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Convenience Food sowie Frischeprodukte und Fertiggerichte steigen immer mehr in der Gunst der Verbraucher. Dabei sind vor allem Klein- und Einzelportionen wichtige Umsatztreiber und jedes Jahr kommen neue Produkte hinzu – allein in Europa sind es jährlich mehr als 100.000. Vor diesem Hintergrund benötigt die Nahrungsmittelindustrie hochflexible Maschinen und Anlagen mit hoher Formatbandbreite und schnellen Formatwechseln zum Verarbeiten und Verpacken der Waren. Ein wesentliches Element stellt dabei die Intralogistik zwischen Verarbeitungs- und Verpackungsmaschinen dar. Hier setzt die in Breidenbach ansässige Weber Maschinenbau GmbH mit ihrem Weber Shuttle System (WSS) als zentralem Baustein für eine vernetzte Produktion im Sinn von Industrie 4.0 an.

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Convenience-Produkte liegen nach wie vor voll im Trend. Vor allem Mehrsortenpackungen sowie Klein- und Einzelportionen sind wichtige Treiber zur Entwicklung neuer Verpackungsmittel und -technologien sowie immer ausgefeilterer Verarbeitungsverfahren für Lebensmittel. Das primäre Ziel von Convenience-Produkten aus Sicht der Endverbraucher ist das Einsparen von Zeit beim Zubereiten von Speisen. Hightech-Folien für Einsatzbereiche zwischen -60 und 218 °C ermöglichen es beispielsweise, Lebensmittel bei tiefen Temperaturen zu lagern und später im Ofen oder der Mikrowelle zuzubereiten – und zwar in ein und derselben Verpackungsfolie. Das Garen in geschlossener Folie erhält dabei nicht nur Feuchtigkeit, Aromen, Vitamine und Mineralstoffe von Fleisch und Fisch, sondern gibt ihnen auch eine optimale Konsistenz. Zudem reduziert es die Garzeiten um bis zu 30 Prozent. Mehrkammer-Verpackungen für Halbfertig- oder Fertiggerichte aus Fleisch, Würsten sowie den dazu passenden Soßen und Beilagen, wie Knödel oder Kartoffeln, beflügeln die Entwicklung zusätzlich. Das hermetische Versiegeln der Kammern kann mit einer durchgehenden Oberfolie oder durch getrennte Versiegelungen für jede einzelne Kammer erfolgen. Doch wie kommen die Produkte in die Verpackungen?

Convenience-Produkte und Mehrsortenpackungen liegen voll im Trend. Ihre Herstellung erfordert zunehmend intelligentere Produktionsumgebungen. (Foto: Weber)
Das Weber Shuttle System (WSS) ermöglicht variables Vernetzen von Monolinien zu wechselnden Produktionsverbünden zur Herstellung und Verpackung von Aufschnittware, Sandwiches und Fertiggerichten. (Foto: Weber)
Intelligente Vernetzung durch das WSS ermöglicht hochflexible Produktionssysteme mit beliebig kombinierbaren Slicer- und Verpackungslinien. (Foto: Weber)

Vom Problem zur Lösung

Zu den Standardverfahren in der Intralogistik zählen Förder- beziehungsweise Transportbänder. Aber angesichts stetig steigender Anforderungen hinsichtlich Flexibilität, Hygiene, kurzer Rüst- und Wartungszeiten sowie der physischen Vernetzung von Produktions- und Verpackungslinien stoßen diese zunehmend an ihre Grenzen. Hinzu kommt ein weiteres Problem. Mit steigender Komplexität der auf Förderbändern basierenden Intralogistik-Konzepte erhöht sich auch die Zahl der Produkt-Übergabestellen. Das wiederum wirkt sich negativ auf die Qualität mechanisch empfindlicher Produkte aus. Beispielsweise bei aufgefalteten Scheiben aus Kochschinken oder dünnen Scheiben aus Pizza-Fleischkäse und dergleichen. Diese sollten über möglichst wenig Übergabestellen laufen.

