Ultaschallverschweißung von Kunststoff in der dritten Dimension – CosMed fertigt für Miele einen Duftflakon mit einzigartiger Automationstechnik

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Löhne – Was macht den Duftflakon von Miele so einzigartig? Zum einen ist der deutsche Premiumhersteller der Erfinder des Produktes „Ambient Fragances“, das aktuell in den Dunstabzugshauben des deutschen Premiumherstellers eingesetzt wird. Die Geschichte vom Prinzip des integrierten Duftspenders beginnt aber bereits vor zehn Jahren. Die Idee: dosierte Abgabe von Duft über den Wäschetrockner. Auch die eigentliche Produktion des anspruchsvollen Kunststoffproduktes war vom Start weg ein Novum und ist nach wie vor zukunftsweisend, denn Exklusiv-Lieferant CosMed setzt für die Versiegelung mittels einer Folie heute eine vollautomatisierte Technik ein, die das Verschweißen in der dritten räumlichen Ebene auf einer Freiformfläche ermöglicht.

Einzigartig und gleichzeitig komplex ist der technische Aufbau der Produktinnovation. Der Duftflakon ist ein Kunststoffprodukt, was mit einem Duftöl befüllt ist. Dieses Öl wird über ein Flies im Flakon direkt an die Wäsche im Trockner abgegeben. „Der Flakon ist das bislang einzige Produkt, was in der Lage ist, den Duft an die Wäsche abzugeben, während beispielsweise Dufttücher den Duft nur an die Umgebungsluft im Trockner übertragen“, erklärt Oliver Zedler, Manager dieses Projektes im Hause der CosMed GmbH & Co. KG., die Wirkungsweise des Flakons.

Eine erste Entwicklungsidee zu haben und dafür über ein Patent zu verfügen, ist das Eine. Die technische Umsetzung ist das Andere. Neben dem vielschichtigen Innenleben war das Versiegeln des Flakons mit einer dichten aber gleichzeitig flexiblen Folie auf einer dreidimensionalen Freiformfläche die eigentliche technische Herausforderung. „So galt es, die benötigte Abdampföffnung in dem runden Kunststoffkorpus, der einen Durchmesser von 42 Millimeter aufweist, mittels Heißsiegel-Technik zu verschweißen. Um das Produkt wirtschaftlich fertigen zu können, musste dieser Prozess seriengerecht abgebildet werden. „Alle Marktbegleiter haben diese Gesamteinheit des Produktes als nicht machbar abgelehnt“, erinnert sich Oliver Zedler.

Enges Zeitfenster sorgt für Ergebnisdruck
Zu der technischen Herausforderung in diesem vielschichtigen Entwicklungsprozess kam dann noch der bedeutsame Faktor Zeit hinzu, denn das Zeitfenster war sehr eng definiert. Präsentiert werden musste der neue Duftflakon von Miele seinerzeit auf der IFA 2012. „Der erste Kontakt zu Miele entstand durch Empfehlungen im November 2011“, hat sich der Tag im Gedächtnis von Oliver Zedler eingeprägt. So blieben dem Entwicklungsteam von CosMed gerade einmal knapp 12 Monate für die entwicklungstechnische Realisierung. Für Techniker ein durchaus „sehr sportliche Aufgabe“. Der ständige Termindruck war von Beginn an Begleiter der Entwicklungspartner. Um das Erreichen des Zieles realistisch zu gestalten wurden vom Auftraggeber die Aufgaben aufgeteilt. Miele übernahm an dieser Stelle die Fertigung der drei Einfachwerkzeuge für die Kunststoffverarbeitung , damit sich CosMed rein auf die Industrialisierung des Projektes konzentrieren konnte.

Flexibilität in der Entwicklung
Das Projekt startete im Februar 2012 praktisch beim Stande Null. Definiert war lediglich, welcher Kunststoff vorgesehen war, und dass die vorgesehene Öffnung für die Abgabe der Duftessenz durch eine Folie versiegelt werden sollte. Die Duftessenzen wurden dabei von dem Hersteller Mane bereitgestellt. Das renommierte französische Unternehmen hatte speziell für Miele eigene Düfte designt.

