Maximaler Output mit minimalem Wartungsaufwand – die preisgekrönte Lösung

Vollautomatisiertes In-Mold-Labeling mit Etagenwerkzeug für Klappdeckel

Mit einer vollautomatisierten Fertigungslinie für die Herstellung eines Klappdeckels für eine Feuchttuchspenderbox wurde der englische Verpackungshersteller Amaray mit dem UK Packaging Award im vergangenen Jahr in der Kategorie Investment Projekt des Jahres ausgezeichnet. Die in Europa einzigartige Lösung steigert nicht nur die Produktivität, sondern erfüllt die vorgegebenen geringsten Maschinenplatzverhältnisse und minimiert den Wartungsaufwand erheblich. Dabei umfasst die Fertigung aus einem 12+12-fach Etagenwerkzeug mit In-Mold-Labeling, die vollautomatische Entnahme mit einer optischen 100%-Kontrolle durch ein Lasersystem sowie die Verpackung. Die Konzeption, Auslegung und Bau des anspruchsvollen Etagenwerkzeugs stammt aus dem Hause roth Werkzeugbau, das maßgeschneiderte Nadelverschluss-Heißkanalsystem lieferte EWIKON.

Der einteilige Klappdeckel aus PP wird innerhalb eines Arbeitsgangs gespritzt und gelabelt. Ein Linearhandlingsystem pro Trennebene positioniert die Etiketten präzise und innerhalb von Sekundenbruchteilen in der Kavität und entnimmt nach dem Einspritzvorgang die fertigen Teile verdeckelt. Maschinentyp und -größe und damit die maximal möglichen Werkzeugmaße und -gewichte waren kundenseitig streng definiert. Maximale Produktivität bei extrem begrenzten Platzverhältnissen forderte eine 12+12-fach Etagenwerkzeuglösung.

Weitere Details:

• 100 Quadratmeter große Anlage: Sumitomo Demag Elexis mit einer Schließkraft von 580 Tonnen
• Sehr kompakte Formgröße: Werkzeugeinbauhöhe von 1250 mm
• Speziell entwickeltes Rüstkonzept, da das Werkzeug nur 4 mm kleiner als die lichte Weite zwischen den Maschinenholmen ist.
• Konsequent modularer Aufbau mit speziellen Steckverbindungen für die elektrischen Anschlüsse zwischen den Platten, um eine optimale Demontierbarkeit und Wartungsfreundlichkeit sicherzustellen.
• Gewichtsoptimierten Auslegung des gesamten Formaufbaus aufgrund der Gewichtseinschränkungen durch begrenzte Kapazitäten am Produktionsort; Maximalgewicht des Werkzeuges von 12 Tonnen, wobei nur 8 Tonnen auf den Mittelblock mit Heißkanalsystem entfallen durften.

„Das reduzierte Formgewicht durfte keinesfalls zu Lasten der Werkzeugstabilität gehen. Hier konnte uns EWIKON mit einem speziellen Verteilerdesign unterstützen. Die verwendete Elementetechnik erlaubt ein sehr kompaktes, vollbalanciertes Schmelzekanallayout auf mehreren Ebenen. Damit war es möglich, Aussparungen für zusätzliche stabilisierende Abstützungen in den Verteilern zu integrieren. Auch die sehr platzsparende Anordnung der Nadelverschlussantriebe half dabei, die Abmessungen und das Gewicht des Mittelblocks zu reduzieren.“, so der damalige Projektleiter im Hause roth Benjamin Noack.

Trotz dieser Gewichtsreduzierung waren zusätzliche Maßnahmen nötig, um das durch vier Zahnstangenantriebe betätigte Werkzeug auf der Maschine zu stabilisieren. Daher wird der Mittelblock im verstärkten Maschinenbett geführt und zusätzlich durch eine einstellbare Traverse abgefangen.