Deshalb haben die Entwicklungsingenieure bei Weber das Thema Intralogistik neu durchdacht. So sollen sich im Sinn von Indus­trie 4.0 Slicer, Dosier- und Füllmaschinen zu immer komplexeren Produktionsumgebungen mit Verpackungsanlagen vernetzen lassen. Und zwar in beliebig wechselnden Kombinationen, um den schnellen Bedarfsänderungen der Märkte Rechnung zu tragen. Das Ergebnis ist das WSS mit nur zwei Übergabestellen, unabhängig davon, wie komplex das Transportsystem insgesamt ist. Die erste Übergabe erfolgt vom Zuführband am Slicer auf den Portionsträger des Shuttles, die zweite durch einen Pick-&-Place-Roboter vom Shuttle in die Verpackung. Roboter bieten dabei den Vorteil, dass sie die Objekte von jeder Richtung kommend schonend untergreifen und drehen können, um beispielsweise Lagekorrekturen für ein genau platziertes Einlegen in die Verpackungstrays vorzunehmen.

Das WSS-Konzept ermöglicht vollkommen neue Produktionsmodelle und Verpackungslösungen. Seine Vorteile zeigen sich vor allem bei der Herstellung von Mehrsortenpackungen, Sandwiches und Fertiggerichten sowie bei der Abwicklung kurzfristiger, individualisierter Sonderaufträge, wie beispielsweise für Promotionkampagnen. Weiter standen im Fokus der Entwickler, neben der Flexibilität, vor allem die Aspekte Produktivität, Hygiene, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit.

Lineartechnik – flexibel, effizient und wartungsarm

Der Antrieb des WSS beruht auf dem Prinzip des Linearmotors. Letzterer besteht aus dem passiven Stator mit seinen Wicklungen, hier integriert im Schienenkörper. Dieser erzeugt ein magnetisches Wanderfeld und bewegt so den magnetischen Shuttle entlang des Schienennetzes. Dabei stellen die einzelnen Bahnelemente jeweils eigenständige Antriebseinheiten dar, die das Leitsystem individuell ansteuert. So kann es die einzelnen Shuttles unabhängig voneinander beschleunigen, abbremsen oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen – je nach Besatzdichte der einzelnen Teilstrecken. Solche Freiheitsgrade sind mit Förder- oder Transportbändern nicht zu erreichen.

Das Bahnsystem selbst besteht aus geraden Schienenabschnitten unterschiedlicher Längen, Weichen sowie 90°-Bögen und erlaubt damit den Bau beliebig komplexer Transportnetze. Je nach Aufgabenstellung kommen Shuttles als Einzel- oder als Tandem-Portionsträger beziehungsweise als Transporter für Verpackungstrays zum Einsatz. So lassen sich unterschiedliche Produktions- oder Produktivitätskonzepte realisieren und die kundenseitig gegebenen Raumkapazitäten optimal nutzen.

Im Vergleich zu Förderbändern mit ihren elektromechanischen Antrieben, Kugellagern und anderen Verschleißteilen entfallen diese beim WSS, wodurch es verschleißfrei arbeitet. Das wiederum erspart aufwendige Wartungsarbeiten, den Austausch von Verschleißteilen und eine kostspielige Ersatzteilhaltung. Mit einer Leistungsaufnahme von lediglich 20 Watt bei einer Tragkraft von etwa 2 kg pro Shuttle sind diese im Vergleich zu Transportbändern erheblich energieeffizienter und sparen so wertvolle Ressourcen sowie Energiekosten. Zudem punktet das WSS mit einer höheren Anlagenverfügbarkeit und damit Produktivität, was zu einem schnelleren ROI (Return on Investment) der Anlage führt.

Auf die Software kommt es an

Die Intelligenz des WSS steckt in der Software seines Prozessleitsystems. Beim Anfahren der Anlage ermittelt es zunächst die Positionen der Shuttles und ordnet diesen eine eindeutige Identifikationsnummer (ID) zu. Dadurch sind die einzelnen Shuttles jederzeit über die Tracking-Funktion im gesamten Streckennetz lokalisierbar und individuell zu steuern.

Je nach Aufbau des Wegenetzes enthält dieses unterschiedlich viele Weichen, über die sich die Shuttles auf andere Teilstrecken umlenken lassen. Das Prozessleitsystem regelt dabei, welcher Shuttle wann weiterfahren darf. Und um Staus zu vermeiden, passt es die Geschwindigkeiten der anderen Shuttles im betreffenden Bereich adäquat an. Weiter synchronisiert das Leitsystem die Bewegung des Shuttles mit den Zuführbändern der Slicer und den Pick-&-Place-Robotern. So fahren die produktbeladenen Shuttles zügig an die Übergabestation der Roboter heran und stoppen dort für einen Moment, sodass der Roboter die Produkte optimal greifen kann. Erst danach setzen sie sich wieder in Bewegung, um eine weitere Portion vom Slicer zu holen.

