Im präzisen Coinjection-Verfahren wird Netstal, Näfels (Schweiz), auf der Fakuma dreischichtige Kaffeekapseln produzieren. Zum Einsatz kommt eine vollelektrische Zweikomponenten-Spritzgießmaschine der Elion-Baureihe mit 1.200kN Schließkraft. Mit dem Sandwich-Spritzgießen können IML-dekorierte Kunststoffkapseln […]
Die IML-dekorierte Kaffee-Kapsel wird im Coinjection-Verfahren hergestellt und bietet mit dem Kern aus EVOH einen hervorragenden Aromaschutz. (Foto: Netstal)
Im präzisen Coinjection-Verfahren wird Netstal, Näfels (Schweiz), auf der Fakuma dreischichtige Kaffeekapseln produzieren. Zum Einsatz kommt eine vollelektrische Zweikomponenten-Spritzgießmaschine der Elion-Baureihe mit 1.200kN Schließkraft. Mit dem Sandwich-Spritzgießen können IML-dekorierte Kunststoffkapseln und viele andere Verpackungsprodukte besonders effizient und mit verlässlicher Barrierewirkung hergestellt werden.
Gemeinsam mit Systempartnern wird Netstal am Beispiel von Kaffeekapseln die Vorzüge des Coinjection-Verfahrens für das Spritzgießen von dünnwandigen Aromaschutzverpackungen demonstrieren. Bei der Anwendung, die in Friedrichshafen erstmalig gezeigt wird, produziert eine vollelektrische Elion 1200-250/120 mit einem über VNC integrierten Plasdan-Zusatzaggregat die Kapseln in einem Vierfach-Test-Werkzeug von Fostag. Die Gesamt-Zykluszeit wird rund 4,9 s betragen. Die Automatisierungs-Anlage von Beck legt die von Verstraete IML zur Verfügung gestellten In-Mold-Label automatisch ins Werkzeug ein und entnimmt die dekorierten Kapseln nach dem Spritzgießvorgang. Die fertigen Teile werden mit der Öffnung nach unten abgestapelt, ein in den Entnahmeroboter integriertes optisches Inspektionssystem von IMD-Vista kontrolliert Lage und Dicke der Barriereschicht aus EVOH. Abschließend gelangen die mit dem Nespresso-System kompatiblen Kapseln als Schüttgut in einen Behälter.
Mehrlagen-Spritzgießen mit hoher Einspritzdynamik bei maximaler Präzision
Die Herstellung von dünnwandigen Teilen erfordert eine sehr hohe Einspritzleistung. Nicht nur die maximal erreichbare Einspritzgeschwindigkeit ist hier ausschlaggebend, sondern auch die Dynamik. Für die exakte Ausbildung mehrerer Schichten ist auf der anderen Seite aber auch absolute Präzision und Reproduzierbarkeit gefragt. „Die Elion 1200-250/120 bietet mit ihrem vollelektrischen Hauptaggregat und dem vertikal via VNC integrierten Plasdan-Zusatzaggregat auf geringer Stellfläche die optimalen Voraussetzungen für den erfolgreichen Einsatz des Coinjection-Verfahrens”, betont Marcel Christen, Applikations- und Produktmanager Packaging bei Netstal. Dank des einzigartigen Übertragungsprinzips mit Doppel-Zahnstangen-Getriebe und einer hochpräzisen in die Spritzachse integrierten Kraftmessung bietet das Haupt-Spritzaggregat höchste Dynamik und eine überragende Präzision gepaart mit absoluter Reproduzierbarkeit. Das Ergebnis ist eine Schuss-zu-Schuss-Konstanz, die im Markt unerreicht bleibe. Die Schließeinheit ist zugleich auf höchste Geschwindigkeit getrimmt und ermöglicht für jede Anwendung kürzeste Zykluszeiten. Dank konsequent modularem Aufbau und einer Vielzahl an Ausrüstungsoptionen lässt sich die Elion perfekt an die Bedürfnisse aus den verschiedenen Anwendungsbereichen anpassen.
Coinjection: Drei Schichten für besonders wirksamen Aromaschutz
Optimale Einspritzdynamik und maximale Präzision: Die vollelektrische Elion wird für die Fakuma-Anwendung mit einem vertikalen Zusatzaggregat von Plasdan ausgestattet. (Foto: Netstal)
Die wichtigste Aufgabe einer Kaffeekapsel ist es, den Inhalt vor der Einwirkung von Sauerstoff, Licht und Feuchtigkeit zu schützen; nur dann kann der Verbraucher das volle Aroma genießen. Aluminium bietet einen besonders guten Aromaschutz, verbraucht bei seiner Herstellung jedoch extrem viel Energie, so dass der Gedanke naheliegt, die Vorteile von Kunststoff für das Einwegprodukt zu nutzen. Entscheidend ist dann, wie man den Aromaschutz gewährleistet. „Die Lösung von Netstal setzt auf das präzise Coinjection-Verfahren und die herausragende Barrierewirkung von Polyethylenvinylalkohol (EVOH) und Polyvinylalkohol (PVOH)”, sagt Reto Gmür, Applikations-Ingenieur bei Netstal. Weit verbreitet sind einschichtige Lösungen aus Polyproplyen (PP) und Polylactide (PLA). Diese sind zwar einfach und kostengünstig herzustellen, jedoch verfügen weder PP noch PLA über eine nennenswerte Barrierewirkung. Deshalb ist in diesen Fällen eine Sekundärverpackung wie beispielsweise ein Portionenbeutel oder Ähnliches notwendig.
Die High-Tech-Anwendung von Netstal nutzt dagegen die Möglichkeiten der Mehrschichttechnologie: Beim Coinjection-Spritzgießen wird Schmelze von zwei Aggregaten durch den gleichen Angusskanal in die Werkzeugkavitäten eingespritzt. „Das zuerst eintreffende Material bildet dabei die Hülle der Formteile, die den inneren Kern der zweiten Komponente umschließt. Im Fall unserer Kaffeekapseln umgeben zwei Schichten PP eine Lage barrierewirksames EVOH und bildet so ein extrem dünnes Sandwich mit einer gesamten Wandstärke von lediglich 0,4 mm”, erklärt Gmür. Während das EVOH (0,06 mm) den Kaffee schützt, übernimmt das PP (jeweils 0,17 mm) den Schutz des EVOH, denn das empfindliche Material würde sonst Feuchtigkeit absorbieren und seine Barrierewirkung gegen Gasaustausch einbüßen. Das Resultat ist eine aromadichte Kapsel, welche ohne irgendwelche Sekundärverpackung verwendet werden kann.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten für Mehrlagen-Spritzgießen
„Die Mehrlagentechnik ist sehr vielseitig einsetzbar und eignet sich zum Beispiel auch für das Blocken von Licht oder den Einsatz von Recycling-Material”, erläutert Christen. Im ersten Fall kann man die Innenschicht durch ein schwarzes Polymer ersetzen, im zweiten die Außenhaut aus neuem Material und den Kern aus Recycling-Kunststoff fertigen. Die Zukunftsaussichten des Verfahrens bewertet Marcel Christen deshalb positiv: „Das Sandwich-Spritzgießen bietet so einzigartige Möglichkeiten, dass wir uns viele weitere Anwendungsbereiche vorstellen können, neben der Portionierung von Kaffee und Tee auch für Babynahrung, Softdrink-Konzentrate, Medikamente und viele andere Verpackungsanwendungen, bei denen eine zuverlässige Barrierewirkung gefordert ist.”
