Risiken durch zu hohe Schließkräfte bei der Herstellung von Kunststoffflaschen

In der Welt der Herstellung von Kunststoffflaschen, sei es durch Spritzguss-Vorformlinge oder Extrusionsblasformen, herrscht ein weit verbreitetes Missverständnis, dass eine höhere Schließkraft mit einer besseren Versiegelung und qualitativ hochwertigeren Produkten einhergeht. Allerdings ist die Klemmkraft keine „Mehr ist besser“-Variable. Während unbedingt eine ausreichende Kraft erforderlich ist, um die Form gegen den Einspritz- oder Blasdruck geschlossen zu halten, führt eine Überschreitung der erforderlichen Tonnage zu einer Kaskade mechanischer und qualitativer Probleme. Eine zu hohe Klemmkraft kann die Produktionseffizienz erheblich beeinträchtigen, teure Werkzeuge beschädigen und die strukturelle Integrität der fertigen Kunststoffflasche beeinträchtigen.

Die entscheidende Rolle von Schimmelbelüftung und Gasfallen

Eine der unmittelbaren und schädlichsten Auswirkungen einer übermäßigen Schließkraft ist die Kompression der Entlüftungsöffnungen der Form. Formen sind mit mikroskopisch kleinen Kanälen – Entlüftungsöffnungen – an der Trennfuge ausgestattet, damit Luft und Gas entweichen können, während der geschmolzene Kunststoff den Hohlraum füllt. Wenn die Klemmkraft zu hoch eingestellt ist, wird der Stahl der Formflächen tatsächlich komprimiert, wodurch diese Entlüftungsöffnungen effektiv verschlossen werden.

Der „Diesel-Effekt“ und Brandflecken

Wenn Lüftungsschlitze durch übermäßige Krafteinwirkung zerdrückt werden, kann die Luft im Hohlraum nirgendwo hin entweichen. Wenn der Kunststoff eindringt, komprimiert er die eingeschlossene Luft und erhöht ihre Temperatur schnell bis zur Entzündung. Dieses als Dieseleffekt bekannte Phänomen führt zu sichtbaren Brandflecken oder Verkohlungen auf der Plastikflasche, typischerweise gegen Ende des Füllvorgangs. Dies macht die Flasche ästhetisch unannehmbar und an der Verbrennungsstelle strukturell schwach.

Kurze Schüsse aufgrund von Gegendruck

Selbst wenn sich das eingeschlossene Gas nicht entzündet, kann der durch die Lufttasche erzeugte Gegendruck verhindern, dass der geschmolzene Kunststoff den Formhohlraum vollständig füllt. Dies führt zu „Short Shots“ oder unvollständigen Flaschen, insbesondere in komplizierten Bereichen wie dem Halsabschluss oder dem Boden. Um dieses Problem zu beheben, erhöhen Bediener häufig fälschlicherweise den Einspritzdruck, wodurch die Belastung der Form nur noch größer wird und ein Teufelskreis von Fehlern entsteht.

Strukturelle Schäden an Form und Maschine

Kunststoffflaschenformen sind Präzisionsinstrumente, die mit engen Toleranzen hergestellt werden. Werden sie einer Belastung ausgesetzt, die weit über ihren berechneten Bedarf hinausgeht, führt dies zu physikalischer Verformung und beschleunigtem Verschleiß. Dieser Schaden ist oft irreversibel und erfordert kostspielige Reparaturen oder einen vollständigen Austausch.

• Trennlinien-Wälzfräsen: Übermäßige Krafteinwirkung kann dazu führen, dass das Metall an der Trennfuge nachgibt oder sich verformt (Wälzfräser). Sobald die Trennfuge zerdrückt ist, dichtet die Form auch bei normalem Druck nicht mehr perfekt ab, was zu dauerhaften Gratproblemen auf den Flaschen führt.
• Ermüdung der Spurstange: Die Formmaschine selbst leidet. Übermäßiges Spannen belastet die Verbindungsstangen, Kniehebelverbindungen und Aufspannplatten unnötig. Dies führt mit der Zeit zu einer ungleichmäßigen Dehnung der Holme, was dazu führt, dass die Platten nicht mehr parallel sind. Nicht parallele Platten führen zu ungleichmäßigem Formverschleiß und ungleichmäßiger Flaschenwandstärke.
• Ausfall der hydraulischen Komponente: Bei hydraulischen Maschinen führt die Aufrechterhaltung des maximalen Drucks zu einer ständigen Überhitzung der Hydraulikflüssigkeit und zum Verschleiß von Dichtungen und Ventilen viel schneller als bei Betrieb mit optimierten Werten.

Auswirkungen auf Energieeffizienz und Zykluszeit

Über den physischen Schaden hinaus beeinträchtigt eine übermäßige Klemmkraft die betriebliche Effizienz erheblich. Die moderne Fertigung konzentriert sich stark auf die Energiekosten pro Einheit, und der Betrieb einer Maschine mit maximaler Tonnage erhöht diese Kennzahl unnötig.

Um eine hohe Spannkraft zu erzeugen, ist viel Energie erforderlich. Wenn eine Flaschenform 200 Tonnen benötigt, um geschlossen zu bleiben, die Maschine aber auf 350 Tonnen eingestellt ist, ist die Energie, die zur Erzeugung dieser zusätzlichen 150 Tonnen aufgewendet wird, reine Verschwendung. Darüber hinaus kann die Mechanik des Aufbaus und Abbaus dieses übermäßigen Drucks die Trockenzykluszeit um Sekundenbruchteile verlängern. Bei der Flaschenproduktion mit hohem Volumen kann bereits eine Steigerung von 0,5 Sekunden pro Zyklus dazu führen, dass Tausende Flaschen pro Tag weniger produziert werden.

Vergleich optimaler und übermäßiger Krafteinwirkungen

Um die Kompromisse besser zu verstehen, werden in der folgenden Tabelle die betrieblichen Unterschiede zwischen dem Betrieb mit optimierter Klemmkraft und dem Betrieb mit übermäßiger Klemmkraft aufgeführt.

Konstruktive Schritte zur Optimierung

Das Ziel eines jeden Produktionsleiters sollte darin bestehen, die „minimal wirksame Dosis“ der Schließkraft zu finden. Dies ist die geringste Tonnage, die erforderlich ist, um gratfreie Teile ohne Beeinträchtigung der Form herzustellen.

Um dies zu erreichen, berechnen Sie zunächst die projizierte Fläche der Flaschen und multiplizieren sie mit dem empfohlenen Tonnagefaktor des Materials. Sobald die Maschine läuft, verringern Sie die Spannkraft in kleinen Schritten (z. B. 5–10 Tonnen) und überwachen Sie dabei die Trennfuge auf Grate. Wenn der Blitz gerade erst zu erscheinen beginnt, erhöhen Sie die Kraft leicht (um etwa 10 %), um einen Sicherheitsspielraum zu schaffen. Dieser Ansatz stellt sicher, dass die Form richtig atmet, die Entlüftungsöffnungen offen bleiben und die Maschine länger hält, was letztendlich zu einer profitableren und konsistenteren Produktionslinie für Kunststoffflaschen führt.