Verpackungsmaschinen So werden Verpackungsmaschinen fit für Industrie 4.0

Autor: Anke Geipel-Kern

Das neue Transportsystem Multi-Carrier macht Abfüll- und Verpackungsmaschinen modular und hochflexibel. Ob Individualprodukt oder große Chargen – der Einsatz des von Festo und Siemens gemeinsam entwickelten linearen Transportsystems bringt Maschinenbauer Optima einen großen Schritt näher in Richtung Industrie 4.0.

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Durch 3D-Modellierungen und Simulationen können Maschinenbauer ihre Anlagen überprüfen und damit die Inbetriebnahme beschleunigen.
Durch 3D-Modellierungen und Simulationen können Maschinenbauer ihre Anlagen überprüfen und damit die Inbetriebnahme beschleunigen.
(Bild: Siemens)

Digitalisierung und Vernetzung von Produktionsketten – Industrie 4.0 wird auch in der Pharma- und Lebensmittel­produktion in naher Zukunft seine disruptive Kraft entfalten. Ob Losgröße 1, Kleinchargen, unterschiedliche Packungsformate, und -größen oder individualisierte Arznei- und Lebensmittel – ohne Automatisierung geht künftig nichts mehr.

Optima hat deshalb seine Moduline-Linie einer Effizienzkur unterworfen und setzt mittlerweile das von Siemens und Festo gemeinschaftlich entwickelte Multi-Carrier-System ein.

Das Multi-Carrier-System lässt sich in die vorhandene Intralogistik integrieren und ermöglicht es, Fertigungslinien und Maschinen schnell an unterschiedliche Formate, Größen und Produktarten sowie saisonale Anforderungen anzupassen.
Das Multi-Carrier-System lässt sich in die vorhandene Intralogistik integrieren und ermöglicht es, Fertigungslinien und Maschinen schnell an unterschiedliche Formate, Größen und Produktarten sowie saisonale Anforderungen anzupassen.
(Bild: www.siemens.com/press)

Das 2015 gestartete Pilotprojekt mündet nun in den erfolgreichen Praxiseinsatz: Die mit dem Multi-Carrier-System ausgestattete Moduline arbeitet jetzt beim Kosmetikunternehmen Dr. Kurt Wolff GmbH & Co. KG.

Schon auf der Hannover Messe 2015 hatte die Verpackungslinie einen ersten großen Auftritt und den zweiten Anfang des Jahres auf der Siemens-Hauptversammlung.

Verpackung ganz individuell

„Die zunehmende Individualisierung industriell hergestellter Produkte erfordert modulare Maschinenkonzepte, die minimale Losgrößen bei höchster Geschwindigkeit und maximaler Flexibilität ermöglichen. Produzierende Unternehmen sowie Anlagen- und Maschinenbauer suchen daher nach Lösungen, um die Flexibilität in der Fertigung zu erhöhen.

Das gemeinsam mit Festo entwickelte Multi-Carrier-System ist ein wesentlicher Beitrag dazu“, sagt Ralf-Michael Franke, CEO der Business Unit Factory Automation bei Siemens.

Linearmotoren sorgen für genaue Positionen

Technische Basis des neuen Transportsystems sind Linearmotoren von Festo für die Bewegung und genaue Positionierung der Transportwagen. Die dazugehörige Automatisierung stammt von Siemens: Mit einem ganzheitlichen Engineeringansatz und einer integrierten Motion-Control-Funktionalität lassen sich die Transportbewegungen präzise steuern und unterschiedliche Maschinenmodule in einem System koordinieren.

Verarbeitungsstationen können nach Bedarf angefahren und dort notwendige Informationen ab­gerufen werden – ein wichtiger Schritt, um Einzelwünsche in der Massenproduktion realisieren zu können.

Das System ermöglicht es, die Transportwagen gemäß der Simulation völlig frei und unabhängig voneinander zu bewegen und zu positionieren. Zudem können Wagen flexibel in das System ein- und ausgeschleust sowie in die vorhandene Intralogistik eingebunden werden. Im Resultat lassen sich so unterschiedliche Produktformate auf einer Fertigungslinie herstellen.

Formatwechsel leicht gemacht

Formatumstellungen werden von einem am Transportpuck angebrachten RFID-Tag ausgelöst. Dieser signalisiert der Maschine über einen „Code“, welche Funktionen mit welchen Parametern für die individuelle Behältnisverarbeitung zur Verfügung stehen müssen. Der Formatwechsel findet statt – die Ausbringung bleibt unverändert hoch.

In der neuesten Generation der Moduline bewegen sich die zu befüllenden Behältnisse einzeln auf multi-formatfähigen, individuell ansteuerbaren selbstfahrenden Carriern, die über Linearmotoren angetrieben werden. Um Staus zu vermeiden und minimale Puffer zu erreichen, orientieren sich diese nach den Regeln des Schwarmverhaltens – entweder einzeln oder in Pulks, aber immer völlig synchron zum Prozess.

IDie nahtlose Anbindung an die bestehende Intralogistik ermöglicht, dass die Carrier leicht in die Anlage ein- und ausgeschleust werden können. Somit lässt sich die Maschine schnell auf unterschiedliche Formate, andere Produktarten oder saisonale Anforderungen umstellen.

