Getränkeverschlüsse schneller und präziser herstellen

Engel, Schwertberg (Österreich), hat eine neue Generation der vollelektrischen Spritzgießmaschinenbaureihe e-cap für Getränkeverschlüsse entwickelt. Die Herstellung von 29/25-Leichtverschlüssen auf einer neuen e-cap 380 macht deutlich, wie sich bei kontinuierlich steigenden Anforderungen kürzeste Zykluszeiten mit höchster Präzision und niedrigstem Energieverbrauch vereinen lassen.

Die erste vollelektrische Spritzgießmaschine e-cap stellte Engel auf der K 2010 vor. Standard für die Herstellung von Getränkeverschlüssen waren bis dahin Maschinen mit hydraulischem Antrieb und Hydrospeicher für die Einspritzbewegung. Die vollelektrische Antriebstechnik war in diesem Anwendungsfeld zum damaligen Zeitpunkt eine Neuheit. Bis heute ist die e-cap laut Engel die energieeffizienteste Verschlussmaschine im Markt und zugleich die einzige auf die Anforderungen der Caps-and-Closures-Industrie zugeschnittene Hochleistungsmaschine, die auch im hohen Schließkraftbereich bis 4.200 kN vollelektrisch arbeitet. Mit einem durchschnittlichen ROI von unter zwei Jahren hat sich die e cap seit ihrer Markteinführung weltweit schnell etabliert.

Hohe Dynamik bei häufigen Lastwechseln

„Seit 2010 haben sich die Anforderungen an Getränkeverschlüsse stark verändert“, erklärt Friedrich Mairhofer, Produktmanager für vollelektrische Spritzgießmaschinen von Engel, weshalb die kontinuierlichen Weiterentwicklungen der e-cap jetzt in einer neuen Maschinengeneration aufgehen. Eine zentrale Rolle spielt das kontinuierlich gesunkene Teilegewicht. „Für stille Wasser werden heute Verschlüsse mit einem Gewicht von deutlich unter einem Gramm produziert“, so Mairhofer. „Entsprechend nahmen die Kühl- und damit die Zykluszeiten immer weiter ab. Lagen die Zykluszeiten vor zehn Jahren noch bei 2,5 Sekunden, müssen Verschlussmaschinen heute im 2-Sekunden-Takt und schneller produzieren können.“ Bei der Entwicklung der neuen Maschinengeneration galt das Hauptaugenmerk deshalb zum einen der Performance und zum anderen der Stabilität. Die neue e-cap erreicht noch schnellere Schließ- und Öffnungsbewegungen der Werkzeuge und ist mit einem noch stabileren Maschinenbett auf häufigere Lastwechsel ausgelegt.

Auswerferantriebe mit Booster verstärkt

Eine e-cap 2440/380 stellt die neue Leistungsstärke der Baureihe mit der Herstellung von 29/25-Verschlüssen in einem 96-fach-Werkzeug von Plastisud unter Beweis. Das Schussgewicht liegt bei 1,3 g pro Kavität und die Zykluszeit bei unter 2 s. Verarbeitet wird ein HDPE von Borealis/Borouge. Die Anlage ist mit einer kameraunterstützten 100-Prozent-Qualitätskontrolle von IMDvista und einem Trockenluftsystem von Eisbär ausgestattet. Weitere Systempartner sind Piovan, PackSys Global und PSG.

Der verstärkte Rahmen und die verstärkten Werkzeugaufspannplatten der neuen e-cap stellen auch bei kurzen Zyklen und kleinen Schussvolumina eine hohe Stabilität der Maschinenbewegungen sicher. Das Ergebnis ist eine hohe Abformgenauigkeit und damit ein hohes Maß an Gutteilen.

