Vollautomatisch verpacken

Greifer Verpacken ist in allen Branchen ein universeller Prozess – und ein zunehmend automatisierter dazu. Dies geht nicht ohne leistungsfähige Handhabungskomponenten, die immer ausgefeiltere Verpackungsvorgänge ermöglichen.

04. September 2008
Spielehandhabung mit dem Langhub-Elektrogreifer LEG. Er bietet eine extreme Steifigkeit trotz Leichtbauweise.
Bild 1: Vollautomatisch verpacken (Spielehandhabung mit dem Langhub-Elektrogreifer LEG. Er bietet eine extreme Steifigkeit trotz Leichtbauweise.)

Verpacken ist ein alltäglicher Vorgang, eine Querschnittsfunktion. Sie findet sich in fast allen Branchen und Prozessstufen, die Anwendungen sind vielschichtig. Das zahlt sich aus: Die Verpackungsbranche wächst permanent. 2007 wurden weltweit Verpackungsmaschinen für mehr als 21,8 Milliarden Euro produziert, seit 1999 stieg der Wert der in Deutschland hergestellten Verpackungsmaschinen von 3,18 auf 5,05 Milliarden Euro. Diese wachsende Wertschöpfung geht nicht nur darauf zurück, dass Güter immer intensiver verpackt werden, sondern auch auf eine Verdrängung der manuellen Verpackung. Klassischerweise ordnet die Fachwelt Verpackungsprozesse in Picking, Packing und Palletizing ein. Picking bedeutet in der Regel den Vorgang der Primärverpackung, bei dem das Produkt aufgenommen und in Verpackungen wie Flaschen, Dosen, Schachteln oder Beutel eingelegt wird. Dabei kommt das Produkt mit einem Greifer in Berührung, sodass zum Beispiel bei der Nahrungsproduktion im sogenannten Weißbereich besondere Hygieneanforderungen einzuhalten sind, um Qualität und Haltbarkeit des Nahrungsmittels nicht zu beeinträchtigen.

Auf das Picking folgt das Packing, bei dem die Primärverpackungen in Sekundär- oder auch Tertiärverpackungen gelangen. In der Regel werden die Produkte dabei nicht nur mit weiteren Verpackungen versehen, sondern auch zu größeren Verpackungseinheiten zusammengestellt. Tetrapacks, Flaschen, Beutel oder Schachteln werden dabei in Kartons oder auf Trays ausgeliefert. Im dritten Schritt, dem Palletizing werden aus den sortenrein zusammengestellten Kartons oder Trays Euro-, Industrie- und Sonderpaletten zusammengestellt, die dann in den Handel gehen.

Verpackungsautomatisierung setzt grundsätzlich die Verfügbarkeit von geeigneten Automatisierungsprodukten und –lösungen voraus. »Um für den Einsatz in der Verpackungsbranche geeignet zu sein, müssen Automatisierungslösungen neben einigen allgemeinen Anforderungen, zu denen in erster Linie die Highspeed-Tauglichkeit und die Flexibilität zählen, auch die spezielleren Anforderungen einer Branche erfüllen«, sagt Steffen Hönlinger, Marketingleiter des Geschäftsbereiches Automation bei Schunk.

Der Handhabungsspezialist Schunk hält sowohl in seinem Standard-Lieferprogramm als auch in den individuellen Leistungen seines Bereichs Systemlösungen zahlreiche Produkte und Lösungen für Verpackungsapplikationen bereit. Diese eignen sich für alle Stufen des Picking, Packing und Palletizing und berücksichtigen nicht nur allgemeine Anforderungen nach Leichtbau und Flexibilität, sondern auch speziellere wie zum Beispiel die nach Hygienesicherheit oder Reinraumtauglichkeit.

Schnelligkeit entscheidet

Zeit ist Geld – das gilt besonders in der Industrie, in der kurze Reaktionszeiten und die effiziente Auslastung der Anlagen über die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens entscheiden. Highspeed-Handhabungssysteme sind also unerlässlich, denn sie sind Voraussetzung, um in kurzer Zeit hohe Stückzahlen wirtschaftlich bewältigen zu können. In hoch dynamischen Systemen heißt das, so wenig Massen wie möglich zu bewegen, um die Taktzeiten kurz zu halten.

»Highspeed-Anwendungen sind daher eng mit Leichtbau verknüpft, und Schunk hat konsequenterweise zahlreiche Produkte gewichtsoptimiert, um sie für den Einsatz in Highspeed-Systemen fit zu machen«, erläutert Jörg Herrmann, Teamleiter Branchenmanagement im Geschäftsbereich Automation bei Schunk. So arbeiten zum Beispiel bei Schafft/Unilever zur automatisierten Verpackung der Bifi-Minisalamis Winkelgreifer der Baureihe SWG 32 in Hochgeschwindigkeits-Parallelkinematiken. Diese Greifer sind, um Öffnungszeiten zu reduzieren, mit einem zusätzlichen Pneumatikkolben ausgerüstet. Mit Schließzeiten von 20 Millisekunden und einem Eigengewicht von 69 Gramm sind sie nicht nur schnell, sondern auch leicht. Zur weiteren Massenreduzierung wurden die Greifer auf einer sehr festen und dabei sehr leichten Tragstruktur aus CFK-Werkstoff montiert. Diese verschiedenen Adaptionsmaßnahmen haben dazu geführt, dass die Minutenleistung pro Roboter 150 Teile beträgt – eine enorme Taktrate, da die Prozesssicherheit in diesem Fall gegenüber der früher eingesetzten Saugtechnik zehnmal höher ist. Leichtbau spielt aber auch dort eine Rolle, wo es nicht um höchste Taktraten geht, sondern darum, einen Verpackungsroboter oder ein Ladeportal mit möglichst leichten Komponenten auszustatten – mit dem Ziel, das effektiv zu handhabende Werkstückgewicht möglichst voll auszuschöpfen.

