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Artikel und Hintergründe zum Thema

Ultraschall für Verpackungen

Siegeln, Prägen und Stanzen in einem Arbeitsgang

Schlauchbeutel sind der perfekte Rundumschutz für eine Vielzahl ganz unterschiedlicher Produkte, angefangen von Schüttgütern und Flüssigkeiten bis hin zu technischen Produkten oder Spielzeug. Die Beutelverpackungen sind leicht zu handhaben, der Materialeinsatz ist gering und die Folien sind gut recyclebar. Per Ultraschallschweißen lassen sich die Beutel zudem schnell, produktschonend und dicht verschließen. Hierzu kommt ein weiterer Vorteil: Ultraschall ist auch zum Schneiden nutzbar; Stanzen, Prägen und Siegeln sind dadurch in einem Arbeitsgang möglich. So lässt sich beim Verschließen beispielsweise ein Euroloch einstanzen. Damit können die Beutel ohne zusätzliche Aufhängevorrichtungen, wie Kartonreiter, am Point of Sale optisch ansprechend präsentiert werden.

Geobra Brandstätter nutzt für verschiedene Spielzeugfiguren attraktive Schlauchbeutel aus metallisiertem Polyethylenterephthalat die per Ultraschall in einem Arbeitsgang verkaufsfertig verschweißt mit einer stabilisierenden Prägung und mit einem Euroloch zum Aufhängen versehen werden. © Paxmatic

Als Ultraschall werden Schallfrequenzen oberhalb der menschlichen Hörgrenze bezeichnet, also ab etwa 20 Kilohertz. Zum Schneiden und Schweißen dienen Frequenzen im Bereich von 35 Kilohertz. Erzeugt werden sie durch einen Piezo-Konverter, der eine Sonotrode in eine hochfrequente resonante Schwingung versetzt, die besonders wirkungsvoll ist und dabei gleichzeitig wenig Leistung benötigt. So entstehen bei geringer thermischer Belastung von Produkt und Umgebung entweder saubere Schnitte oder hochfeste Fügeverbindungen.

Eine Technologie fürs Fügen und Trennen
Beim Fügen oder Schweißen versetzen die Schwingungen die Moleküle der zu verbindenden Teile ebenfalls in Schwingung. Das erzeugt an den Kontaktstellen Wärme, die die Materialgrenzen „aufbricht“ und die Materialien miteinander verschmilzt. Die so entstehende hochfeste Siegelnaht ist nicht nur dicht, sondern kann auch schmal und damit material- und kostensparend sein. Zudem werden eventuelle Produktreste zuverlässig aus der Naht verdrängt, was undichte Stellen vermeidet. Obendrein ist die Ultraschalltechnik schnell, so dass kurze Takte realisierbar sind, und unterschiedliche Kunststoffe – auch kompostierbare Biomaterialien – lassen sich verarbeiten. Dazu werden die Schweißparameter angepasst.

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Da die Ultraschall-Sonotroden gleichzeitig auch schneiden können, ist Siegeln, Prägen und Stanzen mit nur einem Werkzeug in einem Arbeitsgang möglich. Auch beim Stanzen oder Schneiden kann die Ultraschalltechnik punkten: Es entstehen glatte und saubere Kanten. Es gibt keinen Materialverlust und es entwickeln sich – im Gegensatz zum Laserschneiden – keine Verbrennungsgase, die abgesaugt werden müssen. Roland A. Schierle, CEO und Inhaber von Paxmatic im schweizerischen Haldenstein bei Chur ist von den Vorteilen der Ultraschalltechnik überzeugt: „Um unsere Schlauchbeutelmaschinen zu optimieren, begannen wir bereits 2011 mit Telsonic zusammenzuarbeiten. Gemeinsam haben wir dann eine für unsere Applikation maßgeschneiderte Ultraschalleinheit entwickelt und uns patentieren lassen.“

