Folien sichern schwere Lasten
Right-Gauging bei der Ladungssicherung
Die Produktion von Stretchfolien zur Ladungssicherung bietet noch ein erhebliches Einsparpotenzial. Erforder- lich ist eine Optimierung der Herstellparameter entlang der gesamten Prozesskette.
D
ie Logistikbranche boomt, immer mehr Güter werden natio- nal und international transportiert. Mit der Branche wächst auch der Bedarf an Stretchfolie als einem der wichtigsten Pro- dukte zur Ladungssicherung. Trotz dieser erfreulichen Wachs- tumsprognosen stehen die europäischen Hersteller von Stretch- folien unter einem erheblichen kommerziellen Druck. Schwan- kende Rohstoffpreise, die jüngsten Versorgungsengpässe, zu- nehmende Rohstoffkapazitäten außerhalb Europas sowie die neue EU-Gesetzgebung zur Ladungssicherung sind nur ein Aus- zug der vielfältigen Herausforderungen des Marktes. Um lang- fristig erfolgreich zu sein, ist heute mehr denn je eine Betrach- tung der gesamten Prozesskette vom Rohstoff bis zur zuverlässig gesicherten Ladung erforderlich.Marktsituation
Nach aktuellen Zahlen des Statistischen Bundesamtes wurden letztes Jahr mit 4,5 Mio. t mehr Güter denn je über die bestehen-
de Infrastruktur in Deutschland transportiert. Weltweit wird bis zum Jahr 2019 ein jährliches Wachstum der Logistikbranche von 2,4–3 % erwartet. Die Branche erwirtschaftete im Jahr 2011 schät- zungsweise 981 Mrd. Euro. Positiv wirkt sich diese Entwicklung auch auf den Stretchfolienmarkt aus, der nach derzeitigen Prog- nosen bis 2019 um durchschnittlich 2,3 % wachsen soll. Mit ei- nem geschätzten Volumen von etwa 4,54 Mio. t ist Stretchfolie weltweit das am meisten genutzte Produkt zur Verpackung von Palettenware [1−4].
Weshalb stehen die Hersteller von Stretchfolie bei diesen günstigen Wachstumsprognosen unter einem solchen Druck?
Um diese Frage zu beantworten, muss man sich insbesondere mit der Markt- und Vertriebsstruktur auseinandersetzen. Denkt man als Konsument an Stretchfolie auf Palettenware, stehen die großen Markenartikel- und Getränkehersteller im Vorder- grund. Insbesondere bei diesem Nutzerkreis ist es nachvoll- ziehbar, dass große Mengen an Stretchfolie verbraucht werden und der Fokus klar auf der Optimierung der Logistikkette
Folienanlage auf der Hausmesse bei Wind
möller & Hölscher im Juni
(Bild: W & H)
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liegt. Gerade in diesem Bereich gibt es schon viele Ansätze, die verwendete Stretchfolie nicht nach „Preis pro Gewichtseinheit“, sondern unter Berücksichtigung der Gesamtkosten für eine stabile Ladungseinheit zu betrachten. Einige Hersteller und auch Dienstleister haben sich auf dieses Gebiet spezialisiert und erzielen über verschiedene Optimierungsmaßnahmen si- gnifikante ökonomische Vorteile bei gleicher oder verbesserter Ladungssicherheit.
Optimierungspotenziale
Erster Ansatz zur Verbesserung ist in den meisten Fällen die ge- naue Analyse des Einstretch-Prozesses, insbesondere das Anpas- sen der Prozessparameter auf die verwendete Stretchfolie. Dazu ist es primär erforderlich, die für die Ladungssicherung relevan- ten Eigenschaften dieser Folie genau zu kennen. Allerdings sind die wenigen gängigen Herstellerangaben, wie maximale Dehn- fähigkeit („Ultimate Stretch“) oder garantierte Dehnfähigkeit („Guaranteed Stretch“), in der Regel nicht sehr hilfreich. Eine erste Aussage zum mechanischen Verhalten der Folie liefern Messein- richtungen, welche die Folie unter ähnlichen Bedingungen wie auf einem Stretch-Automaten verstrecken und dabei die benö- tigten Kräfte ermitteln (Bild 1).