Schunk hat speziell für solche Anwendungen in der Verpackungsindustrie den Langhub-Elektrogreifer LEG entwickelt, der durch gezielte Anpassung der Tragstruktur an den Kraftfluss alle vorhandenen Leichtbaupotenziale konsequent ausschöpft. Bei Betrieb mit einem Servomotor erreicht der LEG, der einen Hub bis 568 Millimeter aufweist, eine Greifkraft von 1.140 Newton bei einem Eigengewicht von lediglich 9,5 Kilogramm.

Unkompliziert umstellen

Die flexible und schnelle Anpassung an Veränderungen der Produktion ist in Zeiten immer kürzerer Produktzyklen und einer immer variantenreicheren Produktpalette von zentraler Bedeutung für den Markterfolg eines Unternehmens. Flexible Anlagen und Komponenten schaffen die Voraussetzungen, um auch Verpackungsprozesse schnell und unkompliziert auf neue Produkte umstellen zu können. Greifer mit großem Hub wie der LEG oder der neu entwickelte pneumatisch angetriebene Zentrischgreifer PZH-plus handhaben viele unterschiedliche Produkte ohne Umrüstung. Mit mechatronischen Komponenten eröffnet sich zusätzlich die Möglichkeit, Linearachsen oder Greiferfinger präzise vorzupositionieren und damit Verfahr- oder Schließzeiten auf ein Minimum zu reduzieren oder Verpackungsprozesse über die Anlagensteuerung binnen weniger Minuten auf andere Typen umzustellen.

Einige Branchen stellen spezielle Anforderungen an die bei Verpackungsprozessen eingesetzten Automationskomponenten, etwa wenn Nahrungsmittel- oder Pharmahersteller hygienesichere Greifer benötigen oder unter Reinraumbedingungen produzieren und verpacken.

Schunk hält auch dafür spezielle Produkte bereit, wie zum Beispiel die Winkelgreiferserie LMG, die auf hygienekritische Anwendungen zugeschnitten ist. Bei seiner Entwicklung hat Schunk in einer ausführlichen Risikoanalyse die möglichen biologischen, chemischen und mechanischen Gefährdungen untersucht und damit die Vorgaben der DIN EN 1672-2 umgesetzt. Der Greifer besteht komplett aus Stahl 1.4571 (V4A), ist absolut korrosionsbeständig und resistent gegen Säuren, Laugen und zahlreiche Reinigungsmittel. Das Gehäuse ist frei von Fugen, Hinterschneidungen und Vertiefungen, in denen sich Teile von Nahrungsmitteln oder Reste von Reinigungsmitteln sammeln könnten. Die Dichtungen wurden so gestaltet, dass eine hygienisch einwandfreie Abdichtung gewährleistet ist, und dank der Schutzart IP 69K lässt sich der Greifer auch mit Hochdruckreinigern reinigen. Mit diesen Eigenschaften eröffnet der LMG 44 allen Branchen, die mit Reinigungsoder Hygienefragen konfrontiert sind, neue Perspektiven für die Automatisierung ihrer Prozesse – und damit nicht zuletzt auch für eine effizientere Produktion und eine bessere Positionierung im Wettbewerb.

Neben Hygienesicherheit gewinnt auch das Thema Reinraumtauglichkeit immer mehr an Bedeutung. Steigende Anforderungen an die Fertigungsqualität von Bauteilen und an die Prozessqualität von Chemikalien, Pharmazeutika und Nahrungsmitteln machen es für immer mehr Unternehmen erforderlich, die Umgebungsbedingungen von der Produktion bis zur Verpackung streng zu kontrollieren. Dabei muss vor allem die Zahl und Größe der luftgetragenen Partikel begrenzt werden. Schunk hat sich auf diesen wachsenden Bedarf an reinraumtauglichen Komponenten und Lösungen eingestellt und neben einzelnen Komponenten insgesamt zehn Baureihen verschiedener Produkttypen aus seinem Lieferprogramm zertifizieren lassen. Zu ihnen gehören zum Beispiel pneumatische Parallelgreifer, Dreifinger-Zentrischgreifer, die Drehmodul-Baureihe SRU und die Linearmodule der Baureihen LM und KLM. Diese Komponenten verpacken unter Reinraumbedingungen und ermöglichen damit eine neue Qualitätsstufe.

Erschienen in Ausgabe: 04/2008