Gewicht verlieren leicht gemacht

Ressourcen schonen – Kosten sparen

Nicht zuletzt aufgrund der aktuellen Debatte um die sogenannten "Plastik-Wirbel" in unseren Ozeanen, ist das Thema Gewichtsreduktion gerade in der Kunststoff-Branche weiter in den Fokus gerückt. Die ökologisch stark sensibilisierten Endkunden legen größten Wert auf ressourcenschonende, umweltfreundliche Verpackungen – ein Anspruch, dem wir, die W. MÜLLER GmbH aus Troisdorf, dank einer innovativen physikalischen Schäumtechnik nun gerecht werden.

Als einem der renommierten Marktführer im Bereich der Hohlkörper-Extrusion ist es uns gelungen, mithilfe neuer Schlauchköpfe Gewichtseinsparungen beim Hohlkörperblasen von bis zu 20% zu realisieren. Ganz gleich ob Kosmetikflaschen, Verpackungen für Haushaltsprodukte oder Behälter für pharmazeutische Anwendungen – ein geringerer Materialeinsatz kann besonders bei Kunststoff-Produkten mit kleinen Margen zu deutlichen Einsparpotentialen führen.

Ein weiterer Kosten-Vorteil für unsere Kunden zeigt sich in der Logistik: Artikel, die mitunter international verschifft und transportiert werden, können aufgrund des niedrigeren Verpackungsgewichts auch zu geringeren Kosten befördert werden. Durch die von uns entwickelte Schäumtechnik bei der Hohlkörper-Extrusion wird so ein ökologischer und gleichzeitig wirtschaftlich effizienter Weg eingeschlagen in Richtung leichterer, gleichwohl solider Verpackungen. Ein weiterer positiver Nebeneffekt: Es wird die Chance genutzt, die Akzeptanz von Kunststoff-Produkten im Alltag wieder zu erhöhen.

Die neue Schäumtechnik von W. MÜLLER – Innovativ und höchst wirtschaftlich

Im Gegensatz zu früheren Ansätzen, das Schäumverfahren im Hohlkörperblasen zu implementieren, setzt unsere Lösung auf die wirtschaftliche Erzeugung dreischichtiger Behälterwände mit einer stabilen, geschäumten Mittelschicht. Die mechanischen Eigenschaften lassen sich sehr präzise einstellen, sodass sich aufgrund dünner Deckschichten und einem leichten Schaumkern eine hervorragende Stabilität bei gleichzeitig geringem Gewicht ergibt.

Da der Schaumkern bei unserer Methode durch den Einsatz von Stickstoff erzeugt wird, handelt es sich hierbei um einen rein physikalischen Weg, der den Vorteil hat, ganz ohne chemische Treibmittel auszukommen. Diese umweltfreundliche Monomaterial-Lösung wird so unter anderem den rechtlichen Vorgaben in der Lebensmittel-Branche gerecht.

Darüber hinaus wird das Gas über ein Injektionsmodul direkt in unsere Blasköpfe eingespeist. Dieses Verfahren sorgt zum einen dafür, dass der Stickstoff bis zum Austritt aus der Düse im Kunststoff gelöst bleibt und sich erst dann der feinzellige Schaum ausbildet – eine bestmögliche Kontrolle der Schaumqualität ist somit gewährleistet.

Zum anderen ist die Schaumentwicklung unabhängig von der Drehzahl des Extruders, da die Injektionseinheit über einen eigenen Antrieb verfügt. Auf diese Weise kann die optimale Schaumstruktur individuell eingestellt und das Extrudat wie gewohnt aufgeschmolzen werden. Um für die Gasbläschen Keime zu bilden, ist lediglich die Zugabe des Naturproduktes Talkum erforderlich – hier reicht bereits eine geringe Menge, um eine möglichst feine Schaumstruktur auszubilden.

Die eigentlichen Extrusionsschritte bleiben somit gleich, sodass die üblichen Aggregate weiter verwendet werden können und die Schnecke nicht modifiziert werden muss. Zusätzlich kann unsere Lösung auch zur Herstellung nicht-geschäumter Hohlkörper mit dreischichtigen Wänden herangezogen werden – ein weiteres Argument für die Wirtschaftlichkeit unseres Verfahrens.

Der Praxistest

Beispiel 1L-Flascheohne Schaummit Schaum
Bruttogewicht91g73g
Nettogewicht70g60g
Dichte0,958 g/cm3geschäumt: 0,774 g/cm3
AußenschichtHD-PE + MBHD-PE + MB
MittelschichtHD-PE, RegeneratHD-PE, Talk, Regenerat
InnenschichtHD-PEHD-PE
GasStickstoff
Zykluszeit22,5 s [1]20 s [1]
Blaszeit17 s [1]13,5 s [1]
Blasdruck6 bar2,5 bar
Düsentemperatur195°C/180°C160°C/150°C
Schlauchwerkzeugø33/ø32ø27/ø26,5

[1]: WMB 2-100, W. MÜLLER Laborbedingungen

Zusammenfassend lässt sich konstatieren, dass das Gewicht bei der Flasche mit geschäumter Mittelschicht um etwa 14 Prozent geringer ausfällt als bei der Flasche mit massiver Wand. Weiterhin ist eine deutliche Reduktion der Zyklus- sowie der Blaszeit erkennbar. Auch wenn der Blasdruck verringert werden musste – um unter anderem zu vermeiden, dass der Schaum kollabiert – sind die Ergebnisse eindeutig: Signifikante Gewichtseinsparungen bei gleichbleibend hoher Stabilität.