Bild 1. Kraft/DehnungsDiagramm (HighlightVerfahren)
(Bilder 1 bis 4: W & H)
Wird die betrachtete 20 µm-Folie mit 100 % Dehnung auf ei- ner Palette appliziert, reduziert sich die Foliendicke auf 10 bis 12 µm. Über Einstellungen des Stretch-Automaten und Anzahl der Wicklungen wird die notwendige Haltekraft justiert und es resultiert die zur Sicherung der Palette genutzte Folienmenge.
Wird bei dieser Bewertung auch die dynamische Beanspru- chung der Folie in Betracht gezogen, ist neben der reinen stati- schen Haltekraft auch die Nachgiebigkeit (bzw. Steifigkeit) rele- vant. Eine beispielsweise durch Vollbremsung ausgelöste Be- schleunigung der Ladung muss von der Folie aufgenommen werden können, wobei diese nur geringfügig nachgeben sollte.
Basierend auf dieser Erkenntnis kann durch eine Steigerung des Dehnungsniveaus – in diesem Fall auf 300 % − eine deutliche Optimierung erzielt werden. Bei etwa gleicher Haltekraft wird eine signifikant geringere Foliendicke appliziert und die Kosten pro Palette lassen sich reduzieren. Darüber hinaus verringert sich die Nachgiebigkeit über den Anstieg der Kraft/Dehnungs-Kurve im Bereich der Dehnverfestigung. Allerdings gilt es zu beachten, dass die Nutzung einer Folie im idealen Arbeitspunkt nahe dem Dehnverfestigungsbereich auch das Risiko von vermehrten Foli- enabrissen birgt. Diese relativ einfach gehaltene Darstellung zeigt nur einen Ausschnitt aus der Komplexität des Verpackungs- prozesses, der insbesondere durch
Dehnung 350
N 250 200 150 100 50 00
Kraft
50 100 150 200 250 300 % 350
Maschinenfolie 20 µm
Super Power Folie Standardfolie
„Taut“-Folie Hand-
folie 400
%
0 Handfolie Maschinenfolie Power Stretch
Dehnung
Bild 2. Einordnung der „Taut“Folie in die Anwendungslandschaft des Stretchfolienmarktes
© Kunststoffe
© Kunststoffe
W Gewicht und Geometrie der Ladung,
W Form, Steifigkeit und Reibungskoeffizient von Primär- und Sekundärverpackung,
W die spezifische Kinematik des Stretch-Automaten, W die Geschwindigkeit des Einstretchprozesses und W die mechanischen Eigenschaften der Stretchfolie beeinflusst wird.
Das hier beschriebene Beispiel ist bewusst sehr vereinfacht dargestellt. Jeder einzelne Optimierungsfall erfordert eine indivi- duelle Analyse und Lösungsstrategie, die – wie eingangs erwähnt – heute in der Regel nur bei großen Markenartikel- und Getränke- herstellern auf der Agenda steht. Ein weiterer Blick in den Markt lässt aber klar erkennen, dass dieser Bereich nur geschätzte 12 % des gesamten Verbrauchs an Stretchfolie ausmacht.
Ein großer Teil des Stretchfolienmarktes für Maschinenfolien ist auf der Verbrauchsseite hingegen geprägt von geringeren Verbrauchsmengen und entsprechend einem sehr niedrigen In- vestitionssbudget für Stretch-Automaten. Einfache Automaten ohne Einheit zur Vordehnung der Folie sind in diesem Segment weit verbreitet. Naturgemäß wird hier nur eine geringe Deh- nung in die Folie eingebracht, wodurch marktübliche Maschi- nenfolien nicht im optimalen Prozesspunkt appliziert werden können. Ein geeigneter Optimierungsansatz liegt in diesem Fall in der Wahl einer anderen Folie, die für genau diesen Ein- satzzweck ausgelegt ist.
