Weniger ist mehr

Autor Gerald Schubert Geschäftsführer, Gerhard Schubert

Die Palette der abzufüllenden Kosmetika reicht am betreffenden Produktionsstandort von dünnflüssigen Produkten wie Gesichtswasser bis zu hochviskosem Waschgel. Auch die Verpackungen kennzeichnet eine entsprechende Vielfalt an Größen, Formen und Verschlüssen. Als zwei Abfüllanlagen zu ersetzen waren, suchte der Hersteller einen Partner, der ihm neue Leistungsmöglichkeiten eröffnet. Flexibilität für hohe Formatvielfalt, Vollautomatisierung für mehr Effizienz und eine zukunftsfähige Technologie für höhere Füllgenauigkeit sollten das Ergebnis dieser Investition sein. Die bisherigen Anlagen beruhten auf etablierten Standards und wiesen entsprechende Leistungsdaten auf. Pro Minute konnten maximal 30 bzw. 40 Flaschen abgefüllt werden. Bei mehreren Varianten musste Personal für begleitende manuelle Tätigkeiten bereitgestellt werden, wie zum Beispiel das Aufsetzen der Verschlüsse. Bei einer Umstellung oder Reinigung der Anlagen standen die Kapazitäten mehrere Stunden nicht zur Verfügung.

Die Anlagen arbeiteten mit volumetrischen Dosiersystemen mit dem Problem, dass durch Bläschen, Verwirbelungen und Lufteinschlüsse in der Flüssigkeit die Volumenmessung fehlerhaft sein konnte.

Die beiden Abfüllanlagen hatten einen hohen Stellflächenbedarf. Ihr Layout beruhte auf einem Konzept, das die einzelnen Prozessschritte mit Staubändern und Eintaktvorrichtungen verbindet. Die Aufstellung musste eine Zugänglichkeit für zwei Bedienseiten berücksichtigen. Dazu kam das lange Fördersystem der Flaschen, das auf Pucks, also Trägern aus Kunststoff, beruhte. Die Pucks müssen in einem Kreislaufsystem zirkulieren, was nicht nur viel Platz verbraucht, sondern auch enorm viel Lärm erzeugt.

Gerhard Schubert ist es gelungen, mit den erprobten Systemkomponenten der TLM-Technologie einen alternativen Weg für die Abfüllung einzuschlagen. Das Transmodul ist ein einachsiger, schienenbasierter Roboter mit wechselbaren Formatplatten. Auf Basis dieser Systemkomponente mit eigener Intelligenz hat Schubert einen präzisen, schnellen und effizienten Dosiervorgang aufgebaut. Die Flaschen werden auf dem Transmodul gewogen und nach dem Produktgewicht gefüllt. Die Dosierung erfolgt also gravimetrisch.

Wie der Ablauf sich im Detail gestaltet und wo die Vorteile des Transmoduls für das Anlagenlayout liegen, zeigt das Beispiel. Die TLM-Abfüllanlage für den Kosmetikhersteller besteht aus acht Teilmaschinen. Bei den abgefüllten Produkten handelt es sich um Shampoo und Duschgel, also Tenside, sowie Lotionen und Öle. Auf kleiner Stellfläche erhält das Unternehmen nun eine große Formatvielfalt:

Aus einem Bunker kommend werden die Flaschen vereinzelt und der Anlage zugeführt. Ein Auflichtscanner erkennt die Lage der Flaschen. Zwei vierachsige TLM-F4-Roboter nehmen die Flaschen auf und setzen sie in das Formatteil eines Vakuumtransportschlittens.

Mit acht Flaschen bestückt, fährt der Vakuumtransportschlitten zu einer Teilmaschine für das Übersetzen vor. Dort nimmt ein TLM-F2-Roboter die Flaschenformation auf und fügt sie in das Formatteil eines bereitstehenden Transmoduls ein. Nach einer zweiten Flaschenreihe schließt sich das Transmodul einem Verbund der schienenbasierten Transportroboter an.

Dieser Verbund bewegt sich kontinuierlich durch die nächsten Teilmaschinen, wo zwei TLM-F4-Roboter je nach Programm Deckel, Pumpen und Stopfen auf die Formatplatten geben. Zwei Zuführsysteme vereinzeln diese Verschlusselemente und stellen sie der TLM-Anlage bereit. Mit allen Elementen der Verpackung ausgestattet, fährt das Transmodul zur ersten Füllstation vor.

In der Füllstation befindet sich ein Behälter mit dem jeweiligen Produkt. Ein TLM-F2-Roboter trägt ein Werkzeug mit acht Füllnadeln, die über Schläuche an den Produktbehälter angeschlossen sind.

