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Produktionslogistik

Hygiene steht beim Herstellen und Verpacken von Wasserfiltern im Vordergrund

09.01.2008 | Autor / Redakteur: Felix Henning und Klaus Lober / Bernd Maienschein

Bild1: Der Deckel wird den Filterkartuschen zugeführt, aufgesetzt und montiert. Bild: SF Vision
Bild1: Der Deckel wird den Filterkartuschen zugeführt, aufgesetzt und montiert. Bild: SF Vision

Filterkartuschen sorgen für reines Wasser ohne Rückstände. Die auf den ersten Blick unscheinbaren Wasserfilter haben es in sich: Nur wenn die Kartuschen selbst hohen hygienischen und qualitativen Anforderungen genügen, können sie zu einer Verbesserung der Wasserqualität beitragen.

Im integrierten Herstell- und Verpackungsprozess von Wasserfilter-Kartuschen gilt es, besonders auf hygienische und qualitative Anforderungen zu achten. Weil es sich um ständige Verbrauchsartikel handelt, dürfen aber auch die Preise nicht zu hoch angesiedelt sein, um dauerhaft am Markt Erfolg zu haben. Automation lautet die Lösung.

Filterkartuschen bestehen aus vielen Einzelkomponenten. Sie werden mit Granulat in definierter Menge exakt befüllt und aus hygienischen und qualitativen Gründen autoklaviert und anschließend steril verpackt. Mit dem Herstell- und Verpackungsprozess, den die SF Vision GmbH aus Schwäbisch Hall für die österreichische BWT AG entwickelt hat, geschieht dies in schneller Abfolge an mehreren Verarbeitungsstationen (Bild 5).

Zuerst werden die in einem Magazin in Stangenform bevorrateten Kartuschenunterteile in eine Taktkette mit Objektaufnahmen gestapelt und zu einer Dosierstation, einem Schneckendosierer Optima SD2, transportiert. Dieser dosiert mit der vorgegebenen Füllmenge das Granulat, das später in der Anwendung das Wasser entcarbonisiert.

Aufgrund unterschiedlicher Feuchtigkeitsgrade der Granulate war die geforderte Füllgenauigkeit von ± 2,5% indessen nicht ohne weiteres zu erzielen. Sehr hilfreich ist in diesem Zusammenhang die jahrzehntelange Erfahrung des Unternehmens mit schwer dosierbaren Füllgütern, die hier in die spezifische Formgebung und Oberflächenbehandlung der Dosierschnecken einfloss. Die visuelle Füllstandskontrolle des Wägesystems ermittelt nach jedem Dosiervorgang das erzielte Füllgewicht — die wenigen Ausreißer werden automatisch aussortiert (Bild 6).

Teile werden mit Ultraschall verschweißt

Nun werden der Filterkartusche die weiteren Bestandteile wie Deckel, Vorfilter, Feinsieb, Mittel-/Wasserzulaufrohr und Vlies zugeführt und montiert (Bilder 2 und 3). Eine Ultraschall-Schweißeinrichtung verbindet alle Teile dauerhaft miteinander. Nachdem die Kartuschen mit einem Laserstrahl beschriftet und codiert sind, werden sie automatisch aus den Aufnahmen entnommen, in Trays eingesetzt und in Magazinwagen einsortiert (Bild 4).

Auf dem Weg zum fertigen Produkt werden die Kartuschen in einem Dampfsterilisator autoklaviert. Dazu wird der Sterilisator von der Fertigungsseite her mit dem Magazinwagen manuell bestückt. Die Dampfbeaufschlagung erfolgt in 20 min bei einer Temperatur von 130 °C. Fühler messen ständig die Temperatur, so dass ein sicheres und natürliches Entkeimen gewährleistet ist.

Filterkartuschen verlassen sicher geschützt den Reinraum

Auf der Rückseite des Dampfsterilisators, der zugleich die Schleuse zum sich anschließenden Reinraum bildet, wird der Magazinwagen mit den sich in Trays befindenden sterilisierten Kartuschen manuell herausgefahren. Der Magazinwagen wird an einen Manipulator angedockt, der die Kartuschen aus den Trays nimmt und auf ein Band auflegt. Über dieses Band lässt sich die nachfolgende Schlauchbeutelmaschine automatisch mit den Kartuschen bestücken.

Im Reinraum werden mit der Schlauchbeutelmaschine Verpackungen von einer Folienrolle hergestellt. Dabei wird die Folie zunächst seitlich sowie unten von Schweißbacken verschweißt. Nun können die Filterkartuschen von oben eingebracht und der Beutel auch an dessen Oberseite verschlossen werden.

Diese Schweißnaht bildet zugleich für den nächsten Schlauchbeutel den unteren Verschluss – eine Schneideeinheit trennt die gemeinsame Schweißnaht und damit die verschlossene Verpackung von der noch zu bestückenden voneinander, sodass eine Vereinzelung stattfindet. Nach dieser letzten Station verlassen die sicher geschützten Filterkartuschen den Reinraum, sie werden anschließend ihrer Sekundärverpackung zugeführt.

