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Technik - Thermoformmaschinen

Die Leistung deutlich steigern

Zum Steigern der Ausbringung gibt es generell zwei verschiedene Ansätze. Sie lauten mehr Packungen pro Takt beziehungsweise mehr Takte pro Minute. „Es gibt keinen Königsweg. Beide Möglichkeiten haben spezifische Vor- und Nachteile", erläutert dazu Stefan Krakow, Leiter Produktmanagement Thermoformer der GEA Food Solutions GmbH, bei seinem Vortrag zum Thema Effizienzsteigerung bei Tiefziehmaschinen in Biedenkopf. „Es muss immer zunächst geklärt werden, welches Verpackungskonzept zum jeweiligen Produktionsumfeld passt." GEA Food Solutions bietet für beide Ansätze das jeweils passende Maschinenkonzept.

Einflussfaktoren auf den Verpackungsprozess
„Eines ist allerdings auch sicher, wenn die vor- und nachgelagerten Prozesse der Leistungssteigerung beim Verpacken nicht folgen können, stimmt auch das Endergebnis nicht", gibt Krakow zu bedenken. „Es geht immer um den ganzheitlichen Blick auf alle Einflussfaktoren, sonst scheitert die Entscheidung für ein neues Maschinenkonzept an den Randbedingungen." Um bei steigenden Taktzahlen beim Verpacken von Wurst, Käse, Fleisch oder sonstigen Frischeprodukten ein stimmiges Ergebnis zu erzielen, müssen vielfältige Kriterien beachtet werden. Nur so können nachhaltig Prozesssicherheit, Qualität, hohe Produktausbeute und Portionsqualität garantiert werden.

Ein wichtiger Fokus beim Verpacken von Lebensmitteln liegt auf den externen Faktoren. Dazu zählt das Verhalten des Verpackungsmaterials, das sich unmittelbar auf die Bereiche Heizen, Formen und Siegeln auswirkt. In diesem Zusammenhang spielt die enge Zusammenarbeit mit dem Folienhersteller eine wesentliche Rolle. Aber es kommt auch auf die Produkteigenschaften und die vor- und nachgeschalteten Funktionen im Verpackungsprozess an. Darunter sind die Themen Schneiden, Fördern, Beladen, Vereinzeln, Prüfen, Auszeichnen, Gruppieren, Sammelpacken zu verstehen, die die steigende Ausbringungsmenge bewältigen müssen. Zu den von außen einwirkenden Faktoren zählt die Medienversorgung mit Druckluft, Vakuum, Strom und Wasser. „Und gerade im Bereich Vakuum herrschen oft Gegebenheiten, die einer Leistungssteigerung entgegenwirken", so Krakow.

Eine Reihe maschinenspezifischer Faktoren nehmen ebenfalls Einfluss auf die Verpackungsleistung. Dazu zählen vor allem die Prozesszeiten. Sie hängen von der Schnelligkeit der Signalverarbeitung sowie dem Erzeugen und Halten von Drücken und Temperaturen ab. Dazu Krakow: „Nur stabile Systeme ohne große Schwankungen führen zu einer Leistungssteigerung." In diesem Umfeld sind auch die Themen Packungsevakuierung und Packungsbegasung bedeutsam.

Bei der konzeptionellen Auslegung der Thermoformer-Verpackungsmaschine geht es unter anderem um das Thema Universalität. Eine steigende Ausbringungsleistung durch Erhöhen der Taktgeschwindigkeit steht dazu allerdings im Widerspruch. Wer vor allem effizient und schnell verpacken möchte, kommt nicht umhin, spezifisch in der Auslegung zu werden. Wichtige Themen in diesem Zusammenhang sind die Bereiche Kinematik, Bewegungszeiten, Werkzeugvolumina und -gewichte, Drücke sowie Druckdifferenzen, die bei der Ventilauslegung sowie beim Verpackungsvorgang beachtet werden müssen.

Fokus auf die Prozesszeiten
Bei dieser Vielfalt an unterschiedlichen Einflussgrößen stellt sich die Frage, an welchen Stellen konkret Leistungssteigerungen bei Tiefziehmaschinen möglich sind; schließlich handelt es sich um ein seit vielen Jahren ausgereiftes Maschinenkonzept. Können die Maschinensteuerung oder einzelne Komponenten noch intelligenter ausgelegt werden, um die Geschwindigkeit beim Verpacken deutlich zu erhöhen?

