Automatisierung

Mit flexibler Motion-Control-Technologie Verpackungsfolie einsparen

Ohne Zweifel ist der Plastikmüll zu einem Problem für den gesamten Globus geworden, seien es Plastiktüten im Meer oder Mikroplastik in der Nahrungsmittelkette. Bei all der berechtigten Kritik am Kunststoffmüll darf nicht vergessen werden, dass ohne die Verpackung von Lebensmitteln in Kunststofffolien diese oft nicht ausreichend hygienisch transportierbar und handelbar wären.

Ein Ansatz das Problem an der Wurzel anzupacken besteht darin, die Menge an Verpackungsmüll zu reduzieren. Unter den Kunststoffsorten sind insbesondere die bei Schlauchbeuteln verwendeten Flachfolien nur sehr aufwändig recycelbar. Einsparungen an Flachfolie haben daher einen besonders großen Umweltnutzen. Schlauchbeutel so eng und so genau wie möglich an das Produkt anzupassen, hat noch weitere positive Aspekte: Schädliche Relativbewegungen des Produktes in der Verpackung werden minimiert und die eingesparte Menge an Flachfolie senkt die Verpackungskosten für den Betreiber. Das Packmaß bzw. Volumen wird reduziert – unter Umständen lassen sich sogar mehr Produkte pro Palette transportieren.

Folienverbrauch reduzieren mit präziser Servotechnik

Es ist erstaunlich, wie viele einfachere Verpackungsmaschinentypen noch heute ohne Servotechnik im Einsatz sind. Diese Maschinen benötigen bei der Schlauchbeutellänge in der Regel einen „Zuschlag“ von 5 bis 10 mm. Bei niedrig angesetzten 300 verpackten Süßwaren pro Minute entspricht dies in einer Acht-Stunden-Schicht ohne Stillstand zwischen 720 m und 1,4 km unnötigem Schlauchbeutelverbrauch. Bei einem Zweischichtbetrieb und 20 Arbeitstagen pro Monat summiert sich das Einsparpotenzial auf 345 bis 691 km Folie in einem Jahr. Durch den Umstieg auf eine moderne Servotechnik ist die Position des Schlauchbeutels grundsätzlich wesentlich genauer regelbar, sodass dieser „Zuschlag“ entfallen kann.

Reduzierung von Leerbeuteln

Verpackungsmaschinen sind in der Regel mit anderen Produktionsmaschinen verkettet, zum Beispiel mit einer Backstraße. Bei einer Störung in der Backstraße fallen in kurzer Zeit große Mengen Leerbeutel an. Beim Einsatz von Jetter Motion Control lässt sich die Zahl der Leerbeutel mittels Produkterkennung und der Bibliothekfunktion „No Product – No Bag“ sehr einfach reduzieren. Diese Funktion schaltet alle Achsen bis auf die Produktzufuhr automatisch ab. Weiteres Optimierungspotenzial besteht darin, den Folienantrieb im Rahmen des mechanisch Machbaren möglichst schnell abzubremsen und zu beschleunigen.

Bei Naturprodukten wie Paprika variiert die Größe – eine jeweils angepasste Folienlänge spart hier schnell viel Material.
(Bild: Mediagram – Adobe Stock)

Entwicklungsprojekt: Losgröße 1 in serieller Produktion

Ein besonders großes Einsparpotenzial hinsichtlich der Schlauchbeutelabmaße bieten Naturprodukte wie Gemüse oder Obst. Aufgrund ihrer variierenden Größe wird die Schlauchbeutellänge üblicherweise auf ein einheitliches Maximalmaß abgestimmt. Pro Schlauchbeutel sind dies bei der Verpackung, beispielsweise von Paprika, regelmäßig 3 bis 4 cm verschwendete Verpackungsfolie. Um eine von Verpackungsgut zu Verpackungsgut variierende minimierte Schlauchbeutellänge zu realisieren, muss die Quersiegelung für jedes Produkt mit einer individuellen Kurvenscheibe gesteuert werden. Die Kurvenscheiben müssen mehrere Bedingungen erfüllen:

