Neue Fertigungstechnologie für nachhaltige Logistiklösungen

Seit 2018 hat Repal daran gearbeitet, ein patentiertes Verfahren (Veröffentlichungsnummer DE102011001516) zur Herstellung dickwandiger Kunststoffpaletten aufzubauen. Repal ist Inhaber des 2021 erteilten Patents. Ziel war die Errichtung einer Versuchsanlage im Produktionsmaßstab, die den Technology Readiness Level 7 (TRL 7) erfüllt. Die Entwicklungsarbeiten werden durch einen privaten Investor finanziert. Mitarbeiter von SHS Plus, Ingenieurbüro für Beratungs-, Automatisierungs- und Softwarelösungen, begleiten das Projekt. Seit dem dritten Quartal 2023 ist die Versuchsanlage in Dinslaken in Betrieb und wird primär genutzt, um die Technologie weiter zu optimieren und Materialentwicklungen für potentielle Anwender durchzuführen.

Kunststoffpaletten weisen gegenüber Holzpaletten grundsätzlich diverse Vorteile auf. Allerdings haben die, üblicherweise im Spritzgießen hergestellten, Kunststoffpaletten in der industriellen Nutzung Schwachstellen. Die maximale Wanddicke geht quadratisch in die Kühlzeitberechnung ein – doppelte Wanddicke führt zu 4-facher Kühlzeit. Da die Kühlzeit wiederum die Zykluszeit bestimmt, sind große Wanddicken im Spritzgießen nicht wirtschaftlich herzustellen. Um dennoch hohe Tragfähigkeiten vorweisen zu können, wird mit Verstärkungsrippen gearbeitet.

In der täglichen Handhabung mit Gabelstaplern oder auch Radladern werden die Verstärkungsrippen aufgrund der geringen Wandstärke häufig beschädigt. Trotz einer hohen zulässigen Traglast ist die Haltbarkeit einer Kunststoffpalette im industriellen Einsatz daher häufig begrenzt. Mit dem neuentwickelten Verfahren können hingegen Paletten hergestellt werden, deren Wanddicke bis >30 mm beträgt und die somit im täglichen Gebrauch deutlich weniger anfällig für Beschädigungen sind. Hierdurch ergeben sich gegenüber spritzgegossenen Kunststoffpaletten deutliche Vorteile in einer Lifecycle-Cost-Betrachtung.

Eine einfache Substitution von Epal-Holzpaletten wird möglich, da die Kunststoffpaletten aufgrund der Technologie extrem nah an der Geometrie der Holzpaletten hergestellt werden können. Somit wird auch in automatisierten Logistikabläufen (beispielsweise fahrerlose Transportsysteme) ein 1:1 Austausch zwischen Epal-Holzpalette und Kunststoffpalette möglich. Auch das Gewicht der hergestellten Paletten orientiert sich an der Epal-Holzpalette (20 bis 24 kg je nach Holzart und Feuchtigkeitsgehalt) und beträgt 21,5 kg.

Die großen Wanddicken der hergestellten Paletten haben einen weiteren Vorteil, der gerade vor dem Hintergrund der anzustrebenden Kreislaufwirtschaft an Bedeutung gewinnt. Die verwendeten Formen haben keine engen Fließkanäle, weshalb bei geringen Drücken auch Materialien verwendet werden können, die für das Spritzgießen eine zu hohe Viskosität aufweisen. Dies erweitert das Spektrum der einsetzbaren Materialien immens. Somit können Kunststoffpaletten auch aus Blasform- oder Folienmaterialien aus dem Verpackungsbereich hergestellt werden.

Mit dem Ausblick auf anstehende regulatorische Gegebenheiten, wie Verpack G4, die nachdrücklich die Implementierung interner Wertstoff-Kreisläufe einfordern, kann das Verfahren ein Vehikel zur wertstofflichen Verwertung von Restströmen darstellen. Neben der höheren Viskosität der eingesetzten Materialien bieten die verhältnismäßig großen Fließkanäle den Vorteil, dass das Verfahren resilient gegen Materialeingangsschwankungen und Verschmutzungen/Fremdstoffe im eingesetzten Ausgangsmaterial ist. Dieser Aspekt ist speziell beim Einsatz von Rezyklaten ein entscheidender Vorteil gegenüber herkömmlichen Produktionsverfahren von Kunststoffpaletten.

