorgegebenen Ziele können jedoch nur gemeinsam mit Partnern erzielt werden.

ist Redakteurin Plastverarbeiter. simone.fischer@huethig.de

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