Mit dem Wachstum der Getränke-, Bier- und Weinindustrie bieten sich in China vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für PET-Flaschenformmaschinen. Hochleistungsfähige PET-Flaschenformmaschinen auf dem chinesischen Markt sind jedoch größtenteils Importprodukte. Die inländische Produktion kann die Marktnachfrage nicht decken. 1. Einstufige Spritzstreckblasformmaschine: Die einstufige Spritzstreckblasformmaschine ist die wichtigste Produktionsanlage für PET-Flaschen. Sie ist eine hocheffiziente Maschine, die Spritzgießen, Vorformerwärmung, Vorformstreckung, Blasformen und Entformen in einem Arbeitsgang durchführt. Einstufige Spritzstreckblasformmaschinen lassen sich anhand des Formprozesses in zwei Typen unterteilen: die Drei-Stationen-Spritzstreckblasformmaschine von Aoki Kogyo (Japan) und die Vier-Stationen-Spritzstreckblasformmaschine von Nissei (Japan). Der Hauptunterschied zwischen den beiden Maschinentypen besteht darin, dass die Drei-Stationen-Maschine das Spritzgießen und die Vorformerwärmung in einem Arbeitsgang, die Vier-Stationen-Maschine hingegen in zwei separaten Arbeitsgängen durchführt. Die in China derzeit eingesetzten Spritzblasformmaschinen stammen größtenteils von den japanischen Firmen Aoki Kogyo und Nissei – ein Punkt, den jeder Hersteller von Blasformanlagen unbedingt berücksichtigen sollte. Spritzblasformmaschinen besitzen einzigartige Eigenschaften, die durch andere Blasformmaschinen nicht ersetzt werden können. Ausländische Hersteller blicken optimistisch auf den chinesischen Markt; sie schätzen, dass die chinesische Getränkeverpackungsindustrie noch mindestens 800 „Einstufen“-Spritzblasformmaschinen benötigt. 1.1 Überblick über die Entwicklung von Einstufen-Spritzstreckblasformmaschinen in China: Chinesische Kunststoffmaschinenhersteller forschen und entwickeln seit fast zehn Jahren Einstufen-Spritzstreckblasformmaschinen und orientieren sich dabei an den japanischen Drei-Stationen-Modellen von Aoki und den Vier-Stationen-Modellen von Nissei. Mindestens vier Kunststoffmaschinenhersteller in China haben in Forschung und Entwicklung investiert, doch bisher konnte keines Spritzstreckblasformmaschinen herstellen, die den Qualitätsanforderungen des Produkts entsprechen. Die beiden auf der 6. Asien-Pazifik Internationalen Kautschukindustrieausstellung in Shanghai 2003 ausgestellten Spritzstreckblasformmaschinen produzierten Produkte, die die Qualitätsstandards nicht erfüllten. Die meisten Kunststoffmaschinenhersteller, die in die frühe Entwicklung investiert hatten, gaben dieses Projekt auf. Neu entwickelte Spritzstreckblasformmaschinen haben zwar Fortschritte in der mechanischen Struktur und Steuerung der Hauptmaschine erzielt, die Formen sind jedoch noch nicht ausgereift. Der Qualitätsstandard für Spritzstreckblasformmaschinen besagt, dass ohne die Form keine Produkte hergestellt werden können, die den Qualitätsstandards entsprechen. Daher befinden sich Spritzstreckblasformmaschinen in meinem Land derzeit noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium und erfüllen noch nicht die Anforderungen für die Kommerzialisierung. 1.2 Analyse bestehender Entwicklungsprobleme: Warum hat die Spritzstreckblasformmaschine in meinem Land nach fast zehn Jahren Forschung und Entwicklung noch nicht den Stand der Kommerzialisierung erreicht? Der Autor sieht die Hauptgründe in Folgendem: 1.2.1 Fehlannahmen im Entwicklungsansatz: Einseitige Fokussierung auf die Werkzeugmaschinenentwicklung unter Vernachlässigung der Formenentwicklung. Eine Spritzstreckblasformmaschine ist eine Kombination aus Werkzeugmaschine und Form. Die Werkzeugmaschine trägt zu 40 % zur Gesamtleistung der Maschine