Flexibilität (fast) ohne Grenzen

Der Unterschied zwischen klassischen Slicer- und Verpackungslinien und intelligent vernetzten Produktionsverbünden kann gravierender nicht sein. Dazu ein Vergleich anhand zweier Produktionsumgebungen gleichen Grundaufbaus. In beiden Fällen verfügen die Anlagen über vier verschiedene Slicer und vier unterschiedliche Verpackungsmaschinen. Von unten nach oben gesehen, beziehungsweise von links nach rechts, sind die erste und zweite Linie jeweils mit einem Einleger ausgestattet, die Linien 3 und 4 dagegen mit Pick-&-Place-Roboterzellen.

Die klassische Konstellation ohne WSS ist heute Standard beim Verpacken von ausschließlich sortenreinen Produkten, wobei jeweils ein Slicer einer bestimmten Verpackungsanlage fest zugeordnet ist und jede Linie ein anderes Produkt verarbeitet. Aber der Markt verlangt heute mehr als nur sortenreine Produkte. Ganz oben auf der Wunschliste stehen Mehrsortenpackungen. Wollte man diese mit der klassisch konzeptionierten Anlage herstellen, wäre ein immenser und kostspieliger Umbau nebst Investitionen in zusätzliche Förderbänder und Übergabestationen erforderlich – sofern die räumlichen Verhältnisse dies überhaupt zulassen. Deutlich einfacher und eleganter geht das mit dem WSS. Damit lassen sich auftragsabhängig die unterschiedlichsten Maschinenkonstellationen ohne Umrüstarbeiten am Transportsystem realisieren. Dabei ermöglicht die Anlage mit dem WSS sämtliche Spielarten. In der Grundkonfiguration arbeitet sie wie das klassische System zur Produktion von vier sortenreinen Produkten auf Monolinien. Darüber hinaus lassen sich die vier Slicer aber auch unterschiedlichen Verpackungslinien zuordnen – und das in beliebiger Kombination. So ist beispielsweise folgendes Produktionsbild möglich (siehe Abbildung 3): Die Slicer 1 und 2 (gelb) sollen die Verpackungsmaschine 1 voll auslasten und gemeinsam ein sortenreines Produkt fahren. Auf Line 4 (grün) läuft ebenfalls ein sortenreines Produkt. Der Slicer 3 (blau) dagegen verarbeitet Bacon. Dieser hat naturbedingt ungleiche Mager- und Fettanteile und damit auch unterschiedliche Qualitäten. Hier kommt das sogenannten Grading ins Spiel, bei dem eine optische Waage genau diese Fett- und Mageranteile der einzelnen Scheiben ermittelt und die jeweiligen Portionen als A- oder B-Ware deklariert. Entsprechend steuert das Leitsystem den Shuttle entweder an die Verpackungsmaschine für A-Ware (weniger Fett) oder B-Ware (höherer Fettgehalt). Allein die hier vorgestellten Fahrweisen lassen erahnen, welches Potenzial in intelligent vernetzten Linien zu komplexen, veränderlichen Produktionsumgebungen steckt.

Auf zu neuen Ufern

Weber zielt mit dem WSS nicht nur auf das Segment Aufschnittproduktion, sondern auch auf die industrielle Herstellung von Sandwiches und Fertiggerichten, um zwei weitere Einsatzmöglichkeiten aufzuzeigen. Bei diesen geht es um die intelligente Vernetzung unterschiedlicher Zugabestationen über das WSS. Die Herstellung von Sandwiches erfolgt in einem mehrstufigen Aufbau des Produkts auf dem Standard-Portionsträger des Shuttles. Dazu fährt dieser je nach Rezeptur Zugabestationen für die erste Toastscheibe, Butter, Wurst oder Schinken, Käse, Ketchup oder Mayonnaise und letztlich der zweiten Toastscheibe an. Für XL-Varianten ist auch ein zweimaliger Durchlauf möglich. Zur Herstellung von Fertiggerichten transportieren die Shuttles Ein-Kammer oder Mehrkammer-Trays zu den Zugabe- und Abfüll- beziehungsweise Dosierstationen, die je nach Gericht die entsprechenden Zutaten, wie Kartoffeln oder Reis, Fleisch, Soße, Rotkraut usw., einfüllen. Die Variationsmöglichkeiten sind nahezu unbegrenzt.

 

Unternehmen

Weber Maschinenbau GmbH

Günther-Weber-Str. 3
35236 Breidenbach
Deutschland

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