Mit Folien veredelte Produkte sind in nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens zu finden: Fußboden- oder Duschleisten, die Rahmen von Fernsehgeräten, Türen von Waschmaschinen, diverse Komponenten für Weiße Ware, die Hüllen von Mobilfunkgeräten, Bleistifte, Einstiegs- und Zierleisten sowie Bedienelemente im Automotive-Bereich, Kfz-Kennzeichen, Druckerzeugnisse mit Metalleffekten und viele weitere Waren erhalten durch ihre Veredelung einen höhere Wertigkeit als nicht veredelte Konkurrenzprodukte.
Heißprägen nennt man das Verfahren, mit dem die meist silber- oder goldfarbenen metallischen Folien zur Veredelung auf Kunststoffe oder Druckerzeugnisse aufgebracht werden. Die dafür nötigen Sondermaschinen baut bereits seit vielen Jahren das fränkische Unternehmen Bieber Sondermaschinenbau mit der Firma HPR im Auftrag des weltweit tätigen Folienherstellers und Finishing-Spezialisten Kurz. „Die aktuelle Anlagengeneration zur Veredelung von Druckerzeugnissen entwickelten wir im Jahr 2014, als von Kurz die Anforderung kam, Heißprägemaschinen mit neuem, schönerem Design zu realisieren“, erinnern sich die beiden HPR-Geschäftsführer Ralph Bieber und Hans-Peter Jena. Was zunächst nach einer reinen Frage von Industrie-Design klingt, hatte auch erhebliche Auswirkungen auf die Automatisierungstechnik der Maschinen der DM-Luxliner-Reihe.
Hohe Leistung auf kleinem Raum
„Im Gegensatz zu früheren Heißprägemaschinen sollten sämtliche Komponenten für die Steuerungs- und Antriebstechnik nicht mehr offen sichtbar sein und mussten demzufolge im Inneren der DM-Luxliner integriert werden“, so Bieber. Eine Vorgabe, die für ihn nur mit Hilfe der Automatisierungstechnik von Mitsubishi Electric realisierbar war: „Wir arbeiten schon seit Jahren aus mehreren Gründen nur mit speicherprogrammierbaren Steuerungen, Frequenzumrichtern und Servoantrieben dieses Partners. Von daher wussten wir, dass die erforderlichen Komponenten nicht nur aufgrund ihrer extrem kompakten Bauweise, sondern auch durch ihre geringe Verlustleistung für den Einsatz im dafür vorgesehenen kleinen Bauraum der DM-Luxliner bestens geeignet waren.“
Die aktuelle Heißpräge-Maschinengeneration kommt aus diesem Grund ohne externen Schaltschrank aus – laut Aussage der beiden HPR-Geschäftsführer beim Einsatz anderer Hersteller undenkbar. Zur Realisierung der DM-Luxliner ist ein breites Spektrum an Automatisierungskomponenten erforderlich. Sämtliche Motion Controller, die Maschinensteuerung sowie die komplette Antriebs- und Servotechnik für die DM-Luxliner stammen aus einer Hand. Selbst das Mensch-Maschine-Interface, ein Touchscreen-Bedienpanel APPC 1540T-J1900-WL mit USV-abgesichertem Industrie-PC, auf dem MX-Components als Kommunikationssoftware zwischen IPC und SPS läuft, bezieht HPR von Mitsubishi Electric.
Anlegen – Heißprägen – Abstapeln
Beim Anleger werden die im Digitaldruck vorgedruckten Papierbögen in die Maschine eingelegt und im Druckbetrieb vereinzelt in die eigentliche Prägezelle transportiert. „Die Separierung der einzelnen Bögen erfolgt durch eine Kombination aus speziellen Luftdüsen und Greifern, die alle exakt angesteuert werden müssen“, beschreibt Bieber den Ablauf. Diese Aufgabe übernehmen Frequenzumrichter vom Typ FR-D720S-042SC-EC, Servoverstärker der Baureihe MR-J4W2-77B und ein Servomotor HG-KR73 von Mitsubishi Electric.
