Umweltschutz Verpackungslinien nachhaltig automatisieren

Von Arndt Neues*

Hersteller sind heute gefordert, den Einsatz von Kunststoffen deutlich zu reduzieren. Zugleich müssen sie strenge Hygienevorgaben einhalten und die Produktsicherheit gewährleisten. Dieser Beitrag beschreibt anhand konkreter Anwendungsszenarien Lösungen für die Automatisierung nachhaltiger Verpackungslinien.

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Eine zukunftssichere Fertigung mit Automatisierungs- und Robotertechnik kann mit unterschiedlichen Materialien arbeiten.
Eine zukunftssichere Fertigung mit Automatisierungs- und Robotertechnik kann mit unterschiedlichen Materialien arbeiten.
(Bild: Omron)

Verpackung und Nachhaltigkeit scheinen oft nur schwer vereinbar. Dabei schließen sich Kunststoff und Umweltschutz nicht per se aus, wenn innovative Strategien und Automatisierungstechnologie zum Einsatz kommen. Hersteller der weltweiten FMCG-Industrie und anderer Branchen sind derzeit einerseits gefordert, den Einsatz von Kunststoffen deutlich zu reduzieren; gleichzeitig müssen sie strenge Hygienevorgaben einhalten sowie einen verlässlichen Verkauf und die Sicherheit ihrer Waren gewährleisten. Neue Verpackungsprozesse, Ansätze, Lösungen und Technologien müssen implementiert werden. Automatisierte Abläufe in Produktion, Lager und Logistik sind hierbei die Kernthemen.

Nachhaltigere Verpackungsabläufe realisieren

Es lohnt sich, konkrete Einsatzszenarien, beispielsweise das Verfügen neuer Materialien und flexiblere Abläufe, unter die Lupe zu nehmen, die zeigen, wie sich „nachhaltigere Verpackungsabläufe“ realisieren lassen.

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Polymere bieten einige Vorteile, wie etwa den Schutz des Produktes. Außerdem sind sie leicht zu formen und punkten mit leichtem Gewicht, Hygiene, Barrieren und einfachem Transport. Auch gegenüber Alternativen wie Metall oder Glas haben sie oft die Nase vorn, denn diese benötigen mehr Energie bei Herstellung, Transport und Recycling.

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Dennoch ist unumstritten, dass die Menge des weltweit produzierten und genutzten Kunststoffs zum Wohle der Umwelt dringend eingedämmt und recycelt werden muss: Wurden 1950 erst 2,3 Mio. t Kunststoff hergestellt, waren es 2015 bereits 448 Mio. t und 2050 könnten es rund 900 Mio. t sein. Die Aufgabe der Verpackungsindustrie besteht nun darin, Alternativen zu entwickeln, die die Nachhaltigkeit stärken, Abfall reduzieren und den Energieverbrauch minimieren.

Unterschiedlich Lösungsansätze und worauf es dabei ankommt

Die Industrie verfolgt unterschiedlichste Ansätze, Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Zum sind einen die Umstellung auf dünnere Verpackungen, andere Formate, schmalere Siegelnähte und leichtere Gewichte, aber auch Monomaterialien, papierbasierte Alternativen und Biopolymeren, sowie ein erhöhter Anteil an recyceltem Material sind ein Weg zu mehr Nachhaltigkeit. Zugleich sollten Unternehmen ihrer Anlagen auf neue Materialien umstellen und Einstellungen gegebenenfalls anpassen. Eine Verknüpfung und Verwaltung neuer Maschine-zu-Maschine-Informationen ist sinnvoll. Außerdem muss die Leistung der Maschinen unter den neuen Bedingungen kontrolliert und Abfall so weit wie möglich vermieden werden.

Soweit die Theorie. Doch wie lassen sich nachhaltige Verpackungsabläufe konkret realisieren? Die folgenden sechs Punkte geben Aufschluss, worauf es ankommt:

1. Siegeln – Selbstoptimierung der Maschinen

Mit der Änderung des Materials gehen geänderte Prozessparameter und häufig kleinere Prozessfenster einher. Nehmen wir als Beispiel die vertikale Form-Füll-Siegel-Maschine (VFFS): Omrons adaptive Regeltechnologie ermöglicht eine bedienerlose Ermittlung der Prozessparameter und gewährleistet so den optimalen Prozess für neue Materialien. Die aufwendige Suche nach richtigen Parametern entfällt, schnelle Inbetriebnahme, reproduzierbare Qualität und schnelle Chargenwechsel sind das Ergebnis. Verschiedenste Variablen wie Temperatur, Druck, Geschwindigkeit und deren Abhängigkeiten voneinander wie etwa bei Synchronisationsaufgaben gehen ein.