Zu beachten ist allerdings, dass aufgrund des geringeren Blasdrucks möglicherweise feine Details der Form nicht mehr wie üblich abgebildet werden und zu enge Radien eventuell angepasst werden müssen. Dies betrifft in erster Linie Gewinde – Schnappverschlüsse sind im Gegensatz dazu erfahrungsgemäß unproblematisch. Da unser Schäumverfahren aber ohnehin meist erst in neueren Produkten mit neuen Werkzeugen zum Einsatz kommt, sind die gerade genannten Einschränkungen in 80% der Fälle zu vernachlässigen.

Dafür verdeutlicht die nachfolgende Zeichnung die Vergleichbarkeit der Standdruckfestigkeit zwischen einer 65 Gramm schweren Flasche mit geschäumter Mittelschicht und einer 70 Gramm schweren Flasche mit massiven Wänden:

Wirtschaftliche Einsparpotentiale

Auch wenn die Wirtschaftlichkeit unserer Lösung natürlich von individuellen Faktoren wie den kundenspezifischen Anschaffungskosten abhängt, sind die sich ergebenden Einsparpotentiale unbestritten. Eines der Hauptargumente für unsere Lösung ist sicherlich, dass die Schaumbildner-Einheit in den vorhandenen Blaskopf unter bestimmten technischen Voraussetzungen integriert werden und der bislang genutzte Extruder so auch weiterhin zum Einsatz kommen kann. Darüber hinaus ist unsere Technologie lizenzfrei und auch patentrechtliche Beschränkungen entfallen.

Beispielrechnungen haben ergeben, dass die Mehrkosten, die für den dynamischen Mischer, den Gasinjektor, -kompressor und das Volumen-Regelventil anfallen, nur ca. 25% über denen einer Standardanlage im Dreischichtverfahren liegen. Kunden, die hingegen noch das Einschichtverfahren nutzen, legen wir die Aufrüstung zum Dreischichtverfahren nahe, da sich dieses im Blasformen längst etabliert hat.

Auch wenn es sich bereits bei der zu erwartenden reinen Materialeinsparung um beachtliche Summen handelt, liegt das Hauptargument für die Nutzung unserer Technologie sicherlich für den überwiegenden Teil unserer Kunden im oben genannten ökologischen Aspekt der Ressourcenschonung. Die deutlichen Energieeinsparungen zeigen sich hier besonders darin, dass sowohl die Düse des Schlauchkopfes als auch die Kunststoffmasse nicht mehr so stark erhitzt werden müssen wie beim klassischen Blasformverfahren. Zu berücksichtigen ist hier allerdings, dass nun die Form effizienter gekühlt werden muss als bei der Extrusion eines Standard-Hohlkörpers, da der Schaum den Wirkungsgrad der zu übertragenden Wärme verringert. Kostengünstige Lösungen hierzu wären aber zum Beispiel der Einsatz eines gekühlten Mediums bzw. von besonders konturnahen Kühlkanälen.

Ein Ausblick

Bereits jetzt – kurz nach der Einführung – bietet unsere neue physikalische Schäumtechnik erhebliche Potentiale hinsichtlich Kosten- und Ressourceneinsparungen bei der Fertigung von Kunststoff-Produkten. Die seit 40 Jahren anhaltende Erfolgsgeschichte der W. MÜLLER GmbH soll auch in Zukunft mit weiteren Entwicklungen im Schäumverfahren fortgeschrieben werden.

Unser Ansatz, keine chemischen Treibmittel zu verwenden, vorwiegend Technologien einzusetzen, die nicht in das bestehende System unserer Kunden eingreifen und bekannte, bereits durch unsere Kunden eingesetzte Kunststoffe zu nutzen, hat sich als die richtige Vorgehensweise erwiesen – dies zeigt sich an dem ausgesprochen positiven Feedback bezüglich der ersten Projekte in der Kundenmusterung.

Neben der Beibehaltung dieser Prämissen werden wir uns zukünftig aber auch spezialisierter, besonders fließfähiger Kunststoffe widmen, die für das Feintuning der Schaumstruktur unter Umständen noch weitere Potentiale eröffnen. Zusätzlich arbeiten wir an neuen Technologien, die sich mit dem diskontinuierlichen Schäumen beschäftigen – eine Möglichkeit, zukünftig auch Schaumstrukturen an diversen Stellen eines Hohlkörpers auszubilden, z.B. zur Herstellung von Verstärkungselementen.

Geschäumte Teile

Links ohne Schaum, rechts mit Schaum

In vielen Bereichen wird intensiver Entwicklungsaufwand betrieben, um Teile aus Kunststoff mit reduziertem Materialeinsatz zu produzieren, dabei jedoch die geforderten Produkteigenschaften beizubehalten oder sogar noch zu optimieren. So lässt sich beispielsweise durch Einbettung einer aufgeschäumten Schicht in die Behälterwandung eine wabenähnliche Struktur erzielen. Vorteile sehen hierin nicht nur Verpackungshersteller, sondern auch Anwender im Automotive-Bereich.

Als Beispiele seien hier genannt:

  • Reduzierung des Artikelgewichtes
  • Verringerung von Strömungsgeräuschen bei Luftführungen
  • Isolationseffekte von Verpackungen und Klima-Luftführungen
  • Reduzierung von Ansauggeräuschen bei Turboladerohren