Astrid Herrmann
Warum Ultraschall einsetzen? Welche Faktoren gaben den Ausschlag zum Einsatz der Ultraschall-Schweißtechnologie? Anwender berichten.
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Ultraschallsiegeln: Enabling Sustainability
Trend zu rezyklierbaren Folien und Papier
Monomaterialien und Papierverbunde für Verpackungen werden verstärkt nachgefragt und die Zahl der Anfragen mit neuen recyclebaren Materialien im Ultraschall-Labor bei Herrmann Ultraschall nimmt zu. Viele der großen Nahrungsmittelkonzerne haben sich hohe Nachhaltigkeitsziele gesetzt und testen die neuen Materialien. Daneben ist das Ultraschallsiegeln von Kartonverbunden mit und ohne Aluminium-Barriere bereits ein bewährtes Verfahren. Auch Bio-Kunststoffe wie PLA zeigen ein gutes Siegelverhalten mit Ultraschall, was bei Kaffeekapseln bereits Anwendung findet.
Ein Ansatzpunkt, um eine echte Kreislaufwirtschaft zu ermöglichen und die Recyclingquote zu steigern, sind sortenreine Verpackungen. Das heißt, dass zum Beispiel Folien nicht mehr aus Schichten verschiedener Kunststoffe bestehen, sondern lediglich aus einer oder mehreren Schichten eines einzigen Materials. Das wiederum hat Konsequenzen für die konventionellen Verfahren wie Induktion und Wärmekontakt. Das Induktionsschweißen funktioniert nicht ohne Aluminium, und Wärmekontaktverfahren sind bei Papierverbunden aufgrund der isolierenden Wirkung des Packstoffes generell sehr beschränkt.
Die Vorteile des Ultrasachallsiegelns sind dem aktuellen Trend zu Einstoffverpackungen sehr zuträglich. Der Ultraschall erzeugt nur im Inneren des Nahtbereichs thermische Energie, wobei die Trägerschicht, obwohl aus dem gleichen Material, nicht aufgeschmolzen wird. Dazu lässt sich die eingetragene Energiemenge sehr präzise definieren, was ein großer Vorteil bei Monomaterialien mit tendenziell kleinerem Prozessfenster ist.
Engere Prozessgrenzen können eingehalten werden
Dazu Robert Hueber, Geschäftsbereichsleiter PACKAGING bei Herrmann Ultraschall: „Die Ultraschalltechnologie kann auch mit engen Prozessgrenzen gute Siegelergebnisse liefern, vor allem was Dichtigkeit und Optik angeht. Die Wärmeausdehnung wird auf einem Minimum gehalten. Thermische Verfahren zeigen vor allem bei der Hochgeschwindigkeits-Verschweißung von Folienbahnen aus Monomaterialien Nachteile einer zu starken Wärmeeinbringung. Es kann zu unkontrollierter Längung der Folienbahn und dadurch prozesstechnischen Beeinträchtigungen kommen“.
Monomaterialien sind aufgrund mechanisch und thermisch weniger stabilen Trägerschichten auch anfälliger für Folienschrumpf. Die Optik der Siegelnähte kann leiden und Anhaftungen sind möglich. Hier kann das Ultraschallsiegeln aufgrund der kalten Werkzeuge entgegenwirken. Das wiederum wirkt sich positiv auf die Stillstandzeiten und den Bedarf an Verschleißmaterial wie Hochtemperatur-Teflonbändern aus. Ultraschall benötigt nur während der Siegelzeit Energie, somit ist kein hoher Stand-by-Verbrauch wie bei anderen thermischen Siegelverfahren notwendig. Die Werkzeuge sind sofort einsatzbereit, ohne sich aufheizen zu müssen – auch das ein Beitrag zur Entlastung der Umwelt.
Gut zu wissen: Der große Unterschied beim Ultraschallsiegeln: die Wärme entsteht nur im Innern der Naht
Das Ultraschallsiegeln hat sich bei verschiedenen Anwendungen wie eiweißhaltiger Feuchtnahrung und zuckerhaltigen Getränken im Beutel, sowie Salat und pudrigen Füllgütern als echte Alternative zum Heißsiegeln entwickelt. Der Unterschied zum konventionellen Siegeln mit Wärmebacken ist die Art der Wärmebildung. Während bei Thermosiegelbacken die Hitze von außen kommt und so auch die Trägerschicht erwärmt und in Mitleidenschaft ziehen kann, entsteht die Wärme beim Ultraschallsiegeln über die eingetragenen Ultraschallvibrationen im Inneren der Siegelschicht. Sie sorgt dafür, dass sich die Siegelschichten auf molekularer Ebene stoffschlüssig verbinden, bevor eine unerwünschte Wärmeleitung durch den gesamten Packstoff entsteht. Die Verpackung kann so deutlich schonender für Packmittel und Füllgut verschlossen werden. Schrumpf und Verzug und mögliche Undichtigkeit sind minimiert.