Bild 3. Vergleich der Kraft/DehnungsVerläufe bezogen auf die Folien
dicke
Dehnung 35
N/µm 25 20 15 10 5 00
Kraft
50 100 150 200 250 300 % 350
Maschinenfolie 20 µm
„Taut“-Folie 8 µm
Bild 4. Struktur der „Taut“Folie, Wickelprozess und fertige Mutterrollen 7 Lagen
Cling Functional
Bulk Bulk Bulk Functional
Release
8µm
© Kunststoffe
© Kunststoffe
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Bild 5. Vergleich der jeweils applizierten Folienmenge zur Siche
rung der Ladung (Bild: ESTL)
„Taut“-Stretchfolie
Im Rahmen einer Hausmesse unter dem Motto „Packaging 4.0“
(siehe Info-Kasten) wurde bei Windmöller & Hölscher KG, Lenge- rich, im Juni dieses Jahres die Herstellung einer 8 µm-Maschi- nenfolie bei Geschwindigkeiten über 600 m/min demonstriert (Titelbild). Kernidee ist die Applikation auf eine Palette mit einem Stretch-Automaten ohne Vorstreckeinheit. Daher ist die Folie fast genauso dünn wie eine Standard-Maschinenfolie nach Durch- laufen eben solch einer Vorstreckeinheit. Darüber hinaus ist sie deutlich steifer, und somit können auch einfache Stretch-Auto- maten den optimalen Arbeitspunkt dieser Folie nutzen (Bild 2).
„Taut“ (engl.: straff, gespannt) symbolisiert also die Ähnlichkeit zu der in einer Vorstreckeinheit gedehnten Folie mit verbesserten Eigenschaften zur optimalen Sicherung von Ladungen.
Der Vergleich der Kraft/Dehnungs-Kurven beider Folien in
Bild 3 zeigt diesen Sachverhalt sehr anschaulich. Die beiden Kraft- verläufe wurden in dieser Darstellung auf die Ausgangsdicke der Folie bezogen, um diese besser miteinander vergleichen zu kön- nen. Zwei Aspekte werden damit transparent. Zum einen weist die „Taut“-Folie eine höhere Steifigkeit und eine wesentlich frü- here Dehnverfestigung auf. Zum anderen zeigt das höhere Kraft- niveau, dass mit höherwertigen Rohstoffen und einer geeigne- ten Rezeptur die mechanischen Eigenschaften der Folie stark verbessert sowie auf den Anwendungsfall angepasst werden können. Die Struktur der Folie ist schematisch in Bild 4 dargestellt.
Neben der Entwicklung einer geeigneten Rezeptur ist die Herstellung einer derart dünnen Folie mit einigen Herausforde- rungen verbunden, von denen hier nur einige beispielhaft ge- nannt werden:
W Schmelzestabilität. Bei Folien in so geringer Dicke muss ein großes Auszugsverhältnis aus der Foliendüse eingestellt wer- den. Um dieses zu beherrschen, kommt es in erster Linie auf eine ausgeprägte Schmelze- und Temperaturhomogenität an. Auch an die Düsenregelung werden besondere Anforde- rungen gestellt, bei denen herkömmliche Systeme vielfach an ihre Grenzen stoßen.
W Schneid- und Wickelqualität. Eine sehr dünne Folie be- darf – insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten – einer speziell dafür geeigneten Bahnführung, um sie mit einer ge- ringen Bahnspannung ohne Verlaufen der Bahn transportie- ren zu können. Die geringe Bahnspannung ist erforderlich,
Packaging 4.0
Packaging 4.0 steht für die nächste industrielle Revolution im Markt der flexiblen Verpackungen. Angefangen mit der Dampfmaschine hat sich die Industrie sukzessive über Fließ
bandarbeit, Automation und Robotik hin zu einer intelligenten Vernetzung von Produktionssystemen entwickelt. Packaging 4.0 ist der Oberbegriff für Technologien und Wertschöpfungs
konzepte, die eine intelligente Fabrik zum Ziel haben.
Die Verknüpfung von intelligenten Lösungen, integrierten Pro
zessen und intuitiver Bedienung ist das Herzstück. Grundvor
aussetzung dafür sind vernetzte Maschinen mit leistungsstar
ken Sensoren und hoch spezialisierten Automationsmodulen sowie ein breiter verfahrenstechnischer Erfahrungsschatz. Auf dieser Grundlage lassen sich komplexe und intelligente Ge
samtprozesse entwickeln, die aber einem einfachen Bedien
konzept folgen. Gemeinsam mit integrierten Automationsmo
dulen lässt sich die Produktion flexibilisieren − bei gleichzeiti
ger Maximierung von Produktionseffizienz und einem kleinst
möglichen Verbrauch von Ressourcen.