Um dem Endkunden eine komfortable Einhandbedienung zur Entnahme der Feuchttücher zu ermöglichen, kann der Klappdeckel mit einem Druckmechanismus geöffnet werden. Diese anwenderfreundliche Weiterentwicklung entstand erst während der Projektphase im Rahmen von Funktionstests und trägt maßgeblich zum Erfolg des Artikels bei, welcher heute nicht nur bei Feuchttüchern Anwendung findet. Zudem muss ein zuverlässiges Öffnen und Schließen über die gesamte Lebensdauer der Box gewährleistet sein, so dass das dünnwandige Bauteil mit höchster Maßhaltigkeit gefertigt werden muss.

Nachdem erste Versuche mit einem vom Endkunden lokal beschafften Prototypenwerkzeug, das Bauteil über nur einen Anspritzpunkt anzubinden, unbefriedigende Resultate beim Füllverhalten zeigten, entschied man sich für eine 2-fach Anbindung. Zur Festlegung der Anspritzpunktpositionen wurden in enger Kooperation zwischen roth und dem Heißkanallieferanten EWIKON MoldFlow-Füllanalysen sowie Druckverlust- und Scherungsberechnungen durchgeführt. Diese wiederum dienten als Basis zur weiteren Optimierung des Produktdesigns. Die Ergebnisse wurden mit einem 1-fach Pilotwerkzeug validiert. Der Artikel wird über einen Anschnittdurchmesser von 1,2 mm mit einer Einspritzzeit von 0,15 Sekunden angespritzt. Der erste Anspritzpunkt befindet sich zentral auf der Fläche des Deckels, der zweite auf der Rahmenstruktur der Entnahmeöffnung. Die Öffnung der Nadeln erfolgt sequentiell, um den Zusammenfluss der Schmelzefronten in den zur Erzielung höchstmöglicher Teilestabilität gewünschten Bereich 5 mm hinter dem Filmscharnier zu verschieben.

Im Produktionswerkzeug sind in jeder Trennebene zwölf Artikel in vier horizontalen Reihen zu je drei Stück angeordnet. Für jede Artikelreihe werden die Nadeln für den ersten und zweiten Anspritzpunkt über eine entsprechende Auslegung der Versorgungskanäle als Gruppe betätigt. Die Ansteuerung der hierfür benötigten 16 pneumatischen Steuerkreise erfolgt über die Pneumatiksteuerung der Spritzgießmaschine. Die 48 verbauten Nadelverschluss-Heißkanaldüsen variieren in der Länge um ca. 10 mm, abhängig von der Anspritzpunktposition. Die pneumatischen Einzelantriebe sind in äußerst kompakter in einer Back-to-Back-Anordnung in zwei Mittelplatten integriert. Zudem werden gekühlte Vorkammerbuchsen eingesetzt, die neben einer Zykluszeitoptimierung auch die Anspritzpunktqualität verbessern. Insgesamt verfügt das Werkzeug über 78 Regelzonen und 58 Temperierkreisläufe. Letztendlich wurde eine Zykluszeit von unter 10 Sekunden erreicht.

Seit der Inbetriebnahme im Frühjahr 2019 produziert die Anlage mit einer Kapazität von über 50 Millionen Stück im Jahr. Da vergleichbare In-Mold-Labeling Etagenformen für den Verpackungssektor bisher höchstens in 8+8-fach Ausführung realisiert wurden, stellt sie damit europaweit die werkzeugtechnisch anspruchvollste und hochfachigste Lösung ihrer Art dar. Die kompakte Bauweise, die hohe Produktivität sowie der hohe Grad an Automatisierung, der die Herstellung der Teile unter hohen Hygienebedingungen ohne jeglichen menschlichen Kontakt an irgendeiner Stelle des Herstellungsprozesses möglich macht, lassen keine Zweifel daran, dass man den Preis für das Investitionsprojekt des Jahres verdient hat.

Weitere Fragen zum Projekt? Dann kontaktieren Sie uns doch direkt unter Tel. +49 (0) 36626 / 3174-19 oder per Mail an vertrieb@roth-werkzeugbau.de.

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