Verpackungstechnik Die Mutter der Porzellankiste

Autor M. A. Benedikt Hofmann

Schon seit Jahrtausenden nutzen Menschen die unterschiedlichsten Verpackungen, um beispielsweise Lebensmittel oder wertvolle Gegenstände vor äußeren Einwirkungen zu schützen. Daran hat sich bis heute nichts geändert. Auch in Industrie und Maschinenbau ist die Aufgabe einer Verpackung vorwiegend, das Transportgut zu schützen. Aber welcher Verpackungsprozess ist der richtige und wie bekommt man die Güter unbeschadet in die und aus der Verpackung? Wir wagen eine Annäherung.

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Transportkisten und Paletten aus Holz werden gerade bei größeren Teilen und ganzen Anlagen genutzt.
Transportkisten und Paletten aus Holz werden gerade bei größeren Teilen und ganzen Anlagen genutzt.
(Bild: HPE)

Ob Chipstüte, Versandkarton oder Blister – Verpackungen sind aus unserem Leben schon lange nicht mehr wegzudenken. Ganze Industrien arbeiten daran, Produkte durch Verpackungen bestmöglich zu präsentieren und vor allem zu schützen. Das gilt aber nicht nur für die sogenannten Consumerprodukte, sondern auch im industriellen Bereich. Hier müssen ebenfalls Bauteile, Ersatzteile und ganze Anlagen so verpackt werden, dass der Prozess wirtschaftlich ist und die Transportgüter bestmöglich geschützt werden. Je nach Art, Größe und Menge des Produkts bieten sich verschiedene Prozesse und Verpackungsarten an. Die Bandbreite reicht dabei von hoch automatisiert bis individuell in Handarbeit.

Die Verpackung der kleinen Teile

Am meisten Gemeinsamkeiten haben das Verpacken von Konsumgütern und industriellen Produkten da, wo es vorwiegend um kleine Teile geht, die mit einer Maschine gehandhabt werden können. Das können beispielsweise elektronische Halbzeuge, mechanische Komponenten und chemische Gebinde sein. Häufig handelt es sich um aufwendig hergestellte, teure oder empfindliche Produkte – oder um dringend benötigte Teile, die just in time angeliefert und dem Produktionsprozess zugeführt werden. „Der Produktschutz spielt daher bei allen Beteiligten der Prozesskette, also Herstellern, Versendern, Großhandel und auch Kunden, eine wichtige Rolle“, erklärt Valeska Haux, Senior Director Corporate Marketing bei Multivac, einem Spezialisten für Verpackungslösungen. „Die Gefahr von Beschädigungen während des Transportes, beim Umladen oder bei der Lagerung ist sehr hoch. Zudem sind die Produkte klimatischen und anderen Belastungen ausgesetzt. Eine Verpackung, die in einem hochindustriellen Verpackungsprozess erzeugt wird, die gesetzlichen Regelungen sowie branchenüblichen Standards entspricht und die das Produkt vor allem wirkungsvoll schützt, ist also unerlässlich, gerade für solche Branchen.“

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Um sich der Frage zu nähern, was eine Verpackungsmaschine in diesem Bereich leisten muss, ist es Haux zufolge hilfreich, einen Blick auf die Anforderungen im Unternehmen zu werfen: Hersteller von mechanischen Komponenten und Bauteilen verfügen demnach beispielsweise häufig über ein sehr breites Spektrum an Produkten, die sie in unterschiedlichen Zusammenstellungen, Packungsgrößen und Packstoffen auf den Markt bringen. In der Regel kommt in einem Betrieb eine Verpackungsmaschine zur Bewältigung einer hohen Variantenvielfalt zum Einsatz. Der Ausstoß ist sehr hoch, das Handling robust, den Mitarbeitern bleibt nicht viel Zeit für die Bedienung der Maschine.

„Die hieraus resultierenden Anforderungen deckt Multivac mit hocheffizienten Verpackungslösungen ab, die gleichzeitig maximale Flexibilität, hohe Verfügbarkeit, leichte Bedienbarkeit und größtmögliche Prozesssicherheit bieten“, so Haux. Weil der Verpackungsprozess unmittelbar der Produktion nachgeschaltet ist, legen Hersteller von Industriegütern auch auf Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit großen Wert, denn jeder Maschinenstillstand kostet Geld.

