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VM Verlag GmbH
Sonntag, den 05. September 2010 um 06:24 Uhr
| THERMOFORMEN • Höchstes Leistungsniveau bei der Herstellung von Schalen, Trays & Co |
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 Frédéric Engel, Produktmanager RDK/RDKP-Maschinen bei IlligHerstellung von Keks- und Pralineneinlagen, Menüschalen, Klappverpackungen, Deckeln, Stapelpaletten, Trays und vieles mehr in hohen Stückzahlen sind beispielhafte Anwendungen von Thermoform automaten der Bauart RDK/RDKP von. RDKP-Maschinen arbeiten getrennt formend und stanzend unter Einsatz von Druckluft, RDK-Maschinen im kombinierten Form-Stanz-Betrieb mit im Formwerkzeug integrierten Bandstahlschnittlinien und ebenfalls unter Einsatz von Druckluft. In der heute verfügbaren, inzwischen 3. Maschinengeneration erlauben energiesparende elektromotorische Antriebe, kürze Umrüstzeiten durch automatische Werkzeugwechselsysteme sowie der Einsatz von einfach aufgebauten Formatsätzen geringe Fertigungskosten bei hoher Verfügbarkeit. Die Leistungsfähigkeit der Thermoformer RDK und RDKP der aktuellen 3. Generation zeigt besonders anschaulich die auf der ILLIG Hausmesse vorgeführte komplette Produktionslinie mit dem im Form-Stanz-Betrieb arbeitenden Druckluftformautomaten RDK 90 (Bild 1). Als zuletzt fertig gestellte Baugröße ist sie mit bis zu 900 mm verarbeitbarer Folienbreite und 700 mm Formatvorschub die größte Ausführung dieser Druckluftformmaschinen. Darauf entstehen mit einem 16-fach-Werkzeug aus 0,4 mm dicker APET-Folie in 55 Takten pro Minute 190 x 144 mm² große Schalen, wie sie in Millionen Stückzahlen als Verkaufs- und Frischhalteverpackung für Fleisch, Gemüse, Obst usw. zum Einsatz kommen. Die mit Thermoformautomaten heute realisierbaren Taktzahlen von bis zu 55 Takten pro Minute – und das nicht im Leerlauf, sondern im Produktionsbetrieb mit realen Produkten – sind ein durchgängiges Merkmal der Formautomaten RDK und RDKP der 3. Generation (Tabelle 1). 
(Werkzeugaufbau RDK: Formen + Stanzen kombiniert; RDKP: Formen + Stanzen getrennt) Prozesszeit durch überlappende statt sequentielle Abläufe verkürzenEine der Grundvoraussetzungen für die hohen Taktzahlen schaffen die in den Thermoformern der 3. Generation für alle Bewegungsabläufe durchgängig eingesetzten servomotorischen Antriebe. Sie arbeiten zum einen energiesparend, schnell und präzise. Zum anderen – und für die gewünschte Produktivitätssteigerung besonders wichtig – ist durch die hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit dieser Antriebe eine maximale, Prozesszeit einsparende Überlappung der Arbeitsschritte realisierbar. In der Vorgängergeneration dieser Maschinen waren dies noch für das Thermoformen klassische, sequentielle Arbeitsschritte: Dem abgeschlossenen Folientransport folgte das Schließen der Formstation, danach der Formluft-Druckaufbau zum Ausformen der Produkte mit komplettem Druckabbau nach Abschluss der Kühlphase, bis das Werkzeug wieder öffnete und der Folienvorschub erneut starten konnte. Jetzt, in der prozessoptimierten Maschinengeneration, beginnt das Schließen der Formstation bereits vor dem Abschluss des Folientransports, der Formdruckaufbau startet vor dem Erreichen der endgültigen Schließposition des Werkzeugs und der Formdruckabbau beginnt vor dem Ende der Kühlzeit und dem Öffnen der Station. Auf diese Weise lässt sich die Zykluszeit deutlich verkürzen – der Formteilausstoß der so betriebenen Thermoformer steigt. Die Optimierungsparameter hierfür gibt die Maschinensteuerung automatisch vor.Wie sich dieser Zeitgewinn auf die Produktivität bereits vorhandener, für Maschinen der 2. Generation konzipierter Werkzeuge auswirkt, zeigt Tabelle 2 beispielhaft für vier