Es bedurfte gerade zwischen den Projektverantwortlichen bei Miele und der CosMed eines intensiven Austauschs, als man in Löhne mit den ersten Montageversuchen startete. In Verbindung mit der aufzubringenden Siegelfolie mussten hohe technische Anforderungen erfüllt werden. Für den Transport als auch für die Aufbewahrung des Produktes in der Verpackung musste eine absolute Dichtigkeit gegenüber dem Duftöl garantiert werden, wobei das Öl selbst kriechende und lösende Eigenschaften hat. Um in dem Projekt die notwendige Flexibilität zu erreichen, wurde seitens CosMed die Einbindung von kleinere Zulieferunternehmen vorgesehen, die für so ein zeitlich eingeschränktes Projekt die notwendige Flexibilität bieten können.

Die weitaus größere Herausforderung war aber die „Peelfähigkeit“ der Siegelfolie. In der Anwendung sollte diese sehr leicht von dem abgerundeten Flakonkorpus zu entfernen sein. „Der Flakon musste zu öffnen sein, damit das Duftöl nicht spritzt oder mit einem Gegenstand geöffnet werden muss“, betont Oliver Zedler. Von dem Material hing dann in der Folge ab, wie CosMed das Produkt montagefähig bekommt.

Auf der Suche nach einem Folienlieferanten haben wir dann nur einen Anbieter ausfindig machen können, der sich die Umsetzung mit der Kreation des richtigen Folienmaterial wirklich zutraute. In den ersten Versuchen galt es wichtige Erkenntnisse im Zusammenspiel von Kunststoff, Duftöl und Folie zu gewinnen. Dazu gehörte beispielsweise, so erinnert sich Oliver Zedler, auch die Tatsache, dass die Folie nach einer gewissen Lagerungszeit ihre Versiegelungsfähigkeit verliert. „Das bedarf auch heute noch einer ausgeklügelten Logistik für unseren strategischen Einkauf, nicht zu wenig aber vor allem auch nicht zu viel Folie zu bevorraten.“ Das wiederum hat natürlich unmittelbare Auswirkungen auf die Stückosten. „Wir können uns bei der Folie eben nicht einen Lagervorrat von zwei Jahren in die Regale legen“, gibt Oliver Zedler zu bedenken. Das Folienmaterial ist mehrschichtig aufgebaut. Die abschließende Schicht bildet eine versiegelungsfähiges PET-Material. Demnach eine perfekte Paarung zum Grundmaterial, das für den Spritzguss des Korpus verwendet wird.

In der Automation ging es dann darum eine hohe Genauigkeit in der Dosierung zu erreichen. „Geht nur ein Tropfen daneben, ist die aufgebrachte Versieglung nicht mehr funktional“, erklärt Dieter Sabrotzky. Gleichzeitig sollte die Montage der Einzelkomponenten sehr schnell ausgeführt werden.

Duftflakon wird aus Tritan gefertigt
Bei der Materialauswahl hatte Miele den Kunststoff Tritan, einem thermoplastischen Polyester, vorgegeben. Das Material bietet für die Herstellung und Verwendung des Produktes einige Vorteile. Entscheidend aber waren die Eigenschaften, denn Tritan ist komplett BPA-frei (Bisphenol-A). Zudem enthält es keine Weichmacher. Neben der guten Formbarkeit in der Verarbeitung im Spritzgießprozess weist das Material im ausgehärteten Zustand eine hohe Formstabilität auf.

Sowohl der Außenkorpus, als auch der Innenkorpus – der eigentliche Flakon – wird aus Tritan gefertigt. Während der Produktrahmen aus weiß eingefärbtem Material aus vier Kavitäten gespritzt werden, erfolgt der Spritzguss des Flakon aus nicht eingefärbtem Material. Nach der Endmontage weist das Produkt einen Drehmechanismus mit Raster und Rastnase auf, der die Funktion einer Transportsicherung erfüllt, gleichzeitig aber auch die Dosierung für die abzugebende Duftmenge regelt. In Kombination mit der hohen Formstabilität des Produktes wird das Produkt vor Bruch oder unsachgemäßen Gebrauch vor dem Auslaufen geschützt.

