Technik

Good Vibrations

Teuer ist sie, die Ultraschalltechnologie, sagen manche Vertreter der Industrie. Argumente von Ewiggestrigen, erwidern Befürworter des Schweißens mittels Vibration. Fast könnte man meinen, hier würde eine ideologische Debatte geführt, nicht aber ein offener Diskurs über die verschiedenen Versiegelungsarten der Verpackungsindustrie. Fest steht: Zurzeit konkurrieren zwei Verfahren um die Gunst des Anwenders. Das sind zum einen das etablierte thermische Verfahren und zum anderen auf Ultraschall basierende Systeme. Wichtig bei der Entscheidungsfindung, welche Technologie von Fall zu Fall zum Einsatz kommt, ist laut Hartmut Möglich, Vertriebsleiter Packaging & Plastics bei Sonotronic Nagel, die Frage des Einsatzgebietes und eine genaue Analyse des Produktionsprozesses. Nur dies ermöglicht es Anwendern, die eigene Wertschöpfungskette zu optimieren. Oder wie Möglich augenzwinkernd kommentiert: „Ultraschall ist nicht teuer - er muss nur richtig eingesetzt werden."

Höherer Ausstoß, geringerer Ausschuss

Auf der Habenseite der Ultraschallsysteme steht klar die Möglichkeit, Packstoff einzusparen. Die Schweißanwendungen produzieren zum einen schmalere Nähte und arbeiten weiterhin aufgrund der Präzision der Anlagen mit weniger Materialüberstand, als dies bei den thermischen Alternativ-Verfahren der Fall ist. Beim Material können Betreiber noch in einer weiteren Variante sparen: Die Ul-traschweißtechnologie ermöglicht die Substitution von Laminatfolien durch Monofolien. Da diese, im Gegensatz zu Laminatfolien, keinerlei Klebstoff oder Energieeinbringung in Form von Druck oder Wärme in der Produktion benötigen, eröffnet sich hier für den Betreiber eine weitere Möglichkeit der Kostenoptimierung. Auch ergibt sich hierdurch die Möglichkeit, die Foliendicke und damit den Materialverbrauch zu reduzieren. Zusätzlich benötigt das Verschweißen via Schall weniger Energie, nur 1/16 der üblichen Schweißenergie ist laut Ralf Schubert, technischer Bereichsleiter bei Gerhard Schubert Verpackungsmaschinen, nötig. Im Gegensatz zu thermischen Siegelverfahren müssen die Werkzeuge bei Ultraschallapplikationen nicht vorwärmen, sondern arbeiten kalt und benötigen pro Siegelvorgang zwischen 80 und 200 ms. Hierdurch erhöht sich die betriebliche Energieeffizienz, gleichzeitig verringert sich auch der Wärmeeintrag auf Verpackung und Packgut - gerade im Pharma- und Foodbereich ist dies ein klarer Vorteil.

Schubert hat das Verfahren überzeugt und so sind die Maschinen der TLM-Serie des Unternehmens mittlerweile mit dem kalten Schweißverfahren ausgestattet: „Gerade große Unternehmen haben die Vorzüge der Technologie erkannt. Nicht nur können sie ihren Ausstoß erhöhen sowie den Ausschuss verringern und damit die Produktionskosten senken, die Einsparungen an Energie und Material sind auch ein Imagegewinn im Sinne einer nachhaltigen Produktion." Denn weniger Ausschuss, ergänzt Eberhard Weiss, Senior Vice President Technical, Business Unit Confectionery & Food bei Bosch Packaging Technology, bed eutet zum einen weniger Verschwendung von Lebensmitteln, aber auch einen geringeren Verbrauch von Folie und damit petrochemischen Rohstoffen. Weitere Pluspunkte: Schnellere Umrüstzeiten, reduzierte Reinigungszeiten und hohe Zuverlässigkeit führen in der Regel zu einem erhöhten Ausstoß der Maschinen mit Ultraschallsiegel-Einrichtungen. Das gelingt inzwischen auch bei hohen Leistungen in abgestimmten Kombinationen aus Längs- und Quersiegeleinheiten.