Weitere Informationen in Kunststoffe 105 (2015) 8, S. 32 B www.kunststoffe.de/1059005
Die Autoren
Markus Pyrlik ist bei der Windmöller & Hölscher KG (W & H), Lengerich, als Technical Sales Manager im Bereich Gießfolie tätig.
David Finnemore ist Senior Technical Consultant bei W & H.
Dr.-Ing. Torsten Schmitz leitet bei W & H die Abteilung Gieß
folien.
Service
Literatur & Digitalversion
B Das Literaturverzeichnis und ein PDF des Artikels finden Sie unter www.kunststoffe.de/1148635
English Version
B Read the English version of the article in our magazine Kunststoffe international or at www.kunststoffe-international.com
8 µm-„Taut“-Folie
4–5 114 resultierende Dicke [µm]
Foliengewicht [g]
10–12 302 20 µm-Maschinenfolie
1200 1564
800
© Kunststoffe
um bei der sehr großen Lauflänge einer Maschinenrolle (4250 m bei 8 µm) eine Deformation der Hülsen nach Alte- rung zuverlässig zu vermeiden. Zudem bedingt die hohe Anzahl an Wicklungen auch eine sehr gute Foliendickento- leranz, um Kolbenringe zu vermeiden. Eine spezielle Bahn- führung im Wickler, zusammen mit einer geeigneten Aus- führung der Kontaktwalze, vermeidet zudem unzulässige Lufteinschlüsse und Falten.
W Automation und Qualitätsüberwachung. Je dünner die Folie und je höher die Geschwindigkeit, desto kleiner wird das für einen stabilen Produktionslauf zur Verfügung stehen- de Prozessfenster. Entsprechend wichtig ist es, dass alle Parameter in der Automation zusammengeführt, überwacht und in engen Grenzen gehalten werden. Als nur ein Beispiel sei hier das Zusammenspiel der kontinuierlichen
„Loss-in-weight“-Gravimetrie mit der voll in die Automation integrierten Foliendickenregelung in MD und TD (längs und quer) hervorgehoben.
Fallstudie in Kooperation mit ESTL
Zur Validierung der beschriebenen „Taut“-Folie wurde von ESTL NV, Deerlijk/Belgien, in Zusammenarbeit mit W & H eine entspre- chende Fallstudie durchgeführt. Ziel der Studie war der Ver- gleich mit der 20 µm dicken „Standard“-Maschinenfolie bei glei- cher Ladungssicherheit (Bild 5). Dazu wurde eine Palette mit ei- nem Gesamtgewicht von 590 kg jeweils mit den beiden Folien- typen eingewickelt. Als Packgut dienten Waschmittelflaschen in Kartonboxen. Die Parameter des Stretch-Automaten wurden so gewählt, dass die Dehnung vor der Applikation auf die Palette auf 100 % limitiert wurde, um einen einfachen Stretch-Automa- ten zu simulieren. Beide Fälle verliefen nach dem gleichen Wi- ckelprogramm, sodass jeweils die gleiche Folienlänge appliziert wurde. Zur Stabilitätsprüfung wurden die Paletten anschließend auf einem Beschleunigungsteststand geprüft, auf dem sie einer Beschleunigung von 0,5 g standhalten mussten. Beide Paletten verhielten sich formstabil und haben den Test bestanden.
Das Ergebnis zeigt, welche Einsparpotenziale durch den Ein- satz einer auf diese Applikation maßgeschneiderten dünnen Maschinenfolie möglich sind. Während bei der Standardfolie eine Materialmenge von 302 g eingesetzt wurde, konnte die Menge um etwa zwei Drittel auf 114 g reduziert werden. Nach Berücksichtigung der Rohstoffkosten lagen die Aufwendungen einer stabilen Ladung deutlich unter den bisherigen Kosten der 20 µm-Folie. Offen bleibt allerdings auch in Anbetracht solcher Fallstudien die Frage, wie ein solcher hier beispielhaft gezeigter Mehrwert an die unzähligen Nutzer von Stretchfolie zu vermit- teln ist.
