Wink – automatische Spaltmaßanpassung in der Etikettenproduktion

Übersicht der Komponenten des SmartGap-Systems (Quelle: Wink)
Übersicht der Komponenten des SmartGap-Systems (Quelle: Wink)

Im schmalen Spalt (englisch ”Gap”) zwischen Magnet- und Gegenstanzzylinder entscheiden minimale Abweichungen über Erfolg und Misserfolg beim rotativen Stanzen. In der modernen Etikettenproduktion sind deshalb verstellbare Gegenstanzzylinder nicht mehr wegzudenken. Dieser Artikel beschreibt die technischen Grundlagen rund um das Spaltmaß und stellt eine neue Technologie vor, die für eine automatische Kontrolle und Anpassung der Stanztiefe sorgt. *Dr. Andre Gysbers und **Eike Schmal beleuchten die Hintergründe.

Beim Stanzen von Etiketten soll das Obermaterial sauber durchtrennt werden, ohne das Trägermaterial zu beschädigen. Der Abstand zwischen Magnet- und Gegenstanzzylinder, das so genannte „Spaltmaß“, ist hierbei von besonderer Bedeutung. In Kombination mit der Stärke und Beschaffenheit des Trägermaterials bestimmt das Spaltmaß die optimale Höhe des Stanzblechs.

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 Nahaufnahme des Spaltes zwischen Magnetzylinder und Gegenstanzzylinder (Quelle:Wink)
Nahaufnahme des Spaltes zwischen Magnetzylinder und Gegenstanzzylinder (Quelle:Wink)

Im Zeitverlauf und sogar während der Produktion kommt es jedoch zu Veränderungen des Spaltmaßes, insbesondere durch Verschleiß der Werkzeuge, aber auch durch Erwärmung von Stanzkomponenten und Verunreinigungen. Hinzu kommen produktionsbedingte Toleranzen der Stanzwerkzeuge sowie schwankende Materialstärken. In Summe führen diese Effekte zu Problemen beim Stanzen – es wird zu tief oder nicht tief genug gestanzt. Beide Fälle sind unerwünscht und führen zu Produktionsunterbrechungen, mangelhafter Qualität und Reklamationen der Endkunden. Umso wichtiger sind die sorgfältige Reinigung und Prüfung aller Stanzkomponenten sowie eine regelmäßige Kontrolle des Spaltmaßes.

Konventionelle Systeme zur Anpassung der Stanztiefe

Mit herkömmlichen Mitteln lässt sich das Spaltmaß nur bedingt korrigieren, z.B. durch Überarbeitung von Zylindern oder den Einsatz von abgesetzten Gegenstanzzylindern. Die Anpassung erfolgt jedoch über die gesamte Bahnbreite und nur im Bereich des fest definierten Absetzmaßes. Auf Veränderungen des Spaltmaßes und der Trägermaterialstärke während der Produktion kann damit nicht gezielt reagiert werden.

Nahaufnahme der speziell entwickelten Steuerplatine (Quelle: Wink)
Nahaufnahme der speziell entwickelten Steuerplatine (Quelle: Wink)

Um auch im laufenden Betrieb die Stanztiefe optimal zu justieren, sind zwingend verstellbare Gegenstanzzylinder notwendig, die den Abstand zwischen Magnet- und Gegenstanzzylinder regulieren. Die zugrundeliegende Konstruktion basiert in der Regel auf exzentrischen Elementen, die je nach Hersteller die Lage oder Ausdehnung der Laufringe, der Zylinderachse oder des Zylinderkörpers beeinflussen. Viele typische Stanzprobleme lassen sich mit einem verstellbaren Gegenstanzzylinder leicht lösen, insbesondere wenn insgesamt zu tief oder zu schwach gestanzt wird. Um gezielt auf einseitige Stanzdefizite reagieren zu können, muss das Spaltmaß auf Antriebs- und Bedienseite unabhängig voneinander einstellbar sein. Diese Funktionalität bietet zum Beispiel das SmartGap-System von Wink, das mit seiner speziellen Konstruktion die Stabilität herkömmlicher Gegenstanzzylinder mit der Flexibilität verstellbarer Systeme vereint. Damit lassen sich auch sehr dünne PET-Liner bei hohen Geschwindigkeiten verarbeiten. Durchstanzungen und Rückseitenstanzungen sind ebenfalls problemlos möglich, auch bei hohen Geschwindigkeiten.

Sensorleiste des SmartGap AutoControl (Quelle: Wink)
Sensorleiste des SmartGap AutoControl (Quelle: Wink)

Digitalisierung und Automatisierung

Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung des SmartGap-Systems werden auch im konventionellen Stanzprozess weitere große Schritte in Richtung Automatisierung gemacht. Als erster Hersteller hat Wink ein marktreifes System zur automatischen Spaltmaßanpassung entwickelt, das sich in alle gängigen Druck- und Convertingmaschinen integrieren lässt.

Die Konstruktion des SmartGap wurde so angepasst, dass sie einen modularen Aufbau des Systems ermöglicht. Die hochpräzise exzentrische Mechanik mit spezieller Stützwelle ist die gemeinsame Basis aller Varianten, beginnend beim Einstiegsmodell „Advance“. Das analoge Modell wird manuell über zwei Versteller bedient und lässt sich zur digitalen „Touch“-Variante aufrüsten, bei der die Verstellung über angesteuerte Schrittmotoren erfolgt. Die zentrale Steuereinheit lässt sich flexibel an der Maschine anbringen. Bedient wird das System über ein Touch-Display, das über eine frei schwenkbare Magnethalterung am Aggregat fixiert wird. Das Display dient zugleich als übersichtliche Anzeige für die aktuell eingestellten Spaltmaß-Werte. Außerdem werden auf Wunsch Auftrags- und Werkzeugparameter angezeigt, die mit der integrierten Kamera per QR-Code eingelesen werden können. Das System speichert alle Auftragsdaten und Spaltmaßverstellungen, um bei Wiederholungsaufträgen direkt mit den passenden Einstellungen zu beginnen und damit Rüstzeit zu sparen. Die digitale Variante bringt nicht nur höheren Bedienkomfort und effiziente Features mit sich, sondern erlaubt auch eine besonders stabile und präzise Justierung der Stanztiefe. Die Schrittweite der Spaltmaßanpassungen ist stufenweise konfigurierbar und beträgt minimal 0,5 µm, wobei systemisch sogar 0,1 µm-Schritte möglich wären.

Den neuesten Entwicklungsschritt markiert die „AutoControl“-Erweiterung für den SmartGap Touch, die das Spaltmaß (und damit Stanztiefe) automatisch reguliert. Das patentierte System arbeitet nach einem einfachen Grundprinzip: Die ausgestanzte Materialbahn wird direkt nach dem Abgittern durch eine speziell entwickelte Sensorleiste geführt. Dabei verhindern per Software überwachte Ionisationsstäbe eine unerwünschte statische Aufladung. Die Sensoren erkennen auf der Trägerbahn fehlende Etiketten, die wegen zu geringer Stanztiefe mit dem Stanzgitter hochgezogen wurden. Die Stanztiefe wird in Sekundenbruchteilen automatisch erhöht, bis das Stanzergebnis wieder einwandfrei ist, also keine Etiketten mehr in der Matrix hängen bleiben. Weitere Algorithmen und konfigurierbare Einstellungen sorgen zudem dafür, dass möglichst nicht zu tief gestanzt wird. So kann der Anwender per Tastendruck im laufenden Betrieb eine Optimierungsfunktion aufrufen, die schrittweise die Stanztiefe wieder auf ein Optimum anpasst. Gerade nach einem Wechsel der Materialrolle verhindert diese Routine, dass ungewollte Markierungen oder gar Beschädigungen des Trägermaterials entstehen. Durch die automatisierte Spaltmaßverstellung wird die Produktionseffizienz deutlich gesteigert, weil weniger Makulatur entsteht und Rüst- bzw. Stillstandzeiten reduziert werden. Zugleich werden die Bediener spürbar entlastet und deutlich bessere Stanzergebnisse erzielt.

Display zur Bedienung des SmartGap-Systems (Quelle: Wink)
Display zur Bedienung des SmartGap-Systems (Quelle: Wink)

Der SmartGap AutoControl stellt wiederum nur einen Zwischenschritt für weitere Automatisierungsprozesse dar. Das System bringt bereits alle technischen Voraussetzungen und Schnittstellen in puncto Konnektivität und „Industrie 4.0“ mit. Mit zukünftigen Erweiterungen wären dann beispielweise weitere Vernetzungen im Maschinenpark und Online-Funktionalitäten wie Fernwartung möglich.

Grundregeln für erfolgreiches Stanzen

Um einwandfreie Stanzergebnisse zu erzielen, reicht die Regulierung des Spaltmaßes allein nicht aus. Im Spalt zwischen Magnet- und Gegenstanzzylinder treffen die drei wesentlichen Komponenten des Stanzprozesses zusammen. Bei Stanzproblemen kann die Ursache häufig auf einen dieser Bereiche oder deren Zusammenspiel zurückgeführt werden. Folgende Punkte gilt es deshalb zur Fehlervermeidung und -behebung grundsätzlich zu beachten:

  • Stanzaggregat/Zylinder: Sauberer und verschleißfreier Zustand, stabile Konstruktionsweise, korrekte Bahnführung/-spannung, angemessener Arbeitsdruck
  • Material: Zusammensetzung und Beschaffenheit der Schichten, Stärke und Kompressibilität des Trägermaterials, gewünschte Anwendung (Anstanzen vs. Durchstanzen)
  • Stanzwerkzeug: Einwandfreier Zustand ohne Verunreinigungen, Höhe und Schneidwinkel auf die Anwendung und das Spaltmaß abgestimmt, hohe Präzision mit geringen Toleranzen.

Dr. Andre Gysbers*Dr. Andre Gysbers, promovierter Medien- und Kommunikationswissenschaftler ist seit 2007 Marketingleiter der Wink Stanzwerkzeuge GmbH & Co. KG in Neuenhaus, Deutschland.

**Eike Schmal leitet seit 2020 das Produktmanagement der Wink Stanzwerkzeuge GmbH & Co. KG in Neuenhaus, Deutschland.

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