Mittendurch statt drumherum
Dass die Ultraschweißtechnik weniger Ausschuss produziert als alternative Anwendungen, liegt am Verfahren selbst: Das vibrierende Werkzeug räumt Kontamination, die sich auf Höhe der Schweißnaht befindet, einfach zur Seite, beziehungsweise siegelt durch größere Produktrückstände wie Salatblätter einfach hindurch. Bei thermischen Verfahren besteht hier die Gefahr, dass Nahrungsreste im Nahtbereich verbrennen und hierdurch eine Brandgefahr darstellen. Bei Tiernahrungsmitteln stellt sich weiterhin das Problem, dass beispielsweise Katzen den der Verpackung anhaftenden Geruch verbrannter Nahrung wahrnehmen und den Konsum verweigern. Eine Migration der Duftstoffe auf umliegende Verpackungen kann so ganze Paletten in Ausschuss verwandeln. Neben der erhöhten Siegelsicherheit unterbindet die Schwingung der Sonotroden auch Anlagerungen von Füllgut am Werkzeug selbst, was die Hygiene im Foodbereich erleichtert.

Das haben die Konzerne der Lebensmittelindustrie erkannt und setzen auf Ultraschall in der Produktion. Peter Grüssing, Verpackungsentwicklung Dr. Oetker, ist von der Technologie überzeugt: „Vor rund drei Jahren begannen wir mit der Umstellung auf Ultraschall und haben seitdem schon zehn Maschinen umgerüstet. Entscheidungskriterium für das Siegelverfahren war für uns die erhöhte Produktionssicherheit, die wirtschaftlichen Aspekte spielten eine eher untergeordnete Rolle." Aufgrund der positiven Erfahrung will das Unternehmen den Ausbau seines Maschinenparks mit dem kalten Schweißverfahren zukünftig noch weiter vorantreiben. Als einzigen Nachteil nennt Grüssing, dass das Ultraschallverfahren empfindlich auf schwankende Materialdicken reagiert. So kam es in der Vergangenheit vor, dass Materialrollen, die aufgrund minderer Qualität eine inhomogene Struktur hatten, zu Problemen innerhalt der Produktion führten. „Dass die Ultraschallverfahren zurzeit noch über recht kleine Prozessfenster verfügen, ist bekannt. Wir arbeiten aber bereits an Applikationen, die über höhere Toleranzen verfügen", erklärt Maschinenhersteller Schubert hierzu. Laut Hartmut Möglich ist dieser Aspekt allerdings relativ zu sehen: Auch thermische Verfahren haben mit der schwankenden Folienqualität zu kämpfen. Diese verfügen allerdings nicht über die nötige Sensorik, um in der laufenden Produktion Materialschwankungen zu erkennen und entsprechend Rückmeldung an den Anwender zu geben. Das Ergebnis ist dann ein erhöhter Ausschuss. Die Ultraschalltechnik ist also nicht empfindlicher gegenüber wechselnder Materialdicken, sondern ermöglicht vielmehr eine erhöhte Transparenz innerhalb der Produktion. Ein Kritikpunkt, der häufig im Zusammenhang mit der Ultraschalltechnik aufkommt, ist die Tatsache, dass vorhandene Maschinen nur schwer auf die alternative Siegeltechnik umzurüsten sind. Es fehlen zurzeit noch Module, die es ermöglichen würden, über simple Schnittstellen nachzurüsten.

Gemeinsam besser
Die Wurzel des Problems, das bei manchen Anwendern als Schwachpunkt der Technologie gilt, ist schnell ausgemacht: Zwar sind Ultraschall- sowie Maschinenhersteller Experten auf dem jeweils eigenen Gebiet, nur selten aber gibt es ausreichende Kommunikation zwischen den verschiedenen Gewerken. Die Unternehmen Bosch Packaging Technology und Herrmann Ultraschalltechnik haben dieses Problem bereits erkannt und arbeiten bei der Entwicklung von Komplettsystemen eng zusammen. So entstand beispielsweise eine Schlauchbeutelmaschine, die das Schweißen und Stanzen der Verpackung in einem Schritt via Ultraschall erledigt. Und auch die bereits erwähnte Maschinen-Baureihe TLM von Schubert ist das Ergebis einer Kooperation mit dem Ultraschallhersteller Sonotronic. Weiterhin entwickelten Bosch und Herrmann ein Werkzeug, mit dem Anwender prüfen können, ob ihre spezifische Applikation eher für ein thermisches oder auf Ultraschall basierendes Siegelverfahren geeignet ist. Eben diese Entscheidung fällt nicht immer leicht, da viele verschiedene Faktoren über die Wirtschaftlichkeit entscheiden. Einer effizienten Produktion stehen Investitionskosten gegenüber, die wohl auch künftig auf hohem Niveau bleiben. „Generell lässt sich sagen: Arbeitet der Anwender mit günstigem Verpackungsmaterial oder ist das Packgut selbst im niedrigen Preissegment mit geringer Ausbringung angesiedelt, empfiehlt sich weiterhin ein thermisches Siegelverfahren, " erklärt Weiss. Oder im Umkehrschluss: Je hochwertiger das Produkt und seine Verpackung, desto eher ist die Ultraschalltechnik sinnvoll für einen Betrieb. Dann gilt als Faustregel, dass ein Anwender innerhalb der ersten 3 bis 18 Monate mit einem Return-on-Investment rechnen kann - immer abhängig von der Anwendung.