„Bei der Heißprägung im mittleren Maschinenteil werden die Bögen dann möglichst nahtlos nacheinander zwischen einem von uns patentierten Stahlband und einer Rolle hindurchgeführt, auf der das Veredelungsmaterial von einer Trägerfolie appliziert wird. Unter der Einwirkung von Temperatur und Druck verbinden sich dann die vorgedruckten Muster auf den Papierbögen mit dem Veredelungsmaterial. Man kann sich das vorstellen wie einen Zweikomponentenkleber aus zwei dünnen Schichten“, so Bieber.
Drei Größen sind nach seinen Worten bei diesem Prozess und generell bei allen Heißprägeverfahren absolut entscheidend für qualitativ hochwertige Ergebnisse: „Temperatur, Druck und Geschwindigkeit müssen an diesem Punkt exakt aufeinander abgestimmt sein, sonst verbindet sich das Veredelungsmaterial nicht sauber mit dem vorgedruckten Muster. Erfolgt die Prägung nicht unter Einhaltung der optimalen Bedingungen, so kann der gewünschte Effekt nicht erzielt werden.“
Im dritten Segment der Maschine, dem so genannten Abstapler, werden die veredelten Papierbögen am Ende des Prozesses abgelegt. Auf dem Weg dorthin ist erneut das Timing für das Erreichen der geforderten Qualität entscheidend: Nach dem eigentlichen Heißprägevorgang muss das Material genügend Zeit zur Abkühlung bekommen, bevor die Bögen aufeinandergestapelt werden. Für die Steuerung des Vorschubs an dieser Stelle sind somit ebenfalls präzise Antriebssteuerungen erforderlich.
Die Produktionsleistung der DM-Luxliner liegt bei bis zu 30 Metern pro Minute. „Die maximal erzielbare Geschwindigkeit ist stark vom verwendeten Papier abhängig und erfordert eine exakte Abstimmung aller Steuerungen und Antriebe, um die nötigen Drücke, Temperaturen und Geschwindigkeiten einzuhalten“, unterstreicht HPR-Geschäftsführer Bieber.
Zufriedener Endkunde dank Stückzahl 1
Auftraggeber Kurz ist überzeugt von den DM-Luxlinern. Inzwischen sind rund 30 dieser Systeme weltweit im Einsatz und erlauben eine hochqualitative Veredelung von Papierprodukten, in vielen Fällen sogar bis herunter auf individuelle Ausführungen mit Stückzahl 1.
Für die Anwender verfügen die DM-Luxliner dabei über ein System zur automatisierten Abrechnung: Bei jedem Auftrag wird der tatsächliche Verbrauch der Veredelungsfolien über ein integriertes Scan- und Bildverarbeitungssystem erfasst, Online an Kurz kommuniziert und danach metergenau abgerechnet. Grundlage dafür sind Codes, die in regelmäßigen Abständen auf den Folien aufgedruckt sind und während des Betriebs ständig verfolgt werden. Auch diesbezüglich ist HPR also eine rundum clevere Lösung gelungen.
Zuverlässiger Automatisierungspartner
Zur Regelung aller prozessentscheidenden Größen vertraut HPR schon seit Jahren auf Automatisierungskomponenten von Mitsubishi Electric. Dass die komplette Automatisierung der DM-Luxliner aus der Hand eines einzigen Herstellers stammt führt laut Bieber zu einem wichtigen Vorteil: „Zum einen kann die Vernetzung aller Komponenten über das Kommunikationsnetzwerk CC-Link von Mitsubishi Electric erfolgen. Zum anderen passen die verwendeten Komponenten einfach perfekt zusammen, und das erleichtert die Entwicklung und Inbetriebnahme solcher Anlagen ungemein.“
Aus diesem Grund setzt HPR auch bei anderen Projekten schon seit Jahren auf Mitsubishi Electric und verwendet dafür bei Bedarf auch deren Roboter unterschiedlichster Bauart zur Umsetzung von roboterbasierten Bearbeitungszellen für andere Aufgabenstellungen.
„Wir haben in der Vergangenheit stets extrem gute Erfahrungen mit Mitsubishi Electric gemacht und wissen, wie zuverlässig und robust die Automatisierungskomponenten dieses Herstellers sind“, begründet Bieber die langjährige Partnerschaft. „Darüber hinaus überzeugen uns die kurzen Lieferzeiten sowie im Bedarfsfall die kompetente Unterstützung durch den technischen Support immer wieder aufs Neue.“