Es zeigt sich, dass es im Bereich des Siegelns und bei den Prozesszeiten - und hier vor allem bei der Produktevakuierung - noch gestaltungstechnischen Spielraum gibt, um den Gesamtprozess deutlich zu beschleunigen.

Konzept 1: Mehr Packungen pro Takt
Der modulare Thermoformer PowerPakNT steht für höchste Verpackungsansprüche und hohe Ausbringungsanforderungen. Diese können durch sehr lange Abzüge und relativ breite Folienbahnen erfüllt werden, die die erforderliche Fläche zum Belegen mit vielen Packungen pro Taktformat generieren. Beispielsweise können für eine typische Präsentationspackung für geslicte und schindelte Ware bei einem 4.6-Format - 24 Packungen pro Takt - Abzugslängen von ca. 1,2 m mit Folienbreiten von ca. 700 mm eingesetzt werden. Bei ca. 10 Takten/min. erreicht man damit ca. 240 Stück/min, bei mehr quadratischen Packungen kommt man durch die höhere Belegung der zur Verfügung stehenden Fläche mit Packungen auf knapp über 300 Packungen/min.

Die Gesamtwerkzeuglängen können dabei bis ca. 2,5 m betragen. Das Gewicht des Formataufsatzes liegt bei rund 280 kg, der Tiefziehdeckel wiegt ungefähr 450 kg. Das Gesamtgewicht der Formate beträgt bei diesem Modell rund 1,8 t. „Beim Werkzeugwechsel muss Masse bewegt werden", sagt dazu Krakow. „Das verlangt entsprechende Hilfsmittel, ein ausreichendes Zeitpolster und eine hohe Sorgfalt."

Es handelt sich dabei um Sondermaschinen in einem höheren Preissegment, mit möglichen Nachteilen bei der Versorgung mit spezifischen Ersatzteilen. Der Thermoformer benötigt außerdem relativ viel Platz. Er ist relativ lang, die Formatteile sind ziemlich schwer. Und die Sonderfolienbreiten können dazu führen, dass die Anzahl der Lieferanten beschränkt ist. Alle genannten Komponenten haben Einfluss auf die gesamte Kostenstruktur. „Die Verpackungsmaschine ist trotzdem auf dem Markt realisiert", erläutert Krakow. „Mittels konfigurierbarer Funktionsmodule wird sie kundenspezifisch zugeschnitten, kann jederzeit erweitert werden und erzielt beim Thema Ausbringung einen Spitzenplatz."

Konzept 2: Mehr Takte pro Minute
Dagegen ist der PowerPakSpeed Thermoformer, ein Schnellläufer, spezifisch auf zwei Anwendungsbereiche zugeschnitten worden: für geschindelte Aufschnittwaren in typischen SB-Portionsgrößen sowie für Hotdogs in einzelnen oder doppelten Lagen, verpackt in flachen MAP-Schalen oder Vakuumpackungen.

Maschinentechnische Vorteile sind, dass es sich um ein Modell mit gängigen Abmessungen und Formatteilen im Bereich von Standardabmessungen und -gewichten handelt, die sich insgesamt gut handhaben lassen. Bei einer Folienbreite von 560 mm kommen Standardfolien mit einer breiten Lieferantenauswahl zum Einsatz. Die Ausbringung liegt, bezogen wieder auf eine typische SB-Verpackung, bei 200 bis maximal 240 Packungen.

Bei dem Thermoformer PowerPakSpeed ist die Vielzahl an möglichen Funktionen eines Standard-Thermoformers für die allgemeine Verwendung nicht erforderlich. Die Spezifikationen für Mehrzwecksysteme beinhalten im Allgemeinen einen Kompromiss zu Lasten der Durchsatzraten. Um die höhere Geschwindigkeit zu erreichen, wurden für die zeitaufwendigsten Verfahrensschritte verbesserte Techniken entwickelt, die Geschwindigkeits-
erhöhungen, abhängig vom Umfeld, von bis zu 50 Prozent im Vergleich zu Standardmaschinen erzielen. „Die Verpackungsmaschine ist auf Geschwindigkeit für geslicte und geschindelte Ware ausgelegt, die die hohe Leistung erbringen kann. Die vor- und nachgelagerten Komponenten müssen allerdings zwingend damit Schritt halten können", macht Krakow deutlich.

