Marmelade, Butter, Honig oder das Döschen Kaffeesahne zum Frühstück: Portionspackungen mit wenigen Gramm Inhalt sind aus der Gastronomie nicht mehr wegzudenken und auch bei Verbrauchern beliebt. Auch andere Branchen setzen längst auf dieses kleine Packungsformat: Kochhilfen wie fertige Boullions und Saucen sind in der Convenience-Küche verbreitet. Waschmittel in Kapseln unterstützen beim Dosieren, sogar Kleinteile aller Art werden in den nur wenige Zentimeter großen, tiefgezogenen Portionspackungen verpackt. Diese Packungen sind deshalb für Hersteller interessant, weil sie hohe Margen versprechen. Ein Kilo Marmelade in Portionspackungen kostet beispielsweise etwa vier Mal so viel wie die gleiche Menge vakuumverpackt. Allerdings ist deren Produktion auch teurer und aufwendiger.
Damit die Rechnung unterm Strich aufgeht, werden Portionspackungen in riesigen Stückzahlen produziert. Der angepeilte Ausstoß einer Verpackungslinie liegt bei mehreren Millionen pro Tag, die vorbereitet, befüllt, versiegelt, kontrolliert, einzeln oder in Gruppen ausgeschnitten und in Kartons verpackt werden müssen. Bei derart großen Volumina stellt das eine echte Herausforderung für Verpackungsprozess und Verpackungslinie dar, wie Hans-Jürgen Heinrich, Produktmanager für den Geschäftsbereich Automatisierung bei Multivac ausführt: „Wer täglich Millionen von Portionspackungen herstellt, muss in der Lage sein, jede einzelne Packung während des gesamten Prozesses, von der Abfüllung bis in die Umverpackung zu kontrollieren.“ Andernfalls sei die Gefahr zu groß, dass es zu untragbaren Qualitätsmängeln kommt, die sich wiederum negativ auf den Absatz auswirken oder einer Marke gar schaden.
Exakte Kontrolle trotz großer Mengen
Genau an diesem Punkt liegt nun das Problem: Eine exakte Prozesskontrolle und die Verarbeitung hoher Stückzahlen sind ein Spagat, den die meisten Verpackungslinien nur schwer bewältigen können. Der Grund für dieses Defizit liegt in den technischen Möglichkeiten der jeweiligen Verpackungsmaschine. Je schneller ihre Taktrate sein muss, um den geforderten Ausstoß zu erzielen, desto schneller müssen auch die vor- und nachgelagerten Linienkomponenten für die Befüllung, Schneidung und Handhabung arbeiten. Da kann es leicht zu einer unsauberen Ausführung der jeweiligen Prozesse oder dem Verlust der Kontrolle kommen.
Ein gutes Beispiel für diese unsaubere Ausführung ist der Prozessschritt Schneidung: Je schneller die Verpackungsmaschine taktet, desto weniger Zeit bleibt für das Versiegeln, für das Ausschneiden der Einzelpackungen aus der Folienbahn und den folgenden Transport zum Kartonieren. In den meisten Verpackungslinien werden die Portionspackungen auf einmal ausgeschnitten und fallen dann meist unorientiert auf ein Transportband, das sie zur Kartoniereinheit befördert. Häufig fehlt hier überdies die Zeit für eine detaillierte Qualitätskontrolle. Für das platzsparende, überlappte Einlegen der Portionspackungen in den Karton muss zudem ein großer technischer Aufwand betrieben werden.