Für das gravimetrische Dosieren muss das Füllgewicht der Flaschen gemessen und überwacht werden. Dazu heben Wägewinkel, das heißt Stellmotoren mit Wägezelle, jede einzelne Flasche samt Behälter an. Die Flaschen werden zunächst tariert. Produktionsbedingte Unterschiede im Gewicht der Behälter spielen damit keine Rolle mehr.

Zum Start des Füllvorgangs senkt der TLM-F2-Roboter die acht Füllnadeln in eine der beiden Flaschenreihen ab. Die Ventile öffnen sich und unterstützt durch Druck im Behälter fließt das jeweilige Produkt in die Flaschen. Gleichzeitig zieht der Roboter die Füllnadeln mit steigendem Pegel zurück. Durch den Einsatz der Robotertechnologie können sowohl Überspiegel- oder Unterspiegelfüllungen durchgeführt werden.

Gegen Ende wird der Füllvorgang verlangsamt, um die Feindosierung vorzunehmen. Hat die Flasche das gewünschte Füllgewicht erreicht, schließt das Ventil. Jede Füllstelle wird dabei einzeln reguliert. Einfachste Mechanik ganz nach dem Prinzip „Ventil auf – Ventil zu“. So erhöht sich nicht nur die Effizienz, sondern die Reinigungszeit verringert sich erheblich. Das Transmodul fährt nun zur zweiten Füllstation vor. Sind alle 16 Flaschen gefüllt, folgt das Aufsetzen der Verschlusselemente.

In der nächsten Teilmaschine nimmt ein TLM-F2-Roboter nacheinander je acht Stopfen auf und setzt sie auf die Flaschen. Dann folgt das Aufdrehen der Deckel oder Pumpen durch einen weiteren TLM-F2-Roboter. Das Drehmoment kann frei programmiert werden. Ein winkelgenauer Verschluss ist sichergestellt. Gerade für die anspruchsvollen Verpackungen hochwertiger Kosmetik zählt diese Möglichkeit aus Sicht des Unternehmens zu den Qualitätsmerkmalen der Anlage.

Die modulare TLM-Technologie bietet auch weitere Funktionen wie das Etikettieren, Kartonieren und Palettieren. Da das Unternehmen hierfür jedoch andere Anlagen nutzt, gibt die TLM-Anlage die verschlossenen Flaschen an den folgenden Anlagenteil ab.

Für die Reinigung der Anlage und beim Wechsel des Produkts müssen die Aggregate nicht ausgebaut und zerlegt werden. Die TLM-Anlage bietet ein automatisches Clean-in-Place-Programm (CIP).

Der TLM-F2 kann die Füllnadeln in Reinigungswannen senken. Anhaftungen lassen sich so einfach entfernen. Für das komplette CIP-Programm setzt eine Sprühkugel im Behälter eine Reinigungsflüssigkeit frei. Bei geöffneten Ventilen durchspült der Reiniger bzw. das Wasser auf diese Weise alle Bestandteile des Füllaggregats.

Im Februar 2014 ging die TLM-Abfüllanlage in Betrieb. Die Platzersparnis liegt bei rund 50 %. Es gibt keine raumgreifende Maschinen- und Förderstreckenlandschaft mehr. Der Unterschied ist sozusagen sinnlich erfahrbar: Das permanente „Klack-Klack“ auflaufender Flaschenträger entfällt.

Weniger ist daher mehr für das Abfüllen von Kosmetik. Schubert erreicht durch eine intelligente Steuerung und Roboter mit wechselbaren Werkzeugen einen einfachen mechanischen Aufbau. Das macht die Anlage flexibel, erlaubt eine große Formatvielfalt und sorgt für kurze Umstellzeiten. Der Kosmetikhersteller konnte die Umstellzeiten halbieren und verzeichnet sehr kurze Wiederanfahrzeiten.

Das gravimetrische Dosieren spart erheblich Füllgut, weil es sehr präzise ist. Die Füllgenauigkeit über alle Füllstellen hinweg liegt je nach Füllgut aktuell zwischen 0,05 und 0,15 %.

Die TLM-Technologie realisiert eine Anlagenlösung mit hoher Leistung und Effizienz. Der Output erreicht 120 Flaschen pro Minute, bei extrem dickflüssigen Produkten sind es 100 Flaschen pro Minute.

Bei einem Vergleich mit der bisherigen Lösung hat der Kosmetikhersteller ermittelt, dass die TLM-Anlage die Reinigungszeiten um ca. 30 % verkürzt. Das Unternehmen reduziert den jährlichen Verbrauch an Reinigungsflüssigkeit um ca. 800 kg und den Wasserbedarf um 150 000 l.

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