Gezielt kontrollierte und gesteuerte Komplexität

Während des Montage- und Verpackungsvorgangs werden der Sitz jedes einzelnen Teils und jede Funktion durch optische Kontrollen sowie über gemessene Werte überprüft und an die in der Maschinensteuerung hinterlegten Werte unter Berücksichtigung der Toleranzgrenzen angeglichen. Nach jeder Arbeitsstation der Herstell- und Verpackungslinie ist eine Ausleitweiche installiert, so dass Kartuschen oder Verpackungen, die nicht den Vorgaben entsprechen, auf ein zentrales Band gelenkt werden, das unterhalb der Arbeitsstation verläuft. Spätestens bei drei Fehlern in Folge stoppt die zentrale Steuerung die Anlage.

Positionsabfragen, Stauschalter und Drehgeber synchronisieren die Linie: Im Herstell- und Verpackungsprozess geben dabei zwei Stationen die Arbeitsgeschwindigkeit vor. Dies sind das getaktete Einsetzen der zu befüllenden Kartuschenbodenteile in den Drehteller der Dosierstation sowie die Schweißstation, die bei den bislang verarbeiteten Formaten eine Leistung von 30 Stück pro Minute erreichen.

Maschinensteuerung übermittelt Informationen an Arbeitsstationen

Alle anderen Stationen und Funktionen gleichen ihre Leistung dem aktuellen Bedarf der Linie an und arbeiten – je nach Anforderung – langsamer oder schneller. Die dazu notwendigen Informationen stellt die Maschinensteuerung den Arbeitsstationen zur Verfügung.

Nach Aussage von Entwicklungsleiterin Dr. Monique Bissen, die das Projekt bei BWT steuerte, führte die Investition in eine neue, leistungsfähige Produktionslinie, vor allem in die automatische Tankkartuschenanlage, bei BWT zu einer Produktivitätssteigerung im Produktsegment „Point of use“ (Ort des Wasserverbrauchs). Bissens Aussage zufolge hat sich mit der automatischen Fertigung der Ausschuss minimiert und die Qualität der Produkte wurde wesentlich verbessert.

Dies war durchaus keine Selbstverständlichkeit, denn die Verpflichtung von SF Vision gegenüber der BWT, dass das Serienprodukt absolut sauber, dicht und hygienisch ist, da es in Kontakt mit Trinkwasser kommt, forderte die Projektingenieure auf vielfältige Weise. Mit dem Einlegen der zwei Lagen Vlies könnte sich potenziell Staub über die ganze Maschine verteilen, was jedoch mit der installierten Absauganlage effektiv verhindert wird.

Schweißeinheit zusammen mit Zulieferer optimiert

Weitere Optimierungen betrafen die Schweißeinheit: Gemeinsame Schweißversuche mit dem Zulieferer führten zu einer dichten und sauberen Verbindung der Filterkartuschendeckel mit den Unterteilen. Weil die Filterkartuschen weiß sind, codiert heute ein Laser die Chargennummern auf den Behältnissen. Damit hat sich die Investitionsentscheidung für BWT bestätigt, der angebotene Lösungsansatz war aus technischer Sicht hervorragend.

Ein wichtiger Bestandteil des Gesamtkonzepts von SF Vision ist ein möglichst geringer Platzbedarf der Anlagen. Dass Raumkosten einen erheblichen Anteil an den Investitionskosten ausmachen, ist kein Geheimnis. Anspruchsvoll ist jedoch die Umsetzung in zuverlässige Technik. Das Grundgestell der Anlage benötigt eine Fläche von 6,0 m × 1,5m × 2,2 m, hinzu kommen die Sortierungen und Zuführungen der Montageteile sowie die Magazinwagen.

Wirtschaftliches Denken beginnt nicht beim Preis

BWT, das nach eigenen Angaben europaweit führende Wassertechnologie-Unternehmen, befüllt und verpackt derzeit drei verschiedene Formate. Die Bandbreite reicht dabei von 50 bis 200 mm Höhe bei einem Durchmesser von 30 bis 100 mm. Stehen Formatwechsel an, lassen sich diese von einer Person aufgrund der in der Maschinensteuerung hinterlegten Parameter sowie mit den installierten Verstelleinheiten innerhalb von 45 min durchführen. Eine Anlage wird von zwei Personen im Wechsel bedient, sie sind insbesondere für das Nachlegen der Produktkomponenten zuständig und entnehmen auch die Magazinwagen aus der Dampfsterilisation.

BWT hat derzeit zwei Anlagen von SF Vision im Einsatz, eine dritte in Auftrag gegeben. Dabei wurde bewusst nicht nach dem angebotenen Preis entschieden. Für BWT war eine hohe Verfügbarkeit der Anlage entscheidend. Im Zweischichtbetrieb erreicht die SF-Vision-Anlage einen Wirkungsgrad von rund 96%.

Vom Auftragseingang bis zur Umsetzung der Linien vergingen 13 Monate. Die Installation beim Kunden bis zur Abnahme war innerhalb von drei Wochen abgeschlossen. Die SF Vision GmbH ist Premium-Partner der Optima-Group in Schwäbisch Hall.

Felix Henning ist freier Journalist in 72555 Metzingen; Klaus Lober ist Konstruktionsleiter bei SF Vision in 74523 Schwäbisch Hall.

 

Evolution zur funktional ineinandergreifenden Herstellungs- und Verpackungsanlage

 

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