„Im Sinne einer exakten Prozesskontrolle ist es also viel sinnvoller, die Taktrate der Verpackungsmaschine soweit zu reduzieren, dass die vor- und nachgelagerten Prozesse regulierbar bleiben. Allerdings darf die angepeilte Produktionsmenge nicht unter dieser Geschwindigkeitsreduktion leiden“, betont Hans-Jürgen Heinrich. Multivac ist dieser Spagat in einigen Kundenprojekten gelungen, bei denen Portionspackungen für viskose Produkte wie Honig, Boullion, Ketchup oder Frischkäse hergestellt wurden. Das Geheimnis dieses Erfolgs liegt in der speziellen Werkzeugtechnologie, die dem Spezialisten zur Verfügung steht. Bei der Herstellung von Portionspackungen setzt der Verpackungsmaschinenbauer besonders breite Werkzeuge mit hoher Abzugslänge ein. Dadurch ist das Unternehmen in der Lage, auch bei einer vergleichsweise geringen Taktzahl von 15 Takten pro Minute circa 960 Portionspackungen auszustoßen. So kann man den Verpackungsprozess langsamer und dadurch gut regulierbar gestalten
Schnittmuster wie ein Schachbrett
Diese Entschleunigung wirkt sich positiv auf den weiteren Verarbeitungsprozess aus. Die Portionspackungen werden nicht mehr auf einmal aus der Folienbahn geschnitten, sondern in zwei aufeinander folgenden Schritten. Multivac schaltet hierfür zwei Schneidwerkzeuge hintereinander, die versetzt arbeiten. Bildlich vorstellen lässt sich dies anhand eines Schachbretts: Ein Schneidwerkzeug schneidet immer die schwarzen Karos aus, das zweite die weißen. Diese Vorgehensweise während des Schneidevorgangs hat mehrere Vorteile: Der Schneidweg je Schnittwerkzeug halbiert sich. Dadurch wird der Kraftaufwand geringer und der Prozess besser zu kontrollieren.
Zudem ist der Verpackungsmaschinenhersteller dank der Zweiteilung des Schneidprozesses in der Lage, die Stege zwischen den Packungen schmaler zu gestalten als bei herkömmlichen Verfahren. Die mechanische Belastung der Schneidwerkzeuge ist geringer, weshalb sie schlanker gestaltet werden können. Die Reduzierung der Stegbreiten hat zudem eine signifikante Auswirkung auf den Verbrauch der Verpackungsfolie, der sich erheblich auf die Wirtschaftlichkeit der Anlage auswirkt. Einsparungen von mehr als sechs bis zehn Prozent sind häufig möglich.
Die Taktreduzierung und die zweigeteilte Schneidung haben den bisherigen Verpackungsprozess gut regulierbar gemacht. Das wirkt sich positiv auf die weitere Handhabung der Portionspackungen aus. Da ein Schneidwerkzeug nur die Hälfte der Packungen ausschneidet, kann ihre Entnahme kontrolliert stattfinden. Zunächst wird die eine Hälfte der Packungen mit einem Roboter aus dem Schnittwerkzeug entnommen und auf ein mehrstufiges Bandsystem gelegt, dann die andere Hälfte. Dabei werden die Packungen direkt an den Siegelrändern überlappend abgelegt, sodass sie später ohne weitere Spreiztechnologie in den Karton eingelegt werden können. Das Mehrzugband transportiert die Packungen kontrolliert in der gewünschten Anzahl zur Kartoniereinheit, wo sie ein weiterer Roboter in Lagen in die Kartons schichtet. Zwischen den Packungslagen kann eine Zwischenlage aus Karton eingelegt werden.
Da der Abstand der Packungen, die aus dem Schneidwerkzeug genommen werden, groß genug ist, kann der Roboter die Packungen bei der Ablage auf das Band auch orientieren oder an den Siegelrändern überlappend ablegen. Um dies zu erreichen, müssten die Greifer mit einer speziellen Spreiztechnologie und vielen beweglichen Teilen ausgestattet werden, wenn alle Packungen aus einem einzigen Schnittwerkzeug entnommen werden.
Qualitätskontrolle integrieren
Dank der kontrolliert ablaufenden Handhabungsprozesse kann sehr leicht die Qualitätskontrolle auf der Linie integriert werden. Um die Qualität der Siegelnaht sicherzustellen, überprüfen Sensoren die Packungen zwischen den Prozessen Befüllung und Sieglung. Diese erkennen etwaige Verunreinigungen auf den Siegelrändern. Packungen mit verschmutzten Rändern können so bereits vor dem Siegelvorgang detektiert oder später gezielt aus dem Prozess ausgeschleust werden.