Ein weiterer wichtiger Aspekt betrifft der Expertin zufolge die Wirtschaftlichkeit und auch die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens, gerade aufgrund sinkender Margen. Umso wichtiger ist es also gerade für viele Industriezweige, den Verpackungsprozess den tatsächlichen Bedürfnissen anzupassen, alle Optimierungspotenziale hinsichtlich Effizienz und Automatisierungsgrad auszuschöpfen und damit die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Die Bandbreite der Möglichkeiten, mit denen sich dies erreichen lässt, reicht von der Auswahl einer geeigneten Maschine und ihrer entsprechenden Ausstattungsoptionen über die Wahl der richtigen Verpackungstechnologie bis hin zu Wechselsystemen – für die Form-, Siegel- sowie Schneidwerkzeuge – und bis zu Zuführsystemen, Handhabungsmodulen, Etikettierlösungen und auch Kontrollsystemen.

Wenn der Roboter stapelt und schichtet

Sind die Kleinteile dann verpackt, werden in Zukunft immer häufiger automatisierte Systeme dafür sorgen, dass sie korrekt auf den jeweiligen Ladungsträgern, zum Beispiel Paletten, verstaut werden. Das ist sowohl auf die immer leistungsfähigere Produktion und häufigere Produktwechsel als auch auf ergonomische Gesichtspunkte sowie älter werdende Mitarbeiter zurückzuführen.

Elmar Stöve, Geschäftsführer von Ro-Ber Industrieroboter, ist der Meinung, dass das im industriellen Umfeld bisher vernachlässigt worden ist. De-/Palettieranwendungen, aber auch Kommissionieranwendungen rücken ihm zufolge in der Industrie immer mehr in den Fokus. „Die, allgemein gesprochen, Handhabungsanwendungen im industriellen Umfeld beziehen sich beispielsweise auf die Handhabung von Kartonware, Säcken, Fässern, Kanistern, immer häufiger aber auch auf die Handhabung von Behältern“, so der Experte. „Das Produktspektrum im industriellen Bereich ist sehr umfassend.“ Als Beispiel nennt er das Handling von Behältern im Wareneingang bei einem großen Hersteller von Schaltgeräten. Dort sind Behälter bis 40 kg Einzelgewicht mit Halbzeugen zu depalettieren. Hier ist die Gesamtmasse auch inhomogen im Behälter verteilt, was die Greiftechnik komplexer machen kann. Im Warenausgang werden die Behälter mit Fertigteilen wieder palettiert, um so an das zentrale Versandzentrum geliefert zu werden. Im Extremfall übernimmt eine Roboteranlage sowohl die Palettierung als auch die Depalettierung sowie das Leerpalettenmanagement. „Natürlich sind diese Anlagen in die datentechnische Umgebung des Kunden eingebunden, um so auch Bestandsführungen online zu managen“, erklärt Stöve.

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Ein großer Vorteil, von dem seine Systeme profitieren, ist, dass sich die Anwendungen im industriellen Bereich nicht sehr von denen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie unterscheiden. So lassen sich die Technologien aus den Branchen, in denen sie schon sehr stark verwendet werden, transferieren. „Die wenigen Unterschiede liegen darin begründet, dass die Handhabungsgüter im industriellen Umfeld, wie Kartons, Fässer und auch Behälter, in der Regel schwerer sind. Außerdem sind die Umgebungsbedingungen zum Teil rauer, beispielsweise aufgrund von Staubentwicklungen, Extremen in der Umgebungstemperatur oder auch Schwankungen in der Umgebungstemperatur“, präzisiert Stöve.

Dem Experten zufolge ist es gar nicht so einfach zu sagen, wann ein solches System für ein Unternehmen sinnvoll ist. Es kommt hier auf eine genaue Prozessanalyse an. So scheint es auf den ersten Blick nicht nötig, bei einer Palettieranwendung mit nur wenigen Kartons pro Minute zu automatisieren. Allerdings müssen auch die Aufwendungen um die eigentliche Palettierung herum betrachtet werden. Gibt es häufig Artikelwechsel oder Wechsel von Palettentypen sowie viele unterschiedliche Etikettierungen, kann ein automatisches System wieder lohnend sein. Auch das Thema Ergonomie spielt hier eine Rolle und kann für Palettieranlagen sprechen.

Bewährter Rohstoff für große Kaliber

Gerade wenn größere und schwerere Teile verpackt werden müssen, greifen die Unternehmen häufig auf einen Rohstoff zurück, der aus dem B2C-Bereich fast vollständig verschwunden ist: Holz. Die Gründe dafür sind recht einleuchtend. Zum einen bietet Holz im Vergleich zu anderen Materialien immer noch ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis und, noch wichtiger, es eignet sich hervorragend für „maßgeschneiderte“ Verpackungen. „Transportverpackungen aus Holz können in jeder beliebigen Abmessung gefertigt werden, da das Grundmaterial keine fixen Baumaße kennt. So werden die vielfach verwendeten Sperrholzplatten über Formatsägen entsprechend zugeschnitten und bei größeren Abmessungen passgenau aneinandergesetzt“, beschreibt Jan Kurth, Geschäftsführer des Bundesverbands Holzpackmittel, Paletten, Exportverpackung (HPE), die Vorteile. Ähnlich verhält es sich mit Konstruktionen aus Vollholz, bei denen einzelne Bretter entsprechend zugeschnitten und aneinandergesetzt werden. Holz ist also, bezogen auf die jeweilige Abmessung des zu verpackenden Gutes, beliebig flexibel. Zudem verfügt es über gute statische Eigenschaften bei einem vergleichsweise geringen Gewicht.