bei, die Form hingegen zu 60 %. Eine erfolgreiche Entwicklung der Werkzeugmaschine bedeutet nicht automatisch eine erfolgreiche Entwicklung der gesamten Maschine. Erst wenn sowohl die Werkzeugmaschine als auch die Form erfolgreich entwickelt wurden, kann die Entwicklung einer Spritzstreckblasformmaschine als erfolgreich gelten. Die Schlüsseltechnologie der japanischen Aoki-„Drei-Stationen“- und Nissei-„Vier-Stationen“-Modelle liegt in der Form. Einige unserer Kunststoffmaschinenhersteller haben jedoch bei der Entwicklung von Spritzstreckblasformmaschinen den Zusammenhang zwischen Werkzeugmaschine und Form nicht richtig erkannt und sich ausschließlich auf die Entwicklung der Werkzeugmaschine konzentriert, während sie die wichtigere Entwicklung der Form vernachlässigten. Dies ist der Hauptgrund für ihr Scheitern. 1.2.2 Unzureichende Anforderungen an die Formtechnologie Die Formen für Spritzstreckblasformmaschinen unterscheiden sich von denen für Spritzgießmaschinen und weisen eigene, spezifische Merkmale auf. Die wichtigste Form für Spritzstreckblasformmaschinen ist die Vorformform. Das Formmaterial muss spezifische Leistungsanforderungen erfüllen: einen niedrigen Wärmeausdehnungs- und -kontraktionskoeffizienten, eine hohe Wärmeübertragungseffizienz und eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Die Formkonstruktion ist als Heißkanalsystem ausgeführt. Derzeit ist das technologische Niveau in meinem Land unzureichend, um Formen für Spritzstreckblasformmaschinen zu entwickeln und herzustellen, die den Qualitätsstandards entsprechen. Es ist bekannt, dass einige Formenhersteller nicht einmal wissen, welche Materialien für Spritzstreckblasformmaschinenformen geeignet sind – wie sollen sie da Formen entwickeln? Fehlende Investitionen in Formenbau behindern die Entwicklung der Formtechnologie. Ausländische Formenhersteller, die Spritzstreckblasformmaschinen entwickeln und herstellen, verfügen über eigene Maschinen und testen die entwickelten Formen wiederholt an der Hauptmaschine, bis sie die Anforderungen erfüllen. Allerdings hat kein inländischer Formenhersteller Spritzstreckblasformmaschinen als Versuchsanlagen für die Formenentwicklung angeschafft. 1.2.3 Fehlende Zusammenarbeit zwischen OEMs und Formenherstellern Die Entwicklung von Spritzstreckblasformmaschinen erfordert die Zusammenarbeit zwischen OEMs und Formenherstellern, wobei beide Seiten ihre eigenen Risiken tragen. Dies ist eine erfolgreiche Erfahrung aus der ausländischen Entwicklung von Spritzstreckblasformmaschinen. Beispielsweise verfügen japanische Unternehmen wie Aoki und Nissei über Formenbaubetriebe, die passende Formen anbieten. Der OEM definiert die Anforderungen, der Formenbaubetrieb entwickelt die Form, und diese wird anschließend an den Kunden geliefert. Einige OEMs in China hingegen, denen das Verständnis für Formen für Spritzstreckblasformmaschinen fehlt, fertigen ihre Formen selbst, um Entwicklungskosten zu sparen. Dies führt dazu, dass die Formteile nicht nur die Qualitätsstandards nicht erfüllen, sondern auch das Image des OEMs negativ beeinflusst wird. 1.3 Entwicklungsrichtung 1.3.1 Formen Formen sind ein zentraler Aspekt bei der Entwicklung von Spritzstreckblasformmaschinen. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Entwicklung von Spritzguss-Vorformlingen. Zu den wichtigsten Aspekten zählen die Formmaterialien, die Heißkanal-Düsen- und Heißkanalkonstruktion sowie die Temperaturregelungssysteme. Angesichts des derzeit noch unzureichenden technischen Niveaus von Spritzstreckblasformformen in China können OEMs mit entsprechenden Formenbaubetrieben im Ausland kooperieren. Sobald die Form die für die Anwendung erforderlichen Eigenschaften aufweist und mit unserer Hauptmaschine kombiniert ist, kann die Spritzstreckblasformmaschine marktreif sein. 1.3.2 Hauptmaschine Die Leistung der Hauptmaschine erfüllt die grundlegenden Anforderungen, liegt jedoch hinter den Anlagen der japanischen Unternehmen Aoki Kogyo und Nissei zurück. Der Forschungsschwerpunkt liegt auf der Hochgeschwindigkeitsrotation und der Positionierstabilität des Drehtisches. Die Betriebs- und Positioniergenauigkeit des Drehtisches beeinflusst die Formgebungseffizienz. Die Spritzstreckblasformmaschine ist ein Hochgeschwindigkeitsformgerät, und der Betrieb des Drehtisches mit hoher Drehzahl ist eine unverzichtbare Komponente für den Hochgeschwindigkeitsformprozess. Der Drehtischbetrieb muss folgende Anforderungen erfüllen: hohe Rotationsgeschwindigkeit beim Start, abrupte Verzögerung bei langsamer Rotation ca. 100 mm vor der nächsten Station und stabile Positionierung ohne Hin- und Herschwingen oder Stöße am Positionierpunkt. Die Betriebsweise der von verschiedenen Herstellern entwickelten Hauptmaschinen zeigt, dass die hohe Drehzahl des Drehtellers unzureichend ist. Beim Positionieren an jeder Station schwingt der Drehteller hin und her, was oft mehrere Nachschwingvorgänge erfordert und die Produktionseffizienz beeinträchtigt. Die Lösung dieses Problems liegt in der Verbesserung der Steuerung und Genauigkeit von Hydraulik und Elektrik. 1.3.3 Schließmechanismus für Blasformmaschinen: Aoki Kogyo aus Japan verwendet einen hocheffizienten, schnelllaufenden synchronen Zahnstangen-Schließmechanismus. Das Funktionsprinzip dieses Mechanismus ähnelt dem synchronen Zahnstangen-Schließmechanismus in Extrusionsblasformmaschinen. Dieser Mechanismus bietet hohe Wiederholgenauigkeit und Zentriergenauigkeit. Im Gegensatz dazu verwenden wir weiterhin veraltete, ineffiziente, unidirektionale Schließmechanismen ohne automatische Zentrierung oder Schließmechanismen, bei denen beide Formplatten gleichzeitig unter Hydraulikdruck arbeiten. Wir folgen damit dem alten Weg internationaler Hersteller ähnlicher Maschinen. Der synchrone Werkzeugschließmechanismus mit Zahnstange und Zahnstange reduziert die Betriebszeit um 30 % im Vergleich zum unidirektionalen Mechanismus und halbiert den Energieverbrauch im Vergleich zum Werkzeugschließmechanismus, bei dem beide Werkzeugplatten gleichzeitig unter Hydraulikdruck arbeiten. 1.3.4 Hochgeschwindigkeits-, hocheffiziente, hochwertige und energieeffiziente Spritzblasformmaschine: Die Hauptvorteile dieser Maschine sind hohe Betriebsgeschwindigkeit, hohe Effizienz, hohe Qualität (hohe Präzision und Transparenz des Formteils) und niedriger Energieverbrauch. Diese Eigenschaften spiegeln das hohe technische Niveau der Hauptmaschine und des Werkzeugs wider und stellen unsere zukünftigen Ziele dar. Derzeit ist die Zykluszeit von Spritzblasformmaschinen in meinem Land – ohne Berücksichtigung der Produktqualität – für die Herstellung von sechs 600-ml-PET-Flaschen pro Werkzeug etwa 60 % länger als bei vergleichbaren internationalen Maschinen. Dies reduziert die Produktionseffizienz und erhöht den Energieverbrauch. Ein Drei-Stationen-Modell verbraucht weniger Energie als ein Vier-Stationen-Modell, da die Vorform während des Blasformprozesses nicht erneut erwärmt werden muss. Das japanische Vier-Kavitäten-Modell Aoki Kogyo SB111-250LL-50S mit drei Stationen hat eine Zykluszeit von nur 4 Sekunden und produziert vier 0,5-Liter-Flaschen mit einem Gewicht von je 26,2 g und einem Halsdurchmesser von 60 mm in nur 8,5 Sekunden. 