Die kurzen Trockenlaufzeiten von zum Beispiel 1,3 s bei der e-cap 380 sowie die bereits von Beginn an im Standard enthaltenen Parallelbewegungen leisten wichtige Beiträge, Zykluszeiten von unter 2 s zu erzielen. Das Auswerfen findet parallel zur Werkzeugöffnung statt. Neu ist, dass die Auswerfer bei Bedarf Verstärkung durch einen zuschaltbaren hydraulischen Booster erhalten. Damit stellt Engel sicher, dass sowohl in der laufenden Produktion als auch beim Anfahren nach einer Produktionsunterbrechung die Maschine mit hoher Effizienz arbeitet. Während in der laufenden Produktion die Verschlüsse beim Auswerfen noch nicht vollständig abgekühlt und sehr leicht zu entformen sind, müssen die Auswerfer in Stoppsituationen mehr Kraft aufwenden, um die bereits in der Form abgekühlten Verschlüsse zu lösen. Da Produktionsunterbrechungen selten sind, ist es effizienter, die Antriebe hydraulisch zu verstärken als die Maschine generell mit leistungsstärkeren Auswerferantrieben auszurüsten. Hohe Kräfte nur dann, wenn sie tatsächlich benötigt werden – so lautet die Devise.

Die neue e-cap-Generation wird mit zwei unterschiedlichen Auswerferantriebstechnologien angeboten. Im Standard arbeitet die e-cap mit hydraulischen Auswerfern. Optional sind servoelektrische Antriebe verfügbar, die rund zehn Prozent weniger Energie benötigen.

Leistungsstärkere Plastifiziereinheit für schwerfließendes HDPE

Die Plastifiziereinheit wurde im Zuge der e-cap-Weiterentwicklung komplett neu aufgesetzt, denn auch die Eigenschaften der zu verarbeitenden Materialien haben sich verändert. Die Rohstoffhersteller haben die Materialien an die niedrigeren Verschlussgewichte angepasst. So liegt für CSD (Carbonated Softdrink)-Verschlüsse der Melt-Flow-Index (MFI) heutiger HDPE-Typen zwischen 0,8 und 1,4 g/10 min. Bei sehr kurzen Zykluszeiten sind besonders hohe Plastifzierleistungen gefordert. Engel hat das Drehmoment des Dosierantriebs entsprechend erhöht und gezielt für die Verschlussherstellung sowohl eine neue Plastifizierschnecke als auch eine neue hochverschleißbeständige Ring-Rückstromsperre entwickelt. Beide Produkte gehören zum Standardumfang der neuen e-cap-Maschinen. Mit ihrem neuen Design verarbeitet die Barriereschnecke schwerfließendes HDPE auch bei hohen Durchsätzen besonders schonend und stellt eine sehr gute Aufschmelzrate und Homogenität der Schmelze sicher. Damit leistet sie einen weiteren Beitrag zur hohen Prozessstabilität und Wiederholgenauigkeit.

Energieverbrauch über Gesamtanlage optimieren

Sauberkeit und Energieeffizienz sind von Beginn an wesentliche Merkmale der Baureihe. Mit einem gekapselten Kniehebel und einer sauberen Linearführung der beweglichen Aufspannplatte erfüllen die e cap-Maschinen sicher die Anforderungen der streng regulierten Produktion in der Lebensmittelindustrie.

Zur Energieeffizienz trägt vor allem die vollelektrische Antriebstechnik der Maschinen bei. Hinzu kommt die Rückspeisung von Bremsenergie, die das Auftreten teurer Leistungsspitzen zuverlässig verhindert. Dank des hohen Wirkungsgrads der eingesetzten Antriebe benötigen die e cap-Maschinen zudem nur wenig Kühlwasser. Die präsentierte e cap 380 arbeitet im Schnelllauf mit einem spezifischen Energieverbrauch von 0,37 kWh pro Kilogramm verarbeitetem Granulat.

Als Systemlieferant stimmt Engel alle Komponenten der Fertigungszelle von Projektbeginn an exakt aufeinander ab. „Wir können so über die gesamte Fertigungszelle das Effizienzpotenzial vollständig ausschöpfen“, betont Mairhofer.

Die neue e-cap ist in den Baugrößen 220, 280, 380 und 420 mit Schließkräften von 2.200 bis 4.200 kN verfügbar.

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