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Korrosionsschutz
Mit Gasen gegen den Rost

Für solche Anforderungen sind VCI-Verpackungen vergleichsweise neu auf dem Markt. VCI steht für Volatile Corrosion Inhibitors, zu Deutsch „flüchtige Korrosionsverhinderer“. Das sind Substanzen, die aus einer Dampfphase heraus metallische Werkstoffe vor Korrosion schützen. VCI-Moleküle entfalten ihre Wirkung an der Metalloberfläche, an der sie absorbiert werden, um eine Schutzschicht gegen die Einwirkung von Sauerstoff beziehungsweise Wasser zu bilden.

Bei den VCI-Molekülen handelt es sich beispielsweise um Salze, die auf Trägermaterialien wie Papier oder Folie aufgebracht werden oder in einem Spender enthalten sind und dort allmählich verdampfen. Durch einen Zusatz zum VCI-Wirkstoff wird eine Volatilität und Polarität erzeugt und somit von der Metalloberfläche angezogen. Die VCI-Moleküle lösen sich vom Trägermaterial und besetzen die Metalloberfläche. Diese Schicht passiviert die elektrisch geladene Fläche und bildet eine Barriere, die eine Oxydation verhindert. Der Korrosionsprozess – Elektronenfluss im Metall und Ionenfluss an der Oberfläche – findet nicht statt. Die VCI-Substanzen fallen laut dem Anbieter Bantleon aus Ulm zudem nicht unter die VOC-Richtlinie, weil ihr Flammpunkt viel höher liegt. Die genauen Inhalte variieren, weil jeder Korrosionsschutz an das verpackte Metall – Stahl, Gusseisen, Buntmetall, Aluminium oder anderes – angepasst werden muss. Erhältlich sind VCI-Verpackungen in vielerlei Formen: Folien, Beutel, Papiere, Luftpolsterfolien, Spender, Hauben oder sogar individuelle, formschlüssige Verpackungen sind auf dem Markt.

Im Vergleich zu flüssigen oder festen Korrosionsschutzmitteln haben VCI-Verpackungen zwei große Vorteile: Zum einen legen sich die zunächst gasförmigen VCI-Wirkstoffe als Schutzmantel auf sämtliche Metalloberflächen – Sacklöcher, Falze, Innengewinde oder andere schwer zugängliche Bauteilgeometrien stellen kein Problem mehr dar. Zum anderen entfällt natürlich auch die Bauteilreinigung, wie der Verpackungshersteller Ströbel GmbH aus Langenzenn berichtet. Zwar können nach Angaben von Bantleon VCI-Verpackungen beim Kauf etwas teurer sein, sie rechnen sich jedoch durch eingesparte Prozessschritte beim Kunden.

Jede Form von Korrosionsschutz setzt freilich das Vermeiden korrosionsauslösender Faktoren in der Prozesskette voraus. „Die Reinigung neu produzierter Metallprodukte ist unverzichtbar“, erläutert Dr. Frank Faßbender, Leiter der Excor-Korrosionsforschung GmbH, Dresden. „Die Verantwortlichen in Produktion und Versand sollten jedoch beachten, dass sich nur mit einer gepflegten und überwachten Badqualität zufriedenstellende Ergebnisse erzielen lassen. Dünnschicht-bildende Reiniger können den Korrosionsschutz unterstützen.“

Grundsätzlich empfehlen deshalb alle VCI-Anbieter auch, stets darauf zu achten, dass die verpackten Bauteile sauber und trocken sind. Auch sollten sie nur mit Handschuhen und nicht mit den Fingern angefasst werden.

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Weil es sich um individuelle Verpackungen handelt, werden vom Kunden natürlich präzise Angaben zu dem zu verpackenden Gut benötigt. Neben den genauen Abmessungen geht es um die Frage des Gewichts, des genauen Schwerpunktes und möglicher Befestigungspunkte. „Dort, wo der Schwerpunkt liegt, muss die Statik der Verpackung möglicherweise verstärkt werden. Wichtig ist zudem, wie die Maschine transportiert und umgeschlagen wird und wohin die Reise mit welchem Transportmittel geht“, berichtet Kurth. Auf einem Schiff wirken beispielsweise andere Kräfte auf die Verpackung ein als auf dem Lkw. Muss die Kiste mit einem Kran angehoben werden, braucht es hierfür in der Regel spezielle Anschlagpunkte, die zu berücksichtigen sind. Ist das zu verpackende Teil länger unterwegs und wird zudem noch der Feuchtigkeit ausgesetzt (zum Beispiel Transport über mehrere Klimazonen), geht es noch um Fragen des Korrosionsschutzes (siehe Kastentext).