Fließ sorgt für dosierte Ausgabe des Duftes
Bei bis zu 50 Trocknungsvorgängen verströmt ein einzelner Flakon seinen Duft. Somit musste für die Füllmenge von 12,5 Millilitern eine dosierte Abgabe der Essenz an die Wäsche sichergestellt werden. Technisch wird das mit einem eingebrachten Fließ umgesetzt, der hinter der rechteckigen Abdampföffnung platziert ist. Zum einen sorgt das Fließ dafür, dass die Flüssigkeit im Behälter zurückgehalten wird. Zum anderen diffundiert die Essenz durch die Ausbringungsöffnung im Flakon und wird dann über einen Luftstrom dosiert an die Wäsche abgegeben.

Nächster Projektschritt: Vollautomatisierung
48 Stunden vor dem Start der Messe in Berlin war das Projekt beendet. Ursprünglich wurde ein halbautomatischer Prozess mit sechs Mitarbeitern im Mehrschichtbetrieb konzipiert. Nach Produktvorstellung für die Öffentlichkeit stiegen nun jährlich die Stückzahlen so an, dass Miele nun die vollautomatisierte Fertigung der siebenteiligen Baugruppe wünschte. „Vor diesem Vollautomaten hatten wir einen gehörigen Respekt“, erinnert sich Oliver Zedler an den Projektfortschritt in 2016.

Automatische Folienversiegelung auf einer 3D- Freiformfläche
In einem vollautomatischen Durchlauf werden Grundkörper und Deckel aus hochkavitätigen Werkzeugen in freier Paarung mittels Ultraschweißverfahren miteinander verbunden, die entsprechend alle ihre definierte Position in der Anlage haben müssen. Diese münden dann letztlich alle an der Stelle, an der die Folienversiegelung aufgebracht wird. Hier galt es, die Folie mit einer hohen Wiederholgenauigkeit auf einer dreidimensionalen Freiformfläche aufzubringen. Die Toleranz an dieser Stelle durfte maximal fünf Hundertstel Millimeter betragen. Sonst drohten Undichtigkeiten, die sich im schlimmsten Fall erst wesentlich später bemerkbar machen – beim Transport oder der Lagerung. „Die Fehlerdetektion bedeute in der Tat, dass ich das Duftöl riechen kann, oder es aus der Umverpackung tropft“, verweist Zedler auf diese Problematik. In der Schlussphase des Projektes haben wir am Ende tagtäglich mit dem Anlagenbauer kommuniziert. „Das hatte den Vorteil, dass wir die Automationsanlage durch Miele 2017 sofort serienfrei bekommen haben“, betont Zedler stolz. Letztlich war sich der Kunde dieser Komplexität bewusst. „Bis heute kann unser Folienlieferant nicht glauben, dass sein Produkt vollautomatisiert verarbeitet wird“, erklärt der technische Geschäftsführer Dieter Sabrotzky, dass dieses Verfahren der vollautomatisierten dreidimensionalen Folienversieglung von CosMed nach wie vor das Einzige auf dem Markt ist.

Aktuell verlassen mehr als eine Millionen Flakons komplett konfektioniert in der verkaufsfertigen Umverpackung von Miele das Werk in Löhne.

Eine Produktidee, die nun den Komfort in diversen multifunktionalen Anwendungen von Miele erhöht. Seit November letzten Jahres vertreibt das Unternehmen aus Gütersloh diese Technik unter dem Namen „Ambient Fragance“ nun auch in einer multifunktionalen Dunstabzugshaube. Der Flakon, den man mittlerweile in acht Duftvarianten produziert, wird in der Dunstabzugshaube eingesetzt und mit Hilfe eines separaten Lüfters in der Haube dosiert an die Raumluft abgegeben. Ein sinnliches Dufterlebnis von 150 Stunden verspricht Miele dem Käufer dieses Premiumproduktes.

(Autor/Quelle: www.cos-med.de)

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