Home Themen Verpackungsmaschinen und -geräte Die Kunst der Kartonaufstellung

Special Automatisierung/Robotik

Die Kunst der Kartonaufstellung

Vakuum-Saugnäpfe
Vakuum-Saugnäpfe sind weit verbreitet in Verpackungsprozessen. Für einen effizienten Betrieb gilt es, einige Punkte zu beachten.
(Bild: Piab)

Die Kartonaufstellung spielt in nahezu jeder Branche eine wichtige Rolle bei der Verpackung. Flache Kartons werden in einem Magazin oder Gestell gestapelt und durch Schienen oder Halteleisten an Ort und Stelle gehalten. Typischerweise werden die Kartons mithilfe von Saugnäpfen und Vakuumpumpen aus dem Magazin entfernt. Dies erfolgt mittels einer simultanen Hin- und Her- oder einer Drehbewegung.

Diese Prozesse können schnell und reibungslos ablaufen, oder für Mitarbeiter einen großen Engpass und ein Ergonomieproblem darstellen. Eine Reihe von Kunden aus verschiedenen Branchen, vom Lebensmittelsektor bis zur Unterhaltungselektronik, haben sich an die Experten von Piab gewandt, um eine optimierte Lösung zu finden.

Mechanische Pumpen sind eine teure Lösung

Mechanische Pumpen verursachen häufig mehrere Probleme: Sind sie beispielsweise nicht ölfrei, aber ihre Filter verstopfen durch Staub, kann sich ein Ölnebel in die Umwelt ausbreiten – ein absolutes No-Go in der Lebensmittelindustrie. Aufgrund der hohen Anzahl beweglicher Teile sind mechanische Pumpen ebenso anfällig für Ausfälle und Reparaturen, oder benötigen regelmäßig Wartung in vergleichbar kurzen Intervallen. Die Mitarbeiter müssen dafür diese schweren Geräte anheben, um Zugang zum „Übeltäter“ zu erhalten, was zu häufigen Maschinenstillstandzeiten führt. Hinzu kommen billige Saugnäpfe, die in der Regel in kurzen Abständen ausgetauscht werden müssen. 

Eine stressfreie Alternative ist eine Kombination von Vakuumpumpen mit materialspezifischen Saugnäpfen. Da Wellpappe ein poröses Material ist, ist die Auswahl der richtigen Ejektoren und Saugnäpfe von entscheidender Bedeutung, weil die Luftströmungsrate durch das Material selbst auch innerhalb einer genau definierten Qualität variiert. In Bezug auf die Saugnäpfe hängt die Luftleckage davon ab, wie gut die Saugnapflippe die gewellte Oberfläche abdichtet, was ebenfalls von Zyklus zu Zyklus oder von Karton zu Karton variieren kann.

Überdimensionierung erhöht die Kosten

Daher wird bei der Konstruktion eines Vakuumhandhabungssystems für Wellpappenmaterial meist das Worst-Case-Szenario hinsichtlich der Leckage angenommen und das System entsprechend so dimensioniert, dass in jedem Zyklus eine ausreichende Greifkraft vorhanden ist. Der Kompromiss ist also, das System zu „überdimensionieren“. Dies führt jedoch zu zusätzlichen Kosten für Energie, um für die meisten Zyklen einen Vakuumfluss zu erzeugen. Ein Feldtest an Kartonaufrichtmaschinen bei einem globalen Lebensmittelunternehmen ergab, dass das System hinsichtlich des Energieverbrauchs um bis zu 43 Prozent überdimensioniert war, um „Ausreißer“ bei den Leckagevarianten auf dem Kartonmaterial zu handeln.

In einem porösen System strömt atmosphärische Luft am Vakuumpunkt durch Objekte durch. Entsprechend ist die Menge an Vakuum entscheidend, die eine Pumpe erzeugen kann. Das Vakuumsystem muss die ausgetretene Luft kompensieren, um ein bestimmtes Vakuumniveau aufrechtzuerhalten. Der Energieverbrauch eines porösen Systems steigt asymptotisch mit dem Vakuumniveau. Dies bedeutet, dass eine Verdoppelung des Vakuumniveaus möglicherweise das Zehnfache der Energiemenge erfordert. Daher sollte das Vakuumniveaus möglichst auf einem Minimum gehalten werden.

Regler
Regler ermöglichen ein konstantes Vakuumniveau.
(Bild: Piab)

Vakuumniveau konstant halten

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dies zu erreichen. Eine besteht darin, Saugnäpfe mit einem großen Durchmesser zu verwenden, da größere Aufnahmebereiche die Hebekapazität erhöhen und den erforderlichen Vakuumdruck verringern. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein dezentrales Vakuumsystem mit mehreren kleineren Pumpen dort, wo das Vakuum benötigt wird, zu entwerfen, anstatt ein zentrales System mit einer zentral platzierten Pumpe. In einem zentralen System entstehen aufgrund der langen Schläuche, Biegungen, Gewinde, Ventile und Filter große Verluste, die durch die Verwendung einer größeren Vakuumpumpe ausgeglichen werden müssen.

