Schneller mit Wasserstoff

Die Verpackung unter Schutzatmosphäre kann das Mindesthaltbarkeitsdatum vieler Lebensmittel um Tage oder gar Wochen verlängern – vorausgesetzt sie ist intakt. Dichtigkeitsprüfungen, die im Anschluss an das Verpacken unter Schutzatmosphäre (Modified Atmosphere Packing, MAP) durchgeführt werden, sollen sicherstellen, dass nur einwandfreie Verpackungen die Produktion verlassen. Dabei setzen die Lebensmittelhersteller ganz unterschiedliche Methoden ein. Das Spektrum reicht von Stichprobentests im Wasserbad bis zu Inline-Prüfungen durch Röntgenstrahlen, mit denen auch Etikettier- oder Barcodekontrollen durchgeführt werden können. Eine interessante Option stellt eine Technologie auf der Basis von Wasserstoff dar. Das von Linde entwickelte Mapax-LD-System wird in den Produktionsprozess integriert und verbindet nicht nur hohe Präzision mit großer Flexibilität. Es hält auch mit dem schnellen Tempo in der Herstellung Schritt: Bis zu 120 Verpackungen pro Minute können so auf kleinste Leckagen untersucht werden.

Grundsätzlich ist bei Dichtigkeitsprüfungen zwischen Stichprobentest und Inline-Prüfungen zu unterscheiden. Ein herkömmliches Stichprobenverfahren stellt das Wasserbad dar. Hierbei werden einzelne Verpackungen der Produktion entnommen und unter Wasser gedrückt. Aufsteigende Gasblasen zeigen Leckagen an. Die nassen Verpackungen sind Ausschuss. Die Durchführung von Stichproben zur Identifizierung von Undichtigkeiten ist allerdings ausgesprochen unpräzise. Wird hierbei eine Leckage entdeckt, werden oft ganze Chargen verworfen oder neu verpackt – ohne eine Kontrolle aller Verpackungen auf tatsächlich existierende Undichtigkeiten. Andererseits kann die Stichprobe intakt sein, während ungetestete Verpackungen die Produktion defekt verlassen. Neben höheren Produktionskosten kann diese Prüfmethode also zu Kundenbeschwerden oder gar Regressforderungen durch den Einzelhandel führen.

Inline-Prüfungen, die in die Produktion integriert werden, gewährleisten dagegen eine hundertprozentige Überprüfung aller Verpackungen. Am Markt sind mehrere Lösungen zur Dichtigkeitsprüfung verfügbar, die sich jedoch je nach eingesetzter Technologie erheblich voneinander unterscheiden. So sind manche Verfahren nur für bestimmte Verpackungen geeignet. Sie können also beispielsweise nur für steife oder aber nur für flexible Verpackungen genutzt werden. Andere Applikationen führen die Kontrollen nur chargenweise durch, was die selben negativen Folgen wie bei einer Stichprobe nach sich ziehen kann. Um Dichtigkeitsprüfungen wirtschaftlich durchführen zu können, ist für die Lebensmittelindustrie neben der Zuverlässigkeit bei der Identifizierung defekter Verpackungen noch ein weiterer Faktor entscheidend: die Geschwindigkeit der Lösung. Kann diese nicht mit der Produktionsgeschwindigkeit mithalten, wird sie