2. Gewährleistung von Qualität und Sicherheit bei Umstellung auf neue Materialien

Werden nachhaltigere Materialien für die Verpackung verwendet, ist es essentiell, die Qualität des Endprodukts zu gewährleisten. Bei der Herstellung sollten insbesondere typische Probleme bei der Primärverpackung wie Materialstaus oder -risse, schlechte Siegelqualität oder falsche Etikettierung vermieden werden. So haben beispielsweise papierbasierte Materialien eine andere Reiß- und Durchstoßfestigkeit, was eine präzisere Kontrolle bei der Verpackungsformung erfordert, und Schrumpffolie aus recyceltem Kunststoff hat ganz andere Schrumpfeigenschaften als Folie aus neuem Material, was eine adaptive, genaue Steuerung der Schrumpftemperatur voraussetzt. Das Blasen und Verarbeiten von Behältern aus Recycklingmaterialien bringt neue Fehlerquellen. Moderne Bildverarbeitungssysteme sind auf diese Anforderungen hin ausgelegt.

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3. Systemische Ansätze helfen bei Varianzen mit Recyclingmaterialien

Materialänderungen können die Leistung der Verpackungsabläufe und Maschinen beeinträchtigen. Hersteller müssen etwa kontrollieren, ob beim Umwickeln mit Folie Integrität und Stabilität gewährleistet sind. Sie benötigen eine Lösung, die eine enge Kontrolle von Temperatur und Bewegung ermöglicht, die Spannung aufrechterhält und sicherstellt, dass eine Sekundär- oder Tertiärverpackung korrekt eingewickelt wird. Damit nicht genug, denn bei Änderungen der Materialzusammensetzung muss auch analysiert werden, ob Maschinen wie beispielsweise Schlauchbeutelmaschinen den Durchsatz und die Spannungskontrolle aufrechterhalten, ohne die Leistung oder Qualität des Endprodukts zu beeinträchtigen. Nur durch eine genaue Überwachung der Folienspannung und Steuerung der Prozessparameter wird ein Produkt hergestellt, das die Spezifikation erfüllt und Falten und Dehnungen vermeidet.

Buchtipp

Das Buch „Strukturierte Automatisierungssysteme“ ist ein praktischer Leitfaden für alle Anwender, die nach individuellen Lösungen in der Prozessautomation suchen. Beginnend mit der Erstellung von Lasten- und Pflichtenheft über die Komponentenauswahl bis hin zu Faktoren wie Echtzeit-Kommunikation und Maschinensicherheit widmet sich das Buch rundum allen Aspekten der Automatisierungstechnik.[HS1]

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4. Flexibles und nahtloses Handling

Handling-Arbeitsabläufe, die durch Sortier- oder Pick-and-Place-Lösungen unterstützt werden, müssen präzise und problemlos wiederholbar sein – auch dann, wenn Verpackungen kleiner werden. Ein Beispiel ist die Platzierung von Trays in einzelhandelsgerechte Tertiärbehälter. Beim Handling müssen alle Produkte einwandfrei gesehen werden, wenn diese etwa in den Verpackungsbereich gelangen. Auch eine schnelle Kommunikation zwischen Bildverarbeitungssystem, Förderband und Roboter bei Beachtung des erforderlichen Durchsatzes ist erforderlich. Die einfache Änderung der Roboterparameter unterstützt das Umstellen auf neue Produkte oder Materialien.

5. Hochauflösende Servos unterstützen Verschließprozesse

Werden Verpackungen kleiner und leichter, verändert dies häufig die Größe und Form von Behältern. Das beeinflusst wiederum Verschließprozesse und andere Arbeitsabläufe. Hohe Kräfte und Drehmomente können zudem Ausschuss oder Produktionsausfälle verstärken, was zu weiteren Herausforderungen führen kann. Viele Verschließtechniken wie das Verschließen mit Kappe benötigen Servosteuerung. Hochauflösende Servos, die über ein schnelles Maschinennetzwerk wie EtherCAT verbunden sind, sind feinfühlig für solche Prozesse einstellbar.

6. Komplettlösung für nachhaltige Verpackungslinien

Statt alle genannten Aspekte einzeln anzugehen ist es ratsam, auf eine Komplettlösung für die nachhaltige Automatisierung von Verpackungslinien zu setzen. Omron unterstützt Unternehmen mit der notwendigen Technologie, um effizienter und umweltfreundlicher zu werden, Maschinen für neue recycelbare Materialien zu nutzen und die Produktqualität sicherzustellen.

Die integrierte Automatisierungsplattform Sysmac ermöglicht eine vollständige Steuerung und Verwaltung der Automatisierungsanlage. Die Maschinencontroller gestatten eine synchrone Steuerung aller Maschinenmodule und bieten Funktionen wie Motion, Robotik und Datenbankkonnektivität bis hin zur Cloud. Auch die kollaborative und mobile Robotik für Fulfilment oder Intralogistik sind integriert.

Mithilfe dieses Konzepts können Unternehmen die Lösungsarchitektur vereinfachen, Programmieraufwand reduzieren, die Produktivität optimieren und zeitgleich nachhaltiger werden. (jv)

* Arndt Neues ist Key Account Manager bei der Omron Electronics GmbH

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