Auswirkungen der neuen EU-Richtlinie
In der Fachpresse wie auch auf den üblichen Tagungen wurden und werden die realen und potenziellen Auswirkungen der Richtlinie 2014/47/EU (technische Unterwegskontrolle der Ver- kehrs- und Betriebssicherheit von Nutzfahrzeugen) ausführlich diskutiert [5].
Deshalb seien an dieser Stelle nur die wesentlichen Eckpunk- te aufgegriffen, die aus Sicht der Autoren einen Einfluss auf den
Stretchfolienmarkt haben.
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W Verantwortung beim Verpacker. Vereinfacht zusammen- gefasst hat der Verpacker einer Palette sicherzustellen, dass sich diese „steif“ verhält. In den anwendbaren Normen EN12195 und EUMOS 40509 gibt es entsprechende Vorgaben zur permanenten und zur reversiblen Verformung, die wäh- rend eines Beschleunigungstests geprüft werden. Besteht die Palette die Tests, wird ein Zertifikat ausgestellt und alle rele- vanten Daten darin dokumentiert.
W Zertifizierung. Liegt eine Zertifizierung vor, so muss im da- nach stattfindenden Verpackungsprozess sichergestellt sein, dass alle vorgegebenen Kriterien erfüllt sind. Neben den Pa- rametern des Einstretchprozesses gehört dazu natürlich auch die Verwendung einer geeigneten Stretchfolie. Für einen Ver- packungsprozess von Hand dürfte dies ebenso schwer zu er- füllen sein wie bei Nutzung verschiedener Folien unbekann- ter Herkunft und Eigenschaften.
W Anforderungen an die Folie. Folgerichtig sollten im Ver- packungsprozess immer Produkte eingesetzt werden, die in Bezug auf ihre für die Ladungssicherheit relevanten me- chanischen Eigenschaften mit der ursprünglich, bei der Zertifizierung verwendeten Folie, gleichwertig sind. An- hand der für Stretchfolien üblicherweise vorliegenden Kennwerte ist das aber nicht möglich − und so ist ein Wechsel des Folientyps nach Zertifizierung tendenziell schwierig. Darüber hinaus sind konstante Folieneigen- schaften für ein gleichbleibendes Wrapping-Ergebnis ent- scheidend, sodass sich die besagten mechanischen Ei- genschaften der gewählten Folie in einem engen Tole- ranzfenster bewegen müssen. Um das sicherzustellen – und damit langfristige Kundenbindungen zu ermöglichen – sind entsprechende Maßnahmen zur Qualitätssicherung bei der Produktion erforderlich.
W Qualitätssicherung. Bei vielen Herstellern ist die Labor- prüfung der produzierten Folie ein etabliertes Verfahren zur Qualitätssicherung. Entnimmt man etwa alle 4 Stunden eine Rolle aus der Produktion und werden von dieser Rolle 10 % der Lauflänge auf Produktkonsistenz in einem Qualitätstest geprüft, lassen sich bei einer typischen 3 m breiten Produk- tionsanlage weniger als 0,05 % der Gesamt-Folienprodukti- on erfassen. Es bleibt abzuwarten, ob diese gängige Praxis der Qualitätssicherung unter den steigenden Anforderun- gen an die Produktqualität Bestand hat oder ob Lösungen für eine kontinuierliche Inline-Qualitätskontrolle erforder- lich werden.
Fazit und Ausblick
Bei Betrachtung der gesamten Prozesskette gibt es vielfältige Möglichkeiten, gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit und Zuverläs- sigkeit von Lösungen zur Ladungssicherung mit Stretchfolie zu steigern. Kernpunkt ist hierbei die Betrachtung der gesamten Prozesskette vom Rohstoff bis hin zur Applikation der Folie. Da- bei ist weniger die Frage nach „Preis pro kg“ entscheidend als die ganzheitliche Betrachtung der Kosten pro zuverlässig gesicher- ter Ladung. Die vorgestellte „Taut“-Folie ist nur ein Beispiel für die vielfältigen Möglichkeiten, einfache Commodity-Produkte durch Folien mit „Mehrwert“ zu ersetzen. W