Alternativ, um einen wirtschaftlichen, energieeffizienten und schonenderen Prozess zu erreichen und Beschädigungen oder Saugnapfspuren auf den Kartons zu vermeiden, sollte der Förderdruck zur luftbetriebenen Pumpe von Zyklus zu Zyklus variieren, um das Vakuumniveau konstant zu halten. Dies ist durch einen Luftdruckregler möglich. Zu diesem Zweck hat Piab Pi-Save entwickelt. Dieser Regler erfasst das Vakuum von der Pumpe an einem Messanschluss und regelt es so, dass ein konstantes Vakuumniveau erreicht wird, indem der Luftdruck zur Vakuumpumpe vorübergehend erhöht oder verringert wird. Dadurch wird das Vakuum nur bei Bedarf eingeschaltet und das Vakuumniveau kann entsprechend gesteuert werden. Entsprechend wird nur die Energie, die für den Prozess erforderlich ist, eingesetzt. Anfänglich beginnt der Prozess mit maximalem Druck, bis das eingestellte Vakuumniveau erreicht ist, um die größtmögliche Leistung und Aufnahmegeschwindigkeit zu erreichen, mit der die Saugnäpfe die Kartons an der Oberfläche aufnehmen.

Höhere Flexibilität durch sensible Ventile

Aufgrund des Bedarfs an flexiblen Maschinen, die in der Lage sind, unterschiedliche Kartongrößen zu handhaben und diesen Vorgang unabhängig von der Ausrichtung optimal in den gesamten Maschinenaufbau zu integrieren, spielen Ventile eine immer größere Rolle bei der Konstruktion von Vakuumsystemen für Kartonageaufrichter. Während die meisten herkömmlichen Durchflussregelventile von der Schwerkraft abhängen, hat Piab das Pi-Save Sense-Ventil entwickelt, das genau diese Anforderungen erfüllt und unabhängig vom Winkel oder der Ausrichtung in alle Richtungen arbeiten kann. Das Vakuumrückschlagventil ermöglicht es, auch wenn einige Saugnäpfen das Objekt verfehlen, ein ausreichendes Vakuumniveau im System mit schnellen Reaktions- und Freigabezeiten aufrechtzuerhalten. Dies ist eine wichtige Funktion, um die Handhabung jeder Kartongröße von klein bis groß zu ermöglichen. Diese Ventile werden normalerweise in einem zentralen Vakuumsystem eingesetzt, eines für jeden Saugnapf. Sie ermöglichen den Einsatz einer kleineren Vakuumpumpe und sparen Energie – ein wichtiger Kostenfaktor sowohl bei der Erstinvestition als auch im Dauerbetrieb.

Weniger Druckluft bei selber Leistung

Da die Vakuumpumpen von Piab weder Verschleißteile wie Schieber enthalten noch gewartet werden müssen, können Wartungskosten und die damit verbundenen Ausfallzeiten vermieden werden. Darüber hinaus minimiert die Vakuumtechnologie Coax von Piab den Energieverbrauch und bietet aufgrund des hohen anfänglichen Vakuumflusses einen sicheren und schnellen Halt. Coax-Ejektoren sind bis zu doppelt so schnell wie andere Ejektoren und liefern dreimal mehr Durchfluss als herkömmliche Vakuum-Ejektoren mit identischem Luftverbrauch. Die Pumpeneinheit kann auch bei niedrigem oder schwankendem Versorgungsdruck eine hohe Leistung liefern. Dies wurde in unabhängigen Vergleichstests am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Dresden nachgewiesen. Diese haben gezeigt, dass die Piab-Ejektoren im Vergleich zu Ejektoren anderer Hersteller deutlich weniger Druckluft benötigen, um die selbe Leistung zu erzielen. Dementsprechend reduziert ihr Einsatz die Kosten für die Bereitstellung von Druckluft und damit die Gesamtproduktionskosten.

Auswahl des richtigen Saugnapfes

Saugnäpfe bieten im Vergleich zu anderen Methoden eine sanfte Greiflösung und beschädigen bei sachgemäßer Verwendung die Oberfläche des Kartons nicht. Die mögliche Greifkraft von Saugnäpfen ist für die meisten Kartonanwendungen mehr als ausreichend.

Abhängig von der Geschwindigkeit, die erforderlich ist, um Kartons innerhalb einer bestimmten Zeit in der Prozesslinie aufzustellen, werden verschiedene Saugnäpfe und Vakuumpumpen integriert. Für eine kontinuierliche Produktion mit hoher Geschwindigkeit bieten insbesondere die konfigurierbaren Pi-Grip- und Duraflex-Saugnäpfe von Piab mit extra langen und weichen Dichtlippen sowie steifen Bälgen einen guten Griff auf Karton oder anderen porösen oder flexiblen Materialen.

Für Verpackungsprozesse wie das Beladen der Kartons mit Beuteln reicht es normalerweise aus, alle fünf bis zehn Sekunden eine Box aufzustellen. Für diese weniger anspruchsvollen Aufgaben bietet Piab eine große Auswahl an weiteren Saugnäpfen und Vakuumpumpen aus seinem breiten Produktportfolio mit einem entsprechenden Kosten-Leistungs-Niveau für alle Arten von Kartonaufrichtern an.

Durch die Kombination der Vakuum-Ejektoren und Saugnäpfe von Piab konnten Kunden ihren Betriebszyklus zwischen 20 und 70 Prozent reduzieren oder die Wartungs- und Reparaturkosten um mehr als 80 Prozent senken und gleichzeitig die Maschinenverfügbarkeit und die Sicherheit der Arbeitsumgebung erhöhen.

Über die Autorin
Autorenbild
Andrea Bodenhagen

Global Ownership Content Manager, Piab

Über die Firma
PIAB Vakuum GmbH
Butzbach
Newsletter

Das Neueste von
neue verpackung direkt in Ihren Posteingang!