UMRICHTER IN DER VERPACKUNGSINDUSTRIE

Die Verpackungsindustrie ist von zentraler Bedeutung für das reibungslose Funktionieren unserer Gesellschaft. Fast jedes im Handel erhältliche Produkt benötigt eine Verpackung, und alle Handelsverpackungen müssen effizient, einheitlich und schnell hergestellt werden. Diese Aufgabe wäre ohne einen fast unermesslich vielfältigen Maschinenpark undenkbar; und das Leistungsniveau dieser Maschinen hängt direkt von einer präzisen Bewegungssteuerung ab.

Die Palette der Aufgaben, die von Verpackungsmaschinen ausgeführt werden, erstreckt sich über die gesamte Fabrikhalle – und darüber hinaus. Dosen, Packungen und Flaschen (und alle anderen Materialien, die in der Branche als Primärverpackungen bezeichnet werden) müssen hergestellt, befüllt, versiegelt und etikettiert werden, bevor sie in Sammelpackungen für den Vertrieb (Sekundärverpackungen) zusammengefasst werden. Diese Verpackungen werden dann für den Transport in Kisten, Folienverpackungen und auf Paletten gesichert, die als Tertiärverpackungen bezeichnet werden.

Es ist leicht einzusehen, warum – aus Gründen der Sicherheit, der Hygiene, der Geschwindigkeit und der Genauigkeit – fast alle diese Arbeiten von Maschinen erledigt werden sollten.

Man denke nur an die Hunderte von Gläsern oder Flaschen, die in einer einzigen Minute von einem Förderband unter Reihen von Flüssigkeitsdispensern hindurchgeführt werden können, bevor sie sicher verschlossen und zur Etikettierung weitergeschoben werden.

Oder denken Sie an die vertikalen Schlauchbeutelmaschine (VFFS-Maschine). Diese geniale Maschine stellt aus einer einzigen Rolle bedruckten Materials einen kontinuierlichen Strom von heißversiegelten Kunststoff- (oder Papier- oder Folien-) Beuteln her, die jeweils nach dem Versiegeln von Rücken und Boden, aber vor dem endgültigen Versiegeln/Schneiden des oberen Teils mit dem Produkt gefüllt werden.

Obwohl diese Maschinen auf eine lange Geschichte zurückblicken können (die erste VFFS-Maschine wurde bereits in den 1930er Jahren patentiert), ist es heutzutage unabdingbar, dass ihre Funktionsweise auf speziell programmierten, servogesteuerten Bewegungsprofilen beruht (wenn die gewünschte Sequenz einfach genug ist, kann ein universeller Frequenzumrichter ausreichen).

Bei diesen Bewegungsprofilen sind Änderungen der Profilgeschwindigkeit oft von entscheidender Bedeutung. Um eine gleichmäßige Länge der Packungen in VFFS-Maschinen zu erreichen, ist zum Beispiel eine gute Spannung in der Materialzuführung erforderlich. Dies kann dadurch erreicht werden, dass sich die Zugbänder in der ersten Phase der Zuführung schnell und kräftig bewegen, bevor sie sanft heruntergefahren werden, bis die erforderliche Beutellänge genau erreicht ist (alles innerhalb eines Sekundenbruchteils pro Verpackung).

Aber Präzision bezieht sich auf viel mehr als nur auf die Qualität der Arbeit.

Umrichter und intelligente Bewegungssteuerungssysteme werden u. a. wegen ihrer Bedeutung für Energieeinsparungen und eine längere Lebensdauer der Maschinen geschätzt. Nicht weniger wichtig für die Verpackungsindustrie ist der Umfang, in dem die hochpräzise Maschinenleistung die Abfallmenge reduziert – und damit auch die Umweltbelastung durch diesen Abfall.

Dieser Punkt wird so lange besonders wichtig bleiben, wie Kunststoffe in der Branche weit verbreitet sind.