unterschiedliche Produkte aus zugleich unterschiedlichen Materialien. Diese Produktivitätssteigerung konnte durchgängig in zahlreichen weiteren Fällen mit bestehenden Kundenwerkzeugen nachgewiesen werden – in den überwiegenden Fällen betrug die Steigerung weit über 30 Prozent. Eine Randbedingung bei der Weiterentwicklung dieser Maschinentechnik war, dass bereits vorhandene Werkzeuge ohne Veränderung weiterhin einsetzbar sein sollten. Die erzielten besonders hohen Taktzahlsteigerungen von über 80 und gar über 90 Prozent weisen allerdings darauf hin, dass auch die Maschinen der 2. Generation wohl noch Möglichkeiten zur Nutzungsoptimierung der Werkzeuge geboten hätten. Die Zykluszeitverkürzung hat neben der höheren Produktivität noch weitere, positive Effekte. So wird die auf Umformtemperatur aufgewärmte Folie zu einem früheren Zeitpunkt – also in einem plastischeren Zustand – und zudem durch einen deutlich dynamischeren Formdruckaufbau verformt. Die Folge ist ein konturschärferes Ausformen der Werkzeugkavität, was eine Erhöhung der Produktqualität zur Folge hat. Diesen Effekt ausnutzend, könnte man bei bestehenden Werkzeugen dadurch sogar die Folientemperatur senken, um dennoch die gleiche Produktqualität wie bislang einzuhalten, und das bei verkürzter Zykluszeit (erhöhter Taktzahl).
Produktivitäts- plus Qualitätszuwachs durch weiterentwickelte Werkzeugtechnik Um alle Möglichkeiten bei der Weiterentwicklung zur 3. Generation der RDK- und RDKP-Thermoformer auszunutzen, sowohl die Taktzahlsteigerung als auch zugleich die Erhöhung der Formteilqualität, hat ILLIG die Werkzeugtechnik ebenfalls optimiert, insbesondere die Werkzeugkühlung. Maschinenseitig zur Verfügung stehen jetzt zwei separate Kühlkreisläufe – am Ober- bzw. Untertisch der Formstation – mit Anzeige für Durchflussmenge, Vor- und Rücklauftemperatur, wobei je Kühlkreislauf bis zu sechs Einzelkreisläufe am Werkzeug anschließbar sind. Separat gekühlt werden beispielsweise auch die Niederhalter und die Stanzplatte.Alle prozessrelevanten Kühlkreisläufe sind so separat und unabhängig voneinander temperierbar, beispielsweise der Formteilbereich mit einer Kühlwassertemperatur von ca. 12°C, die Stanzplatte hingegen mit 20°C. Selbst der Formboden lässt sich individuell und unabhängig vom übrigen Formteilbereich temperieren, falls die Gefahr besteht, dass sich der Formteilboden beim Abkühlen wölben könnte. Eine Besonderheit ist die neue Mantelkühlung (Bild 2). Gegenüber herkömmlichen Verfahren erreicht man dadurch eine größere Wärmeaustauschfläche im Kontakt von Formteil und Kühlmedium im Werkzeug. Mit dieser symmetrischen, konturparallelen Kühlung erleidet das Produkt keine Deformation – man erzielt eine deutlich verbesserte Formteilqualität und kann gleichzeitig die Taktzahl erheblich steigern. Besonders vorteilhaft wirkt sich die neue Mantelkühlung beim Verarbeiten teilkristalliner Materialien wie Polypropylen (PP) aus. Komfortable Maschinenbedienung – zukunftsweisendes SteuerungskonzeptDie Maschinenbedienung erfolgt sehr komfortabel über einen Industrie-PC mit 15“ TFT-Touchscreen (Bild 3). Hierzu kann der Bediener vielfältige Hilfen nutzen. Das beginnt bereits bei der Grundeinstellung der Maschine beim Anfahren eines neuen Produkts bzw. Werkzeugs. Nach Eingabe von Material, Foliendicke und wenigen Angaben zum Produkt und zum Werkzeug ermittelt das Programm automatisch eine Grundeinstellung mit Taktzahl und darauf angepasstem Programm der Folienheizung – die Maschine ist produktionsbereit, orientiert an einer optimalen Produktqualität. Hieran kann der Bediener dann noch menügesteuert weitere Optimierungsschritte vornehmen, um beispielsweise die Taktzahl weiter zu erhöhen. Neben der rechnergestützten Grundeinstellung