Vom Evakuieren bis zum Siegeln
Vergleicht man eine typische Standardmaschine mit dem Schnellläufer PowerPakSpeed, reduziert sich der Evakuierungsprozess von ca. 1,3 s auf ungefähr 0,5 s. „Das ist schon die halbe Miete bei der Packgeschwindigkeits-
beschleunigung", macht der Produktmanager klar. Die Zeitersparnis funktioniert über eine stabile, ausreichend dimensionierte Vakuumversorgung, möglichst realisiert über ein Zentralvakuum mit konstant maximal 4 mbar im Puffer; das ist abhängig von den notwendigen Restsauerstoffwerten. Bei der Packungsevakuierung in der Siegelstation der Verpackungsmaschinen wird ein schlagartiger Druckausgleich in einen vorevakuierten Raum herbeigeführt. Dazu kommen weitere konstruktive Änderungen im Bereich der Ventilanordnung und Verschlauchung, die sich ebenfalls auf den Prozess auswirken.

Eine weitere deutliche Zeitersparnis der Gesamtprozesszeiten erfolgt beim Siegeln. Die kurze Siegelzeit ist wichtig. Sie liegt bei der PowerPakSpeed unter 0,5 s. „Das funktioniert nicht mit allen Materialien. Hier kommt es in der Realisierungsphase auf den intensiven Dialog mit den Folienlieferanten an. Der Packstoff muss die schnelle Siegelung umsetzen können", macht Krakow klar. „Entsprechende Verpackungsmaterialien stehen bereits von einer größeren Anzahl möglicher Lieferanten zur Verfügung." Ein weiterer Fokus liegt auf der Servotechnik für alle Hub- und Stanzbewegungen. Sie realisiert bei beiden Modellen schnelle Taktzeiten und eine perfekte energieeffiziente Abstimmung der einzelnen Bewegungen.

Reibungsloses Zusammenspiel

Das erklärte Entwicklungsziel war, die gesamte Prozesszeit bei der PowerPakSpeed um ca. zwei Sekunden zu verkürzen, um den geforderten Taktleistungsunterschied zu gewährleisten. Die Taktfolge bei einer Standardmaschine liegt bei ca. 10 bis 13 Takten/min. Das Speed-Modell kommt dagegen auf eine Leistung von ca. 22 bis 24 Takten/min. „Wenn Produkt und Logistik stimmen, rechnet sich in vielen Fällen das Verpackungskonzept mehr Takte pro Minute eher als mehr Packungen pro Takt", bilanziert abschließend Krakow.

Die betriebswirtschaftlichen Vorteile für den Anwender liegen dann auf der Hand. Es kommen im Arbeitsablauf für viele Unternehmen gut beherrschbare Komponenten zum Einsatz. Auch die Integration in bestehende Linien ist aufgrund des eingeschränkten Platzbedarfes einfach möglich. „Und in Kombination mit den leistungsfähigen Aufschneide-, Belade-, Vereinzelungs- sowie Druck- und Kennzeichnungssystemen aus unserem Hause stellen wir ein zukunftsweisendes Konzept zur Verfügung, dessen Zusammenspiel reibungslos klappt und dauerhaft eine hohe Verfügbarkeit garantiert."


...1,8 Tonnen ...

beträgt das Gesamtgewicht der Formate eines Thermoformers
Beim Werkzeugwechsel muss viel Masse bewegt werden. Dazu braucht man Hilfsmittel, Zeit und Sorgfalt.

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GEA Food Solutions
GEA Food Solutions ist ein Spezialist für leistungsorientierte Lösungen im Nahrungsmittelbereich. Das Angebot des Unternehmens reicht von Einzelmaschinen bis hin zu kompletten Produktionslinien für die Zubereitung, Marinierung, Weiterverarbeitung und Verpackung vor allem von Fleisch-, Geflügel-, Fisch-, Meeresfrüchte- und Käse-Produkten. GEA Food Solutions unterstützt die derzeitige und zukünftige Leistung der Nahrungsmittel-verarbeitenden Industrie.

 

Über die Firma
GEA Food Solutions Germany GmbH
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