Vertrauen ist gut...
Ermöglicht das Siegelverfahren mit kalten Werkzeugen auch Fehlerquoten nahe Null: Qualitätskontrolle ist im Pharma- und Foodbereich ein wichtiger Aspekt innerhalb der Produktion. Statt dass der Anwender hierfür noch einmal gesonderte Messtechnik oder zusätzliches Personal benötigt, übernehmen in der Ultraschalltechnik die Generatoren diesen Part. Sie dokumentieren Parameter wie Spannung, Strom sowie die Amplitude und verarbeiten diese.
„Über die Rückmeldung lässt sich beispielsweise erkennen, ob sich Falten im Kopfbereich befinden, ein überfüllter Beutel oder eine Fehllage innerhalb der Siegelstation vorliegt," erklärt Thomas Herrmann, Geschäftsführer Herrmann Ultraschall. So lassen sich fehlerhafte Verpackungen noch in der Produktion erkennen und ausschleusen.

Ausblick
Bei Studium der Ausstellerliste der diesjährigen Fachpack finden sich, im Vergleich zur Messe im Jahr 2010, weniger Unternehmen, die sich mit Ultraschalltechnik beschäftigen. Was auf den ersten Blick nach einer rückläufigen Geschäftsentwicklung im Verpackungssegment aussieht, ist laut Herrmann allerdings nur das Ergebnis einer Marktbereinigung: „In den vergangenen Jahren versuchten viele Ultraschallhersteller im Bereich Packaging Fuß zu fassen - oft allerdings nur halbherzig. Statt sich mit speziellen Entwicklungen für die Verpackungsindustrie einzubringen, versuchten diese mit Standardlösungen aus anderen Bereichen Marktanteile abzudecken."
Diese Vorgehensweise entpuppte sich als nicht zielführend und so hat sich die Anzahl der Anbieter für den Verpackungsbereich nun mittlerweile verdichtet.
Auch zukünftig bleibt der Markt von Anbietern erst einmal überschaubar: „Derzeit gibt es, anders als es beispielsweise bei Werkzeugen der Kunststoffindustrie der Fall ist, noch wenig Konkurrenz aus Billiglohnländern," weiß Möglich. Noch nicht. Erste Applikationen gibt es allerdings in Japan, wo die Ultraschalltechnologie in der Produktion von Teebeuteln zum Einsatz kommt. Ob hieraus aber ein ernstzunehmender Markt erwächst, ist noch unklar - vielleicht gibt die nächste Interpack eine Antwort hierauf.

Für Sie entscheidend
Gretchenfrage
Ultraschallschweißen ermöglicht eine hohe Siegelsicherheit, spart Energie und Material. Dem gegenüber stehen hohe Investitionskosten. Ob sich die Technologie für den einzelnen Anwender also wirtschaftlich rechnet, muss zu Beginn eine Analyse der internen Produktionsprozesse klären. Bestimmende Faktoren sind das eingesetzte Packmaterial, aber auch das Packgut selbst. Im Pharma- und Foodbereich, wo die Prozesssicherheit des verwendeten Siegelverfahrens eine große Rolle spielt, sind Applikationen mit Ultraschall empfehlenswert, nicht zuletzt aufgrund der automatischen Dokumentation durch den Ultraschall-Generator. Positiver Nebeneffekt der ressourceneffizienten Technologie: Nachhaltigkeit, auch innerhalb der Produktion, ist in immer mehr Konsumbereichen Kaufkriterium für den Endkunden. Mit einem Return-on-investment können Betreiber, je nach Anwendung, innerhalb der ersten 3 bis 18 Monate rechnen.

Über die Firma
Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG
Karlsbad
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