Vibrationstechnik stabilisiert den Verpackungsprozess von Schrauben

Schüttgüter stellen automatisierte Verpackungsprozesse vor besondere Herausforderungen. Anders als formstabile Einzelprodukte nehmen Schrauben nach dem Einfüllen keine definierte Lage ein. Sie können sich aufrichten, ineinander verhaken oder lokal verdichten. Gerade bei kleinen Gebinden und hohen Taktleistungen reichen einzelne ungünstig positionierte Teile aus, um den nachfolgenden Prozess zu beeinträchtigen.

Wie relevant solche Effekte für die Anlagenverfügbarkeit werden können, zeigt das Beispiel von Spax. Auf vier Verpackungslinien werden dort unterschiedliche Schraubentypen automatisiert in Kartons abgefüllt. Die Anlagen arbeiten mit einer Leistung von 33 Verpackungen pro Minute und decken ein vergleichsweise breites Produktspektrum ab: Die verarbeiteten Schrauben reichen von 3 × 12 bis 5 × 60 mm, die Füllmengen von 16 bis 1.000 Stück je Packung. Insgesamt kommen vier unterschiedliche Gebindegrößen zum Einsatz.

Wenn einzelne Schrauben die Linie stoppen

Problematisch war insbesondere der Zustand des Schüttguts unmittelbar nach dem Abfüllen. Bei bestimmten Schraubenabmessungen blieben einzelne Teile nahezu senkrecht stehen oder ragten infolge gegenseitiger Verhakungen aus dem Gebinde heraus. Diese sogenannte Igelbildung hatte zwei Folgen: Beim anschließenden Verschließen konnten Schrauben die Verpackung durchstoßen. In anderen Fällen erkannten beziehungsweise blockierten überstehende Schrauben den weiteren Maschinenablauf und die Verpackungslinie kam zum Stillstand.

Je nach verarbeitetem Produkt summierten sich diese Unterbrechungen auf bis zu 30 % der Linienlaufzeit. Damit wurde nicht die eigentliche Abfüllleistung, sondern der vergleichsweise kurze Übergang zwischen Befüllen und Verschließen zum kritischen Prozessschritt.

Bei einer Taktleistung von 33 Packungen pro Minute wirken sich solche Störungen besonders stark aus. Denn jeder ungeplante Halt unterbricht nicht nur den kontinuierlichen Materialfluss. Bediener müssen eingreifen, die Ursache beseitigen und den automatisierten Ablauf erneut starten. Gleichzeitig steigt das Risiko beschädigter Verpackungen und damit von Ausschuss.

Schüttstruktur gezielt beeinflussen

Spax suchte deshalb nach einer Möglichkeit, nicht erst die Auswirkungen überstehender Schrauben zu behandeln, sondern deren Entstehung möglichst unmittelbar nach der Befüllung zu verhindern. Gemeinsam mit Netter Vibration wurde eine Lösung entwickelt, bei der das frisch abgefüllte Gebinde kurzzeitig einer definierten Vibration ausgesetzt wird.

Dazu wurde an jeder der vier Linien ein Vibrationstisch in die bestehende Verpackungsstraße integriert. Die Schwingung versetzt die Schrauben für kurze Zeit kontrolliert in Bewegung. Gegenseitige Verhakungen können sich lösen, aufgerichtete Schrauben legen sich tendenziell horizontaler ab und das Schüttgut verteilt sich gleichmäßiger innerhalb des Kartons.

Entscheidend ist dabei, dass die Vibration nicht als zusätzlicher Bearbeitungsschritt außerhalb der Linie erfolgt, sondern direkt in den bestehenden Materialfluss eingebunden ist. Die Gebinde müssen weder ausgeschleust noch separat behandelt werden.

Die Auslegung einer solchen Lösung hängt entsprechend stark von Produkt und Prozess ab. Schraubengeometrie, Füllmenge, Gebindeabmessungen und die zur Verfügung stehende Zeit bestimmen, wie die Schwingungsanregung gestaltet werden muss. Bei Spax kommen für den Antrieb der Vibrationstische NTK-Vibratoren zum Einsatz.

Nachrüstung unter den vorhandenen Förderbändern

Eine weitere Anforderung bestand darin, die vorhandenen Verpackungslinien möglichst wenig zu verändern. Die vier Vibrationstische wurden deshalb unterhalb der bestehenden Förderbänder installiert. Grundlegende Umbauten an der Verpackungsstraße waren nicht erforderlich.