Nützliche „Handlanger“

Bei der Handhabung der Produkte, müssen sie nun in eine Verpackung (zum Beispiel Kartonage oder Holzkiste) gehoben werden oder in ihrer Verpackung bewegt werden, können Handlinggeräte eine nützliche Hilfe sein. Das gilt umso mehr vor dem Hintergrund der bereits angesprochenen steigenden Anforderungen an die Ergonomie. „Hier sind neben den erwähnten automatisierten Lösungen auch immer häufiger manuelle Hebehilfen gefragt: Sie erleichtern den Mitarbeitern das Kommissionieren kleiner Lasten in einer hohen Frequenz und ermöglichen ermüdungsfreies und gesundheitsschonendes Arbeiten“, sagt Klaus-Dieter Schwabenthan, Leiter Geschäftsentwicklung und Lieferprozess Vakuum-Handhabungssysteme bei Schmalz. „Eine hohe Flexibilität gewährleisten wir dadurch, dass ein und derselbe Greifer bis zu einem gewissen Grad für die Handhabung verschiedener Werkstücke eingesetzt werden kann.“

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Der Einsatz von Vakuumtechnik rechnet sich dem Experten zufolge immer dann, wenn hohe Stückzahlen in kurzer Zeit umgeschlagen werden. Das Gewicht der im manuellen Betrieb zu hebenden Lasten kann bei Schmalz bis zu 750 kg betragen und bestimmt, welche Art von Vakuumheber genutzt werden sollte. Bei noch schwereren Lasten oder bei Werkstücken in sehr großen Dimensionen ist der Einsatz eines automatisierten Vakuumgreifsystems sinnvoll. Generell wird der Einsatz eines Vakuumsystems schwierig, wenn kein ausreichendes Vakuumlevel aufgebaut werden kann. Dies kann beispielsweise an zu schweren Lasten, an der Porosität des Werkstücks oder an einer zu kleinen greifbaren Fläche liegen. Um eine möglichst große Zahl von unterschiedlichen Produkten „greifbar“ zu machen, hat Schmalz eine Vielzahl von Greifern in verschiedenen Geometrien und Größen im Programm. Mit einem Schnellwechseladapter können die Greifer zudem ohne Werkzeug und in kurzer Zeit getauscht werden. Auch die Fertigung individualisierter Vakuumkomponenten ist möglich. „In automatisierten Prozessen werden unsere Sauggreifer beispielsweise direkt in Verpackungsmaschinen verbaut“, so Schwabenthan. „Auch unsere Flächengreifsysteme sind so flexibel, dass sie komplette Lagen, Teillagen und Zwischenlagen von Paletten mit einem einzigen Greifer handhaben können.“

Was die Zukunft bringt

Der Blick in die Zukunft gestaltet sich in den verschiedenen Bereichen durchaus unterschiedlich. Bei Multivac, Ro-Ber und Schmalz steht die vernetzte Produktionsumgebung schon lange auf der Agenda. Die Systeme müssen in eine ganzheitliche Softwarearchitektur eingebunden und unter anderem durch fortschrittliche Sensoren „intelligent“ gemacht werden. Vieles davon ist heute schon möglich und gelebte Realität. Dazu zählen unter anderem moderne Steuerungssysteme, die für die Vernetzung aller Komponenten sorgen.

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Die Holzkisten, die die Mitglieder des HPE produzieren, werden natürlich auch in Zukunft nicht über ein Betriebssystem verfügen und sich untereinander „unterhalten“. Dennoch halten auch hier moderne Technologien Einzug. „Wir sind gerade in der Entwicklung einer Software zur Konstruktion und statischen Berechnung von Exportverpackungen. Schon heute erhalten unsere Betriebe von ihren Kunden per Datentransfer Angaben zum Packgut, die dann in das eigene System eingespeist werden“, so Kurth. Ab dem kommenden Jahr sollen diese Daten dann in die Software Case Express einfließen, die nach Berechnung die Konstruktionsdaten an die Maschinen der Holzbearbeitung zur Fertigung der Bauteile übergibt. Der Kunde erhält ebenfalls per Datentransfer einen statischen Nachweis. So sieht sich die Branche mitten in der Industrie 4.0. MM

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