und Optimierung des Thermoformprozesses gehört das Speichern der Einstelldaten und Produktionsparameter ebenso zum Leistungskatalog der Steuerung wie die lückenlose Prozessüberwachung mit anschaulicher Visualisierung der Maschinenabläufe (Bild 4). Auch das mühsame manuelle Dokumentieren – lange Zeit eine weit verbreitete Praxis beim Thermoformen – gehört mit der aktuellen Thermoformergeneration der Vergangenheit an: Alle auf dem Thermoformer je eingesetzten Werkzeuge und hergestellten Produkte werden jetzt in einer neuartigen Rezepturenverwaltung gespeichert und lassen sich durch komfortable Suchfunktionen bei Bedarf schnell wiederfinden (Bild 5). Die hinterlegten zugehörigen Maschineneinstelldaten sind so unverzüglich für die Produktion nutzbar.   Über all diese Funktionen zur Steuerung des Thermoformers hinaus bietet die speziell für Produktionslinien konzipierte neue ‘ILLIG ThermoLine Control’ weitere, effizienzsteigernde Verbesserungen: Wie bei der RDK-90-Linie auf der Hausmesse gezeigt, lassen sich damit die Prozesse aller Einzelmaschinen der Produktionslinie zentral von der Steuerung am Thermoformer aus verwalten, optimieren und regeln (Bild 6). Als Voraussetzung hierfür sind alle für die Komplettierung zur Produktionslinie benötigten Zusatzgeräte und -anlagen von der Folienrollenaufnahme bis zum Beistellkühlgerät standardmäßig mit Profibus-Schnittstellen ausgerüstet.  Neben der Steigerung des Bedienkomforts durch die zentrale Prozessoptimierung, Datenverwaltung oder Prozessvisualisierung, schafft die neue ThermoLine Control auch die Voraussetzung dafür, den Zeitaufwand für einen Format- oder Werkzeugwechsel deutlich zu verkürzen – diese bislang unproduktiven Nebenzeiten werden damit wertschöpfend nutzbar (Bild 7). Zudem wird die Fehleranalyse und Fehlerbehebung bei Störungen einfacher, schneller und vor allem detaillierter. Bei der Einbindung einer Produktionslinie in den ILLIG NetService zur Fernüberwachung können Techniker von Heilbronn aus übers Internet dann in alle Komponenten der Anlage Einblick nehmen, Fehler diagnostizieren und bei einstellungsbedingten Störungen kurzfristig Korrekturen vornehmen.  Aus dem Modulbaukasten individuell konfigurierbar – inlinefähigWie bei allen Systemen von ILLIG für die Verpackungstechnik bietet auch bei der RDK 90 ein Baukasten vielfältige Möglichkeiten, eine auf die jeweilige Aufgabe zugeschnittene leistungsfähige Thermoformanlage zu konfigurieren, u. a. eine Walzenvorheizung, eine Lochstanze, eine separate Bandstahlstanze oder auch Stapelstationen in diverser Ausführung bis hin zur Integration von Handlingsystemen zur Nachfolgebehandlung der Formteile. Eine Besonderheit ist auch die Stapelstation mit Zweiachsen-Doppelhandling, wie auf der Hausmesse gezeigt. Das optionale Abstapelwechsel- und Austransportband erlaubt Stapelhöhen bis 600 mm, die dann prozesssicher bei 55 Takten/min auf das nur 900 mm hohe Austransportband übergeben werden.Konzipiert ist der Formautomat RDK 90 sowohl für den so genannten Offline-Betrieb mit Zuführung der Folie von der Rolle – wie auf der Hausmesse vorgeführt – als auch für die Inline-Zuführung mit vorgeschaltetem Flachfolienextruder. Dazu wurde die im Modulbaukasten der RDK 90 verfügbare Stanzgittermühle so optimiert, dass sie selbst ungestanzte Formteile bis ca. 80 mm Ziehteilhöhe und/ oder Foliendicken bis zu 1 mm einziehen und mahlen kann. Hilfreich und erforderlich ist dies beispielsweise beim Anfahren der verketteten Extruder-Thermoformer-Produktionslinie bis zum Erreichen eines stationären, stabilen Prozessverlaufs. Illig Maschinenbau GmbH & Co. Robert-Bosch-Str. 10 D-74081 Heilbronn Phone: +49 7131 505-0 www.illig.de
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