Siegeln, Prägen und Stanzen der Schlauchbeutel in einem Arbeitsgang. © Telsonic

Spielzeug optisch ansprechend verpackt
Dank dieser patentierten Einheit, die heute in den Schlauchbeutelmaschinen weltweit eingesetzt wird, lassen in einem Arbeitsgang die automatisch zugeführten Beutel verschließen und gleichzeitig das Euroloch für die Aufhängung stanzen. „Es entsteht ein äußerst attraktiver Beutel für den Point of Sale, der heute einzigartig auf dem Markt ist“, freut sich Schierle. Beim Siegeln wird dazu die in diesem Fall mit etwa 6 Millimeter recht breite Naht mit einer speziellen Struktur geprägt, die dem Beutel zusätzlich Stabilität verleiht.

Der Playmobil-Hersteller Geobra Brandstätter beispielsweise hat an seinen Produktionsstätten inzwischen zahlreiche dieser Paxmatic-Ultrasonic-Schlauchbeutelmaschinen für die Verpackung kleiner Spielzeugfiguren im Einsatz. Die bedruckten Beutel bestehen aus metallisiertem Polyethylenterephthalat, sie sind robust und ästhetisch ansprechend. Gute Voraussetzungen also für eine erfolgreiche Produktpräsentation im Verkaufsregal.

Die Schweißparameter werden am Bedienterminal der Maschine eingestellt. © Telsonic

Lange Standzeiten der Werkzeuge
Das komplette Ultraschall-System setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen: Dem Generator, der den Ultraschall erzeugt, einem Konverter, der mit Hilfe von Piezokeramiken den Ultraschall in mechanische Schwingungen umsetzt, die dann verstärkt von einem Booster auf die Trennschweiß-Sonotrode übertragen wird. Hinzu kommen die Ambosse als Gegenstücke zur Sonotrode: einer zum Stanzen des Eurolochs, der zweite fürs Siegeln der oberen Quernaht und der dritte für die untere. Die Sonotroden erreichen lange Standzeiten, sie können weit über eine Million Zyklen erreichen.

Den 35-Kilohertz-Ultraschall für die Sonotrode erzeugt ein Generator der Baureihe MAG. Sein funktionales Design und seine geringe Wärmeentwicklung erfüllen laut Hersteller hohe Ansprüche. Er kann über analoge und über digitale Signale angesteuert werden. Mit der Steuerung der Paxmatic-Schlauchbeutelmaschine kommuniziert der Converter über eine digitale Schnittstelle. Möglich wären aber auch der Verwendung eines der branchenüblichen Feldbussysteme. Die gewünschten Schweißparameter lassen sich am Maschinenterminal komfortabel einstellen.

Roland A. Schierle, CEO und Inhaber Paxmatic: „Gemeinsam mit Telsonic haben wir eine für unsere Schlauchbeutelmaschinen maßgeschneiderte Ultraschalleinheit entwickelt.“ © Paxmatic

Die patentierte Ultraschalleinheit habe sich mittlerweile im weltweiten Einsatz bewährt. Sie liefere den Beweis dafür, dass es sich lohnt, die Ultraschallspezialisten bereits in einem frühen Designstadium mit ins Boot zu nehmen, um die produktspezifische Fügezone anwendungsgerecht zu gestalten.


Der Anwender
Zählen, Wiegen, Verpacken sind die Schwerpunkte des Anlagenbauers Paxmatic im schweizerischen Haldenstein bei Chur. Mehr als 40 Jahre Erfahrung mit Folienverpackungen und Zuführsystemen bilden die Basis für eine umfassende Konzeptentwicklung inklusive Software-Engineering. Etwa 2000 Verpackungsanlagen sind nach Unternehmensangeben weltweit in der Möbel-, Spielwaren- und Automobilindustrie im Einsatz, bei Herstellern von Medizin- und Elektrotechnik genauso wie in der kunststoff- und metallverarbeitenden Industrie. Das 1890 gegründete Unternehmen sieht sich heute als eines der führenden Anbieter mit soliden Konstruktionen in sprichwörtlicher Schweizer Qualität.
www.paxmatic.ch

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