  • Während der Quersiegelung (Position der Schweißphase auf der Folie) entspricht die Umfangsgeschwindigkeit der Quersiegelungswalze genau der Foliengeschwindigkeit.
  • Der Mittelpunkt der Schweißphase markiert das Ende einer Kurvenscheibe und den Beginn einer neuen Kurvenscheibe. Die Endgeschwindigkeit der Kurvenscheibe 1 muss identisch sein mit der Anfangsgeschwindigkeit der darauffolgenden Kurvenscheibe 2, um einen ruckfreien Antrieb zu gewährleisten.
  • Der Kurvenverlauf soll harmonisch verlaufen, um den Antriebsmotor und die Mechanik nicht zu überlasten.
  • Die Kurvenscheiben müssen zur Laufzeit berechnet und „ausgewechselt“ werden können, da erst zur Laufzeit die Verpackungslängen bekannt sind.
Beispielhafte Automatisierungslösung für eine Schlauchbeutelmaschine mit Bibliothekfunktionen.
(Bild: Jetter)

Dynamisches Ein- und Auskoppeln von Kurvenscheiben

Mit der Jetter-Steuerungstechnologie können obige Bedingungen für die Kurvenscheiben besonders komfortabel gelöst werden. Achim Wenz, Technischer Vertrieb bei Jetter, erklärt dazu: „Wir berechnen die Kurvenscheiben über ein Polynom 7. Ordnung. Die Stützpunkte des Polynoms ergeben sich aus den kinematischen Bedingungen, wie Anfangs- und Endposition und die Geschwindigkeit der Längssiegeleinheit. Viele andere Steuerungssysteme benutzen für Kurvenscheiben noch statische Tabellen, das heißt die Berechnung der Kurvenscheiben offline für jede Schlauchbeutellänge und kann erst danach in die Steuerung geladen werden. Für Anpassungen während der Laufzeit ist das nicht praktikabel.“ Die Jetter-Lösung ist deutlich flexibler, denn die Kurvenscheiben werden zur Laufzeit intern berechnet. Dadurch ist es leicht möglich, nach jeder Kurvenscheibe eine neue Kurvenscheibe „online“ zu laden. Dieses dynamische Ein- und Auskoppeln von Kurvenscheiben – auch für Losgröße 1 – ist in der Jetter Packaging-Bibliothek mit der Software Jetsym programmierbar.

Jetsym verwendet als Programmiersprache STX, eine Weiterentwicklung des strukturierten Textes nach IEC-61131-3. Die Packaging-Bibliothek enthält speziell für Verpackungsmaschinen eine komplette Sammlung vorgefertigter Technologiemodule mit den benötigten MC-Funktionen und ermöglicht eine besonders einfache Programmierung Pack-ML-konformer Verpackungsmaschinen. Ausgangspunkt für die Programmierung ist ein komplettes „Ready to Run“ Template-Projekt. Enthalten sind die Module Produktzuführung, Beutel formen, Folienzuführung mit Spannungsüberwachung, Tänzerregelung, Längssiegeleinheit mit Temperaturregelung und Druckmarkenkontrolle, Quersiegeleinheit mit Temperaturregelung, Produktabtransport und Überwachungsfunktionen. Die Module lassen sich anpassen, ändern und erweitern. Auch eigene Technologie-Module sind leicht zu integrieren. Der Code des Template-Projektes wird Teil des individuellen Anwendungsprogramms. Es enthält Instanzen der Bibliotheksmodule und verbindet diese Instanzen.

Schlauchbeutel sollten so eng wie möglich an das jeweilige Produkte angepasst sein.
(Bild: Butenkow – Adobe Stock)

Entwicklungsprojekt Agiles Verpacken

Wenz erklärt zu diesem Projekt: „Der Maschinenbau möchte möglichst keine Sonderlösungen, sondern eine standardisierte Antriebstechnik. Dem kommt die Jetter-Steuerungstechnologie sehr entgegen. Die nötige Flexibilität für die Verpackung in Losgröße 1 decken wir steuerungstechnisch mit unseren MC-Modulen, einem virtuellen Master sowie der neuen Packaging-Bibliothek ab. Diese Library befindet sich aktuell noch in der Entwicklung. Unser Ziel ist es, in Zusammenarbeit mit dem Verpackungsmaschinenbau, die Möglichkeiten der Jetter-Steuerungstechnik voll auszunutzen, um so den Folienverbrauch und die TCO spürbar zu reduzieren – ohne dass große Anpassungen an der Maschine erforderlich werden.“

Über den Autor
Autorenbild
Jochen Weyershäuser, Abteilungsleiter Marketing, Jetter

Über die Firma
Jetter AG
Ludwigsburg
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