Auch in ihrem Aufbau ist die Maschine extrem flexibel. Mit dem Wechseln oder Ergänzen von Modulen sind Leistung und Ausstattung jederzeit anpassbar. Die Ausbringung kann von 60 Stück/min auf 120 Stück/min gesteigert oder die Verarbeitung von flüssig auf viskos oder Pulver umgestellt werden.

Flaschen, Tuben und mehr

Die Verpackungsanlage beherrscht unterschiedliche Behältnis- und Verschlusstypen: Flaschen, Tiegel, Stifte und Tuben beziehungsweise Stopfen, Tropfer, Sprühpumpen, Siegelfolien und viele mehr. Sechs unterschiedliche Dosiermodule gewährleisten die Auslegung auf die Produkteigenschaften. Funktionen wie das Ausblasen, Stanzen, Abstapeln, Heißsiegeln, Kontrollieren, Etikettieren, Vor- und Nachverschrauben, Wiegen (mit Tendenzsteuerung), Lasergravieren und andere mehr stehen zur Verfügung. Eine ideale Ergänzung können Clean-in-Place- und Robotik-Funktionen sein, die ebenso einfach zu integrieren sind.

Das Multi-Carrier-System lässt sich in die vorhandene Intralogistik integrieren. Siemens unterstützt Anwender übrigens bereits in der Design- und Konstruktionsphase bei der Modellierung und den Simulationen des Maschinendesigns.

Nachgefragt bei Martin Sauter, Geschäftsführer der Optima Consumer GmbH

Martin Sauter, Geschäftsführer der Optima Consumer GmbH: „Lineare Transportsysteme sind der richtige Weg zu mehr Flexibilität.“
Martin Sauter, Geschäftsführer der Optima Consumer GmbH: „Lineare Transportsysteme sind der richtige Weg zu mehr Flexibilität.“
(Bild: Jürgen Weller Fotografie)

Herr Sauter, Sie setzen seit 2015 in der Moduline das Multi-Carrier-System von Festo und Siemens ein. Was war für Optima der Anlass, ein lineares Transportsystem in einer Verpackungsmaschine einzusetzen?

Sauter: Die größtmögliche Flexibilität. Transportsysteme mit Linear-Antrieben bieten individuelle Bewegungsmuster an jeder Verarbeitungsstation, für jedes Format und jedes Produkt. Im ersten Projekt mit dem Multi-Carrier-Transportsystem haben wir dieses zusätzlich mit einem Puck-System kombiniert. Beide sind magnetisch miteinander verbunden. Beim Formatwechsel tauscht ein Gantry-Roboter die Pucks vollautomatisch und schnell. In Verbindung mit der Optima Moduline, in die unterschiedlichste Maschinenfunktionen (auch nachträglich) installiert werden können, erzielen wir eine bislang unerreichte Flexibilität. Der Kunde, ein bekannter mittelständischer Kosmetik-Hersteller, produziert spezifische Pflegemittel unter anderem für viele Haartypen. In der Summe entsteht eine enorme Vielfalt an Inhaltsstoffen, Behältnistypen und Etikettierungen für die internationalen Märkte – wir sprechen somit von sehr kleinen Losgrößen. Die Produktion ist jetzt äußerst flexibel – und damit massenmarktfähig.

? Welche Rolle spielt das neue Transportsystem für Optima bei der Umsetzung von Industrie 4.0?

Sauter: Die Bedeutung ist hoch. Denn die Digitalisierung der Fertigungsprozesse soll beispielsweise auch das intelligente Ansteuern und Auswählen verschiedener Verarbeitungspfade ermöglichen. Hintergrund ist, wir erhöhen damit die Effizienz, beispielsweise indem die Anlagen bestmöglich genutzt werden und Stillstand vermieden wird. Hier sind lineare Transportsysteme der richtige Weg. Gleichzeitig sind die Prozesse mit dem linearen Transportsystem so flexibel, dass die Losgröße 1 auf effiziente Weise realisierbar wird.

? Um Digitalisierung und Vernetzung voranzutreiben, müssen Maschinenbauer künftig eng mit Automatisierungsunternehmen zusammenarbeiten oder eigene Automatisierungsansätze vorantreiben. Wie stellt sich Optima hier auf?

Sauter: Für uns als Maschinenbauer ist es üblich, mit Zulieferern und Kooperationspartnern zusammenzuarbeiten, um Aufgabenstellungen unserer Kunden bestmöglich zu erfüllen. Die Kooperation mit Siemens verläuft sehr gut. Wir setzen zudem Software von Siemens ein, um die Prozesse vorab virtuell zu testen. In Verbindung mit unserem Know-how und unseren eigenen Kapazitäten entstehen daraus eigenständige Lösungen. Zudem findet bei Bedarf in der Optima Packaging Group ein Know-how-Transfer statt – intern wurde beispielsweise ein Linear-System für den Transport schwerer Produktstapel entwickelt. Diesen gewählten Mix aus externen und internen Spezialisten für die unterschiedlichsten Technologien sehen wir als sehr sinnvoll an.

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Über den Autor

 Anke Geipel-Kern

Anke Geipel-Kern

Leitende Redakteurin PROCESS/Stellvertretende Chefredakteurin PharmaTEC, PROCESS - Chemie | Pharma | Verfahrenstechnik