Fruchtsäfte, Eistees, Sportgetränke, Smoothies – solche und andere flüssige, kohlensäurefreie Lebensmittel werden oft mit Temperaturen von 85 bis etwa 100 °C abgefüllt. Dieser Hot-Fill-Prozess macht die Getränke haltbar und die meisten mikrobiellen Keime darin unschädlich. Die Behältnisse müssen dieser Prozedur wie auch dem Unterdruck standhalten, der nach dem Verschließen beim Abkühlen entsteht. Als Flaschenmaterial bietet PET (Polyethylenterephthalat) dafür beste Eigenschaften und lässt sich im Streckblasverfahren zu temperatur- und vakuumstabilen Geometrien verarbeiten. Dies stellt entsprechende Anforderungen auch an die Blasformen, in denen die vorgefertigten und erhitzten PET-Rohlinge unter hohem Blasdruck und hohen Temperaturen ihre Endform annehmen.
Maschinenbau unterstützt die Blasformherstellung
An dieser Stelle spielen die Formenbauexperten der Röders GmbH ihr Know-how aus. Das Unternehmen mit Stammsitz im niedersächsischen Soltau prägt die Entwicklung der PET-Blasformtechnik seit deren Anfängen in den 1970er-Jahren bis heute mit. Um 1800 als Zinngießerei gegründet, ist die heutige Röders GmbH seit sechs Generationen familiengeführt und aktiv in den Hauptgeschäftsfeldern Fräs- und Schleifmaschinen, Blasformen für PET-Flaschen sowie Zinnwaren-Herstellung. Mit weltweit rund 600 Mitarbeitern hat Röders Niederlassungen auch in China, Frankreich, Kanada, Taiwan, USA und Vietnam.
In Soltau unterhält das Unternehmen ein Technologiezentrum zur Entwicklung der Blasformtechnik und zur Prozessoptimierung, etwa durch Quick-Change-Systeme oder Senkung des Blasdrucks und Energieverbrauchs mittels Low-Pressure-Formböden. Röders kooperiert mit Blasmaschinenherstellern und Abfüllern, sein Flaschen- und Blaslabor ist zertifiziert von Pepsico und autorisiert von Coca-Cola Europacific Partners. An Kunden in aller Welt gingen seit den 1970er Jahren mehrere 100.000 Blasformen; derzeit beträgt die Kapazität 7.000 pro Jahr, die Lieferzeit ist meist sehr kurz. Rückgrat dafür ist das größte Geschäftsfeld von Röders: die Produktion von HSC (High Speed Cutting)-Maschinen, in denen sich Blasformen auch mit Hochglanzoberflächen (Ra < 10 nm) herstellen lassen, ohne manuelles Nachpolieren.
Nur noch ein Maschinenstopp pro Schicht
Die Oberflächengüte ist für Röders elementar – besonders bei Blasformen aus Stahl für stabile Hot-Fill-Prozesse. Entscheidend sind sehr glatte Formbereiche und ein Design, das optimale Formfüllung und Entformung sichert. Mehrwert bieten dabei Beschichtungen wie Balinit Dylyn Pro von Oerlikon Balzers, die Röders seinen Kunden empfiehlt. Die kohlenstoffbasierte DLC-Schicht (Diamond Like Carbon) mit dem Schichtmaterial a-C:H:Si hat der Oberflächenspezialist laut eigener Mitteilung speziell für die Lebensmittel- und Medizinindustrie entwickelt. Sie ist chemisch unbedenklich, von der Food and Drug Administration (FDA) zertifiziert und bietet damit einen weltweit gültigen Vorteil im Vergleich zu anderen Beschichtungen. Zudem schützt sie vor Korrosion und Verschleiß.
Aufgebracht wird die Schicht mithilfe eines PACVD-Prozesses. Dabei wird eine chemische Reaktion durch die Plasmaanregung und Ionisation hervorgerufen. Für die Qualität und Leistungsfähigkeit der Schicht ist es unerlässlich, dass der Auftrag in sauberer Umgebung unter Vakuum erfolgt und die zu beschichtenden Teile und Komponenten richtig behandelt werden. Die Beschichtung wird auch für Hohlräume und Formanwendungen in der Medizintechnik sowie der Verpackungsindustrie (besonders für die Herstellung von Verschlusskappen und PET-Flaschen) verwendet, sowie für alle beweglichen und gleitenden Elemente von Spritzguss-Werkzeugen.
Ihre Antihaft-Eigenschaften mit einem Reibungskoeffizient trocken versus Stahl von 0,05 bis 0,2 sorgen für deutlich weniger Reibung und Abrieb im Kontakt zwischen Form und PET-Material. Das minimiert den Stick-Slip-Effekt: Der erhitzte Kunststoff haftet weniger, stoppt nicht ruckartig und reißt nicht ab. Das Ergebnis: besserer Materialfluss, gleichmäßige Formfüllung, leichtere Entformung und eine höhere optische Qualität der PET-Flaschen, besonders an kritischen Stellen. Vor allem aber profitieren Fertigung und Wirtschaftlichkeit.
Messbare Kostenvorteile mit der DLC-Beschichtung
Dank Balinit Dylyn Pro muss ein US-Kunde von Röders seine Maschinen während einer 8-h-Schicht jetzt nur noch einmal zur Formenreinigung anhalten – vorher waren mehrere Stopps nötig. Auch die Reinigungsdauer selbst verkürzte sich, da Formbeläge sich nun schneller entfernen lassen. „Geht man von großen Produktionslinien mit 20 Blasstationen und im Schnitt gut 30.000 gefertigten Flaschen pro Stunde aus, so lassen sich signifikante Kosteneffekte beim Dauerbetrieb in der Massenproduktion hochrechnen“, erläutert Steffen Lühning, Sales Manager Blasformen bei Röders. Verringerte Maschinenstillstände wirken sich unmittelbar auf Gesamtanlageneffektivität (OEE), Stückkosten sowie Lieferfähigkeit aus und ermöglichen einen schnellen Return on Investment mit Blick auf die Beschichtungskosten.
Dass die Schicht Materialfluss und Formfüllung verbessert, ist ebenfalls ökonomisch nützlich, ergänzt Helge Heuer, Technical Sales Manager Blasformen bei Röders: „Dadurch lässt sich in manchen Fällen der Blasdruck und damit auch der Energieeinsatz senken – ein großer Vorteil in Regionen mit hohen Energiekosten.“ Nicht zuletzt spielt Balinit Dylyn Pro ihre Antihaft-Eigenschaften bei der Verarbeitung von recyceltem PET aus. Denn rPET-Qualitätsschwankungen können Ablagerungen auf den Formen begünstigen, wenn der Blasprozess nicht entsprechend angepasst ist. Diesem Effekt wirken beschichtete Formoberflächen entgegen.