„Bei der Herstellung von Verschlusskappen für Flaschen ist der Wettbewerb beinhart“, erläutert Peter Gramß, Geschäftsführender Gesellschafter der Gramß GmbH in Spechtsbrunn. Der familiengeführte Mittelständler stellt mit derzeit mehr als 70 Spritzgießmaschinen mit Schließkräften von 250 bis 3200 kN vor allem Verschlusskappen und Schraubverschlüsse her. Es handelt sich um Cent-Artikel, bei denen oft selbst um die dritte Nachkommastelle gerungen wird.
„Um uns in diesem Wettbewerbsumfeld zu behaupten, setzen wir konsequent auf höchstmöglichen Kundennutzen“, ergänzt Andy Bauer, Technischer Direktor von Gramß. Deshalb müsse man zum Beispiel auch bereit sein, einerseits kleinste Mengen bis herab zu lediglich 1000 oder 2000 Stück zu liefern, könne aber auch Gesamtstückzahlen bis in den dreistelligen Millionenbereich bewältigen. Möglich mache dies das konsequente Standardisieren der Anlagenausstattung. Inzwischen sei das Unternehmen soweit, die Formen zu 99 % auf jeder gerade freien Maschine aufspannen zu können.
Know-how des Formenbauers unverzichtbar
„Als weiteren Partner ziehen wir häufig den Formenhersteller hinzu“, sagt Peter Gramß mit Blick auf komplexe Projekte mit höchsten Anforderungen – solche wie die Produktion der 3-teiligen Verschlüsse von E-Zigaretten. Dabei gehe es heute um weit mehr als um Geometrietreue und Oberflächenqualität. Zum Gießprozess gehöre zum Beispiel untrennbar auch der Wärmehaushalt der Form, der sorgfältig auf Teilegeometrie, Werkstoffcharakteristik und die angestrebten Zykluszeiten ausgelegt werden muss. In den letzten Jahren seien dann noch immer mehr Forderungen nach einer umfassenden Automatisierung hinzugekommen, zum Beispiel der Kontrolle und Entnahme der Bauteile und des weiteren Handlings bis hin zur Verpackung.
Bei solchen Aufgabenstellungen hole man schon seit zehn Jahren den Formenbauer Zahoransky Automation and Molds aus Freiburg mit ins Boot, mit dem Gramß inzwischen eine strategische Partnerschaft verbindet. Mit ihm gab es schon etliche anspruchsvolle und erfolgreich abgeschlossene Automatisierungsprojekte, zum Beispiel sogenannte Disk-Verschlüsse für Seifen- oder Shampoo-Spender. Das dabei gesammelte Know-how hilft bei jedem weiteren, neuen Projekt wie auch den Verschlüssen für die E-Zigaretten.
Verschlusskappen für E-Liquids
„Die E-Zigaretten haben sich zu einem Massenmarkt mit Millionenstückzahlen entwickelt“, verrät Gramß. Die in verschiedenen Geschmacksrichtungen erhältlichen Nachfüllfläschchen haben spezielle Verschlusskappen, die sehr hohe Ansprüche erfüllen müssen. Sie sind dreiteilig ausgeführt. Für jede Komponente kommen andere Werkstoffe zum Einsatz. Für die Außenkappe ist dies PP, die innere Kappe mit dem Originalitätsring besteht aus eingefärbtem HD-PE, während die Pipettierspitze aus transparentem LD-PE besteht.
Die einzelnen Teile weisen sehr aufwendige Geometrien mit äußerst engen Toleranzen auf, um alle gewünschten Funktionen einschließlich der sicheren Abdichtung der flexiblen Kunststofffläschchen sicherzustellen.
Hervorzuheben ist die Fertigung in vielnestrigen Formen mit jeweils 48 Kavitäten, da die Toleranzvorgaben bei allen 483 mathematisch möglichen Kombinationen der Formnester zwingend eingehalten werden müssen, sonst funktioniert der Zusammenbau nicht. Ursprünglich waren hierfür drei getrennte Formen – eine für jedes Einzelteil – angefragt worden. Das Konzept setzte voraus, dass die Einzelteile separat gespritzt und als Schüttgut abgeführt wurden, um sie erst später zu kontrollieren und zu montieren.
Pro Schuss 48 fertig montierte Verschlüsse
„Nach intensiver Diskussion mit Zahoransky wurde dann jedoch ein gänzlich neuer Lösungsansatz gewählt“, erinnert sich Andy Bauer. Statt drei Einzelformen zu verwenden, entschlossen sich die Geschäftspartner, alle drei Komponenten in einem Arbeitsgang mit nur einer Form zu spritzen. Die Form hat demnach insgesamt 3×48=144 Nester, in denen im gleichen Schuss drei unterschiedliche Kunststoffe verspritzt werden.
Clou des Ganzen ist eine Entnahmevorrichtung mit drei Greiferplatten, welche seitlich in die geöffnete Form fahren und zunächst alle 144 Spritzlinge in drei verschiedenen Aufnahmen übernehmen. Anschließend verfahren diese zum außen platzierten Montage- und Prüfplatz, wo Außenteil, Innenteil und Einsatz nacheinander zusammengesteckt und auf Dichtheit geprüft werden. Da dies in der Nebenzeit der Anlage erfolgt, kann in der Form inzwischen schon weiterproduziert werden.
Bei dieser Automatisierung war eine ganze Reihe von Herausforderungen zu bewältigen. Da angusslos gespritzt werden sollte, mussten in der Form insgesamt 144 Heißkanaldüsen integriert werden. Um trotz des sehr lang bauenden Entnahme- und Montagewerkzeugs möglichst kurze Taktzeiten zu erreichen, waren hohe Verfahrgeschwindigkeiten von 1,2 m/s gefordert. Zugleich mussten hohe Kräfte bei der Teileentnahme beherrscht werden.
Ein wichtiger Faktor war auch die abschließende Qualitätsprüfung. Diese stellt sicher, dass nur i.O.-Teile weitergeleitet werden, während Ausschuss ausgeschleust wird.
Das Ergebnis ist eine Anlage, die pro Schuss insgesamt 48 komplett montierte und geprüfte Verschlüsse liefert, und dies mit einer Taktzeit von lediglich 15 s. Da man bei dieser Lösung nur noch eine Maschine belegen muss (und umrüsten im Fall der Fälle), kann man auf geänderte Kundenwünsche schnell und flexibel reagieren. Damit lasse sich punkten. „Derartige Erfolge unterstreichen die Bedeutung der mit Zahoransky durchgeführten Entwicklungen für unsere Zukunftssicherung“, bilanziert Peter Gramß.
Grafik: ZahoranskyVerschlusskappe für E-Liquids
Die von Gramß entwickelte Verschlusslösung ermöglicht ein sicheres und einfaches Nachfüllen von E-Zigaretten. Gefordert wurden sichere Abdichtung, Kindersicherung sowie Originalitätssicherung mittels Abreißring. Der Verschluss besteht aus den drei Teilen Außenkappe (PP), Innenteil mit Originalitätssicherung (HD-PE) sowie Pipettenspitze (LD-PE). Auf der in verschiedenen Farben lieferbaren Außenkappe finden sich die Gefahrenkennzeichnung sowie Gebrauchshinweise. Die Teile müssen äußert genau und unter Einhaltung engster Toleranzen gefertigt werden.
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