2. „Eineinhalb-Schritt“-Spritzstreckblasformmaschine: Der Hauptunterschied zwischen „Eineinhalb-Schritt“- und „Ein-Schritt“-Spritzstreckblasformmaschinen liegt in der längeren Übergangszeit zwischen Vorformlingsinjektion und Streckung. Diese Maschine kombiniert herkömmliche Spritzformanlagen mit Ein-Schritt-Streckblasformanlagen zu einer umfassenden Spritzstreckblasformmaschine. Zu den Vorteilen zählen ein geringerer Werkzeugbedarf und die bidirektionale Streckung des Vorformlings beim Wiedererwärmen und Streckblasformen. Dies verbessert die Orientierung und Kristallinität von PET-Flaschen und ermöglicht die Heißabfüllung bei 87 °C. Angesichts des aktuellen Entwicklungsstands in meinem Land eignet sich die „Eineinhalb-Schritt“-Spritzstreckblasformmaschine optimal für die nationalen Gegebenheiten und verfügt über Forschungs- und Fertigungskapazitäten von der Hauptmaschine bis zum Werkzeug. Der Entwicklungsschwerpunkt liegt auf der Produktivitätssteigerung. 3. Streckblasformmaschine: Die Streckblasformmaschine erhitzt und streckt den Vorformling, um die endgültige Form zu erzeugen. Je nach Formgebungsprozess lassen sich Streckblasformmaschinen in zwei Verfahren unterteilen: das „Zwei-Schritt-Verfahren“, bei dem das Erhitzen des Vorformlings und das Streckblasformen auf zwei separaten Maschinen erfolgen, und das „Ein-Schritt-Verfahren“, bei dem das Erhitzen des Vorformlings und das Streckblasformen auf einer einzigen Maschine stattfinden. Zwei-Schritt-Streckblasformmaschinen sind in meinem Land bereits weit verbreitet und stellen die Hauptausrüstung vieler kleiner Unternehmen dar, die Flaschen für kohlensäurehaltige Getränke herstellen. Sie weisen niedrige Investitionskosten auf, ihr Hauptnachteil ist jedoch die geringe Produktionseffizienz. Einstufige Streckblasformmaschinen wurden in meinem Land erfolgreich entwickelt und werden zukünftig zweistufige Maschinen ersetzen. 3.1 Entwicklungsrichtung von einstufigen Streckblasformmaschinen 3.1.1 Verbesserung der Formgeschwindigkeit Der Hauptvorteil von einstufigen Streckblasformmaschinen ist ihre hohe Formgeschwindigkeit; daher ist deren Steigerung ein vorrangiges Ziel. Das französische Unternehmen Sidler bietet mit dem Modell SBO-24KC eine Streckblasformdüse mit 48 Kavitäten an, die 60.000 PET-Flaschen à 0,5 l pro Stunde produzieren kann. Der Schlüssel zur Verbesserung der Formgeschwindigkeit liegt in der Optimierung des Heizsystems zur Zeitersparnis, der Erhöhung der Fördergeschwindigkeit der Vorformlinge, der Verbesserung der schnellen und stabilen Positionierung der Vorformlinge, der Verkürzung der Öffnungs- und Schließzeiten der Form sowie der Hubzeiten des Blasformkopfes und der Erhöhung der Anzahl der Formkavitäten. 3.1.2 Ausrüstung zur Vorformlingsqualitätsprüfung Der heimische Markt für Ausrüstung zur Vorformlingsqualitätsprüfung ist derzeit unzureichend. Die meisten Vorformlinge für einstufige Streckblasformmaschinen werden extern bezogen. Daher bestimmt die Qualität der Vorformlinge die Formleistung des Endprodukts. Eine Steigerung der Formleistung erfordert die Qualitätsprüfung der Vorformlinge. Krones in Deutschland hat ein Gerät zur Vorformlingsprüfung entwickelt, das die Konzentrizität, den Innendurchmesser und weitere Qualitätsmerkmale der Vorformlinge erkennt und 72.000 Vorformlinge pro Stunde prüfen kann. Dieses Gerät kann nach einem automatischen Stapler oder an den horizontalen Zuführwalzen einer Contiform-Blasformmaschine installiert werden. 3.2 Inline-Blasform-Produktionslinie Eine Inline-Blasform-Produktionslinie integriert mehrere Prozesse wie Vorformlingserwärmung, Streckblasformen, Rohmaterialabfüllung, Etikettierung und Verpackung in einem einzigen Arbeitsgang. Die Abfüllung macht die Nachreinigung der Flaschen und den Einsatz von Luftförderern überflüssig und ermöglicht die Abfüllung in einer geschlossenen, schadstofffreien Umgebung. Beispielsweise integriert Placo aus Japan Blasformen, Produktherstellung und Gratentfernung (Mündung und Innenloch werden in der Form geschnitten, der Boden durch einen am Formboden installierten Stanzmechanismus) in einer einzigen Anlage zur Produktion von Mineralwasserflaschen. 