Montage und Inbetriebnahme dauerten nach Angaben des Unternehmens rund zwei Stunden je Linie. Auch die nachfolgenden Prozessschritte konnten unverändert bleiben. Insbesondere das automatisierte Verschließen und Verkleben der Kartons durch einen automatischen Verschließer musste nicht angepasst werden.

Steuerungstechnisch ist die Lösung bewusst einfach gehalten. Nicht jede Schraubenvariante neigt gleichermaßen zur Igelbildung.

Die Vibration wird deshalb nur bei störungsanfälligen Produkten benötigt. Der Vibrationstisch wird produktabhängig manuell zugeschaltet und bleibt während der Bearbeitung des jeweiligen Batches aktiv. Anschließend wird er wieder deaktiviert.

Damit verzichtet Spax auf eine zusätzliche komplexe Automatisierung an einer Stelle, an der sie für die konkrete Anwendung keinen zusätzlichen Nutzen bringen würde. Die Prozessmaßnahme wird nur dann eingesetzt, wenn Produktgeometrie und Füllsituation sie tatsächlich erforderlich machen.

Stillstandszeiten nahezu eliminiert

Der Effekt auf die Anlagenverfügbarkeit ist deutlich. Die zuvor produktabhängig auftretenden Störungen und Stillstandszeiten konnten nach Angaben von Spax durch die Vibrationstische auf nahezu null reduziert werden.

Maßgeblich dafür ist die veränderte Lage der Schrauben im Gebinde. Überstehende Teile werden durch die Schwingungsanregung stärker in eine horizontale Orientierung gebracht. Dadurch sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass Schrauben beim Verschließen mit dem Karton oder der Verpackungsmaschine kollidieren.

Negative Auswirkungen der Vibration auf die Verpackungen wurden dabei nicht festgestellt. Auch die zusätzliche Geräuschentwicklung spielt im Betrieb praktisch keine Rolle: Der Eigenlärm der Vibrationstische wird vom Geräuschpegel der vorhandenen Abfüll- und Verpackungsmaschinen überlagert.

Neben den unmittelbaren Maschinenstillständen hat sich nach Angaben des Betreibers auch der Verschleiß- und Wartungsaufwand erheblich reduziert. Das ist plausibel, da weniger Störsituationen gleichzeitig weniger ungeplante Eingriffe und mechanische Belastungen im nachgelagerten Verschließprozess bedeuten.

Nutzen geht über die reine Anlagenverfügbarkeit hinaus

Das Unternehmen Spax gibt an, dass sich die Nachrüstung bereits nach kurzer Zeit amortisiert habe. Angesichts der zuvor bei einzelnen Produkten erreichten Stillstandsanteile von bis zu 30 % liegt der wirtschaftliche Hebel vor allem in der zurückgewonnenen produktiven Maschinenzeit.

Aus Betreibersicht kommt ein weiterer Faktor hinzu: Sinkt die Zahl der Ablaufstörungen, verringert sich zugleich der Bedarf an manuellen Eingriffen. Die Mitarbeitenden müssen seltener auf Maschinenstopps reagieren oder fehlerhafte Packungen aus dem Prozess nehmen. Spax berichtet entsprechend auch von einer positiveren Bewertung der Arbeit an den betroffenen Linien.

Hinzu kommt die Reduzierung von Ausschuss. Wenn keine Schrauben mehr aus den Gebinden herausragen oder beim Verschließen die Verpackung beschädigen, steigt nicht nur die Prozessstabilität, sondern auch die Zahl der fehlerfrei produzierten Packungen.

Für Spax ist die Vibrationstechnik damit vor allem ein Mittel, um einen bislang schwer kontrollierbaren Übergang im Verpackungsprozess reproduzierbarer zu machen. Weitere Systeme für zusätzliche Linien oder Anwendungen sind nach Unternehmensangaben deshalb eine Option.

Gesamtverantwortung statt Schnittstellenfrust

Wenn Einzelmaschinen perfekt arbeiten, heißt das noch lange nicht, dass die Linie stabil läuft. Das Beispiel Schmincke zeigt, wie integrierte Verantwortung und klare Schnittstellen aus drei Aggregaten ein zuverlässiges Gesamtsystem machen.

Susanne Schörner-Richter