Der Verfahrensablauf ist durch einen Extrusionsvorgang mit nachgeschaltetem Niederdruck-Guss gekennzeichnet. In einem Extruder [1] werden zunächst das Ausgangsmaterial sowie gegebenenfalls zugeführte Zuschlagstoffe/Additive stofflich und thermisch homogenisiert. Mit dem Extruder wird die Schmelze in einen Schmelzespeicher [2] gefördert, der ein ausreichendes Volumen zur Herstellung einer Palette aufweist. Nachdem der notwendige Füllstand im Schmelzespeicher erreicht ist, wird das Material ausgestoßen und eine in einer Angussstation [3] befindliche Form [4] gefüllt. Unmittelbar nach der Füllung wird die Form verriegelt und aus der Angussstation zu einer Abkühlstation [5] transportiert, um das Befüllen der nächsten Form zu ermöglichen. Die abgekühlte Form wird zur Entformungsstation [6] transportiert, um die fertige Palette zu entnehmen. Auf diese Weise können in einer Serienproduktion bis zu 20 Paletten pro Stunde hergestellt werden.

Die Versuchsanlage in Dinslaken verfügt über einen Extruder mit 90 mm Durchmesser, der Material für 20 Paletten pro Stunde aufbereiten könnte. Allerdings wurde die Nachfolge der Versuchsanlage aus Platzgründen und zur Reduzierung des Investitionsbedarfs auf eine Kapazität von 2 Paletten pro Stunde ausgelegt. Der Verfahrensablauf wird jedoch vollständig durchlaufen, weshalb sämtliche Erkenntnisse auf eine Serienproduktionsanlage mit einer höheren Kapazität übertragen werden können.

In der vollen Ausbaustufe werden bis zu 10 Formen existieren, die nach der Befüllung auf einer Kühlstrecke verweilen, bis die Entformung der Palette und erneute Befüllung der Form stattfinden kann. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, einzelne der Formen mit Kavitäten für Palettenvariationen auszustatten, die nur in geringen Stückzahlen benötigt werden. Beispielsweise 9 Formen zur Herstellung einer Standard-Palette und eine Form in einem Sonderformat. Dieses Beispiel ergäbe eine Kapazität von 18 Standard-Paletten pro Stunde sowie 2 Paletten pro Stunde in einem Sonderformat. Die Kosten zur Modifikation einzelner Formen sind gering, da die Formen modular aufgebaut sind und einzelne Bestandteile mit wenig Aufwand ausgetauscht beziehungsweise angepasst werden können. Daher ist es möglich, auch kleine Losgrößen von speziellen Palettengeometrien wirtschaftlich herzustellen.

Zu Beginn der Entwicklungsarbeiten wurde das Ziel definiert, eine Anlage mit dem TRL 7 zu errichten und so die Anwendbarkeit des innovativen Verfahrens für die Herstellung dickwandiger Kunststoffpaletten zu demonstrieren. Hierdurch wird es für potentielle Partner/Investoren möglich, die Implementierung des Verfahrens in die eigenen Strukturen technisch und wirtschaftlich zu bewerten. Für die jetzt notwendigen Schritte zur Errichtung einer Serienproduktionsanlage ist Repal auf der Suche nach strategischen Partnern aus dem Umfeld der Kunststoffindustrie (Verarbeiter, Recycler, Entsorger oder Logistiker). Der größtmögliche Nutzen kann erzielt werden, wenn eigene Recyclingmaterialien (Post-Production oder Post-Consumer) eingesetzt werden, um daraus Kunststoffpaletten herzustellen.

Mit einer Kapazität von circa 70.000 Paletten pro Jahr und Anlage ist das Vorhandensein entsprechender Stoffströme obligatorisch. Im Optimalfall kann die Anlage im Umfeld einer bestehenden Kunststoffproduktion errichtet werden, um Synergien auszunutzen. An der Anlage könnten Stoffströme mehrerer Kunststoffverarbeiter zusammengeführt werden, um mit Post-Production oder Post-Consumer-Rezyklaten die eigenen Epal-Holzpaletten durch Kunststoffpaletten zu substituieren oder Paletten für den freien Markt zu produzieren. Auch große Verarbeiter, die Materialströme aus mehreren Werken zusammenführen können und so auf entsprechende Mengen kommen, sind für die Anwendung des Verfahrens prädestiniert.

Quelle: SHS Plus