3.3 Spritzgießanlagen für Preforms Das Spritzgießen von Preforms ist die Grundlage für die Herstellung von Hohlflaschen aus Streckblaskunststoff. Derzeit können die Spritzgießanlagen in meinem Land für Preforms nur einlagige Preforms produzieren, was die Produktionseffizienz mindert. Die Entwicklung zielt darauf ab, die Produktionseffizienz einlagiger Preforms zu verbessern. Der Hauptfaktor, der die Produktionseffizienz einschränkt, ist nicht die Spritzgießmaschine, sondern die Form. Forschung, Entwicklung und Fertigung von Preform-Formen hinken internationalen Standards weit hinterher. Die Heißkanaltechnologie und ihre Anwendung entsprechen nicht den Standards, und moderne Preform-Formen sind ausschließlich Importware. International erreichte die Anzahl der Kavitäten in Spritzgießformen für einlagige PET-Preforms vor zwei Jahren 144, während wir hierzulande immer noch bei etwa 20 Kavitäten liegen. Anlagen zur Herstellung von Mehrschicht-Co-Injektions-Preforms. Mehrschichtige Verbundflaschen stellen die Zukunft dar, und die Entwicklung entsprechender Anlagen ist dafür unerlässlich. In diesem Bereich besteht bei uns noch weitgehende Forschungslücke, während die internationale Entwicklung rasant voranschreitet. Auf der NPE 2003 präsentierte Kortec ein 144-fach-Co-Injektionswerkzeug vom Typ „Ultra“. In Kombination mit Spritzgießmaschinen von Husky aus Kanada ermöglichte dieses Werkzeug die Produktion von Mehrschicht-Preforms für kohlensäurehaltige Getränkeflaschen mit einer Produktionskapazität von 35.000 Stück pro Stunde. Damit zählte Kortec zu den weltweit führenden Herstellern und ist ein lohnendes Forschungsobjekt. Das Blasformen von Mehrschicht-Co-Injektionsflaschen entspricht im Wesentlichen dem von einschichtigen PET-Flaschen und kann mit einschichtigen Streckblasformanlagen durchgeführt werden. 4. Fazit: Dieser Artikel beschreibt den aktuellen Stand und die Entwicklung von PET-Flaschenformmaschinen in China und verdeutlicht deren großes Entwicklungspotenzial. Gleichzeitig müssen wir anerkennen, dass zwischen den PET-Flaschenformmaschinen meines Landes und denen der Industrieländer eine erhebliche Lücke besteht und noch viel Entwicklungsarbeit nötig ist. Neben der Aufnahme und Integration fortschrittlicher ausländischer Technologien sollten wir aktiv Anlagen entwickeln, die den Marktbedürfnissen entsprechen und Entwicklungspotenzial bieten. Mehrschichtige Co-Injektions-Preform-Anlagen sind hierfür unerlässlich. Mehrschichtige Verbundflaschen stellen die Zukunft dar, und die Entwicklung entsprechender Anlagen ist eine Grundvoraussetzung. In diesem Bereich besteht bei uns noch weitgehende Forschungslücke, während die internationale Entwicklung rasant voranschreitet. Auf der NPE-Messe 2003 präsentierte Kortec eine 144-fach-Co-Injektionsform „Ultra“, die in Kombination mit Spritzgießmaschinen der kanadischen Husky Chemical Company mehrschichtige Preforms für kohlensäurehaltige Getränkeflaschen herstellte. Mit einer Produktionskapazität von 35.000 Preforms pro Stunde zählte sie zu den weltweit führenden Herstellern und verdient unsere Aufmerksamkeit. Das Blasformen von mehrschichtigen Co-Injektionsflaschen entspricht im Wesentlichen dem von einschichtigen PET-Flaschen und kann mit einschichtigen Streckblasformanlagen durchgeführt werden. (Informationsquelle: [ausgelassen])