Zum Einsetzen der Becherböden in seine Monomaterial-Trinkbecher aus recyceltem PET nutzt das lettische Start-up statt einer Klebeverbindung eine produktspezifische Ultraschallschweiß-Technik von Weber Ultrasonics.
Die Herstellung nachhaltiger Lebensmittelverpackungen wie Getränkebecher bietet noch ein großes Optimierungspotenzial. Das zeigt die Lösung des Start-ups Forpet Baltic SIA aus Lettland. Das Unternehmen produziert die Behältnisse für Coffee to-go und Softdrinks nicht nur aus recyceltem PET, sondern sorgt mit seiner Fertigungstechnologie auch dafür, dass das eingesetzte, geschäumte rPET als Monomaterial immer wieder aufbereitet werden kann. Einen wesentlichen Beitrag dazu leistet das Einschweißen der Becherböden mit Ultraschall, für das Weber Ultrasonics, Karlsbad, eine produktspezifische Schweißlösung erarbeitet hat.
Das recycelte, geschäumte rPET, aus dem die Getränkebecher hergestellt werden, kann durch die besondere Fertigungstechnologie immer wieder in lebensmittelechter Neuwarenqualität aufbereitet werden. (Foto: Weber Ultrasonics)
Coffee to go oder Softdrink – das Getränk für unterwegs erfreut sich rund um den Globus großer Beliebtheit. Ein Problem dabei sind allerdings die Getränkebecher. Sie bestehen bisher üblicherweise aus Kunststoffen beziehungsweise mit einer Kunststoffbeschichtung laminiertem Papier. Also Materialien, die nicht oder nur bedingt zu recyceln sind und daher auf Deponien oder in Verbrennungsöfen landen. Dagegen wollte Sergey Nikitenko, Gründer des Projekts Forpet und einer der Geschäftsführer von Forpet Baltic, etwas unternehmen. „Das Ganze startete mit der Idee, Verpackungen für die Lebensmittelindustrie aus recyceltem Polyethylenterephthalat (PET), sogenanntem rPET, herzustellen“, konkretisiert der Verpackungsfachmann.
rPET in lebensmittelechter Neuwarenqualität
In Gesprächen mit verschiedenen Unternehmen aus den Bereichen Kunststoffrecycling und Extrusionstechnik informierte sich der Entrepreneur über sinnvolle Anlagenkombinationen für das Vorhaben. Dabei wurde er auf das Verfahren der Liquid State Polycondensation (LSP) von NGR aufmerksam. „Mit dieser Technologie können wir PET-Flakes aus recyceltem Material zu rPET in lebensmittelechter Neuwarenqualität aufbereiten, das nach dem BRC Global Standard für Lebensmittelsicherheit zertifiziert ist. Das Material kann auch aufgeschäumt werden und lässt es sich sehr gut mit wasserbasierten Farbstoffen bedrucken und beliebig oft wieder recyceln“, erklärt Nikitenko.
Im nächsten Schritt fand man mit dem Extruderhersteller Leistritz einen weiteren Technologiepartner für die Weiterverarbeitung des aufbereiteten Materials zu Folien und Platten in unterschiedlichen Stärken. Parallel durchgeführte Versuche ergaben, dass sich das rPET wie klassische Verpackungsmaterialien verformen lässt. Es ist daher ein geeigneter Werkstoff für Lebensmittelverpackungen aller Art sowie für Blister, Container und vieles mehr.
Getränkebecher als erstes Produkt
Als erstes Produkt entschied man sich für To-go-Becher, für deren Herstellung zuerst im lettischen Werk eine Fertigungslinie inklusive LSP-Maschine und Extruderanlage aufgebaut wurde. Dabei war noch eine Hürde zu nehmen. Denn während das Verschweißen der seitlichen Bechernaht klassischerweise durch Ultraschall erfolgt, stand für die Integration des Bodens eine Klebeverbindung im Raum. Klebstoff wäre jedoch ein zweites Material gewesen, das auch zusätzliche Kosten verursacht. Es wurde daher nach einer Alternative gesucht, die sich in die Verarbeitungsanlage integrieren lässt.
Statt mit Klebstoff erfolgt die Verbindung des Becherbodens mit dem Zylinder durch Ultraschallschweißen. Dadurch kann das rPet zu 100 % als Monomaterial recycelt werden. (Foto: Forpet)
Produktspezifische Entwicklung des Ultraschallschweißprozesses
„Das Ultraschallschweißen erschien uns für unsere Monomaterial-Verpackung ideal. Allerdings brauchten wir dafür einen Partner, mit dem wir eine optimale Lösung ausarbeiten konnten. Denn zunächst sah es so aus, dass wir geometriebedingt drei Schweißsysteme für die Verbindung des Becherbodens mit dem Zylinder benötigen“, berichtet Nikitenko. Bei einer Internetrecherche stieß er auf die Weber Ultrasonics AG, einen international tätigen Hersteller von Ultraschallkomponenten für das Schweißen, Schneiden und Reinigen. „In der ersten Videokonferenz überzeugte das Unternehmen mit einem sehr professionellen und lösungsorientierten Ansatz. Bei unserem ersten Besuch konnten wir dann im Anwendungstechnikum von Weber direkt Versuche mit unserem Material durchführen“, erinnert sich der Geschäftsführer. Danach machte man sich gemeinsam an die produktspezifische Entwicklung und Anpassung des Ultraschallprozesses. Dabei ermöglichte eine kleine Designänderung des Becherbodens durch die Ultraschall-Anwendungsspezialisten, dass er mit nur einem Ultraschallschweißsystem in einer Schweißzeit von 150 ms prozesssicher eingeschweißt werden kann. Gleichzeitig erfolgt der Prozess energiesparend.
Eine kleine Designänderung am Becherbodens ermöglicht, dass er mit nur einem Ultraschallschweißsystem in einer Schweißzeit von 150 ms prozesssicher und energiesparend eingeschweißt werden kann. (Foto: Forpet)
Schweißprozess mit integrierter Qualitätskontrolle
Die in die Fertigungslinie bei Forpet integrierte Schweißlösung besteht aus zwei Sonotroden, angepassten Konvertern und Schwinggebilden sowie einem Industrie-4.0-fähigen Schweißgenerator Sonic Digital HS3 mit 2.000 W Leistung, der serienmäßig über fünf Schweißmodi verfügt. Für ein hohes Maß an Prozesssicherheit sorgen spezielle Funktionen. So ermittelt das Teach-In die optimale Startfrequenz und Regelparameter des angeschlossenen Schwingsystems automatisch. Die Sonoscan-Funktion identifiziert die richtige Arbeitsfrequenz. Die Temperaturnachführung berechnet Frequenzverschiebungen durch Temperaturveränderungen und gleicht diese ebenfalls automatisch aus. Darüber hinaus werden die Prozessparameter parallel zur Schweißung erfasst und an die übergeordnete Maschinensteuerung übertragen und ausgewertet. Kommt es dabei zu eventuellen Abweichungen zwischen aktuellen und hinterlegten, validierten Parametern werden diese Becher entsprechend ausgeschleust. Dadurch ist sichergestellt, dass nur 100 % dichte Produkte das Haus verlassen. Bei abgefüllten Lebensmitteln, beispielsweise Getränken, Nass-Tierfutter und Salat, sorgt die Vibration während des Schweißprozesses dafür, dass eventuell an den Verbindungsstellen vorhandene Produktbenetzungen verdrängt und dadurch vollkommen dichte Verpackungen hergestellt werden. Teurer Ausschuss wird dadurch verhindert.
Produktionsausbau in Planung
Mit der ersten Linie produziert Forpet im lettischen Werk monatlich über 1,5 Millionen To-Go-Becher. Hier ist ein Ausbau der Kapazitäten geplant, zusätzlich soll an einem weiteren Standort ein zweites Werk entstehen. „Die Unterstützung von Weber Ultrasonics hat dazu beigetragen, dass wir von Anfang an alles richtig gemacht haben, um eine echte Kreislaufwirtschaft für nachhaltige Verpackungsprodukte aus Monomaterial-Kunststoff aufzubauen“, merkt Sergey Nikitenko abschließend an.