Es geht nicht nur darum, die Maschinen so programmieren zu können, dass sie die optimale Menge an Material verwenden. Das Material selbst wird in einigen Fällen zunehmend schwieriger zu handhaben, da es neu formuliert wird, um nachhaltiger zu sein. Recycelte Folienverpackungen sind beispielsweise dünner und brüchiger als nicht recycelte und daher anfälliger für Falten oder Risse, wenn sie nicht perfekt gespannt sind. Diese Entwicklung stellt neue Anforderungen an die Genauigkeit der synchronisierten Walzen und Vorschubgeräte, die die Folie transportieren.

Doch diese Herausforderung – ebenso wie die geringere Wärmeverträglichkeit dünnerer Folien beim Versiegelungsprozess – wird von einer neuen Generation von Verpackungsmaschinen erfolgreich gemeistert. Die richtige Kombination aus Umrichtern, Steuerungsalgorithmen und Sensortechnologie kann mit Folienverpackungen (recycelt oder nicht) arbeiten, die weniger als ein Viertel der Dicke älterer Folien aufweisen – was eine potenzielle Verringerung der Menge der verwendeten Industriefolien um 75 % verspricht.

Der gesamte Verpackungsmüll kann durch eine Verringerung der ursprünglichen Mengen reduziert werden – ein eigentlich vernünftiger Vorschlag, der jedoch nicht unbedingt einfach umzusetzen ist.

So ist es beispielsweise wünschenswert, ein Produkt nicht in eine übergroße Schachtel zu verpacken – nicht nur wegen des verschwendeten Kartons, sondern auch wegen des anschließenden Bedarfs an Papier, Schaumstoff oder Kunststoff als Füllmaterial. Jedoch haben die Konventionen der alten Produktionslinie eher zum Konzept der Einheitsgröße tendiert.

Diese Konventionen stehen zunehmend im Widerspruch zu den aktuellen Trends zur Produktdiversifizierung, die heutzutage als grundlegende Strategie für das Wachstum und die Entwicklung einer Marke gilt.

Für das Verpackungsproblem haben sich inzwischen zwei Lösungen in der Branche etabliert. Die erste ist die Herstellung von Kartons nach Maß auf Anforderung, die zweite die effizientere Befüllung von Kartons. Beide Lösungen basieren auf intelligenten Verpackungsmaschinen, die aus einer Reihe von Achsen, Motoren mit variabler Drehzahl und Servoumrichtern bestehen.

Ein Beispiel aus der ersten Kategorie wäre eine Kartoniermaschine, die Produkte unterschiedlicher Abmessungen, die über ein Förderband zugeführt werden, in entsprechend große Abschnitte aus biegsamer Pappe aus einem kontinuierlichen Zulauf verpackt, bevor die fertigen Kartons versiegelt und etikettiert werden. Eine intelligente Kartonbefüllungsmaschine positioniert die Produkte mit Hilfe der Pick-and-Place-Technologie so in vorgefertigte Kartons, dass möglichst wenig Platz verschwendet wird.

Die gleichen intelligenten Pick-and-Place-Systeme dringen auch in die relativ schwergewichtige Welt der Palettierung ein, wo die traditionellen Luft- und Hydrauliksysteme zunehmend durch servogesteuerte Bewegungssteuerung verdrängt werden.

Automatisierte Palettierer gibt es seit den 1940er Jahren, aber eine Maschine, die für das Stapeln eines einzigen Produkts in einem einzigen Muster gebaut wurde, könnte monatelange mechanische Anpassungen erfordern, wenn sich ihre Aufgabenstellung ändern müsste. Jüngste Fortschritte in der Automatisierungstechnik – insbesondere die Integration von Roboterfunktionen in Bewegungs- und Logiksteuerungen – haben eine neue Generation von wirklich agilen Palettierrobotern hervorgebracht, die für jeden Bediener mit herkömmlicher SPS-Erfahrung zugänglich sind.

Geschwindigkeit, Genauigkeit und sogar Effizienz sind nicht mehr alles. Wenn Varianz und Vielfalt wichtige Merkmale des modernen Verbrauchererlebnisses sind, dann sind Reaktionsfähigkeit und Flexibilität für die Maschinen, die die Produkte für den Markt verpacken, nahezu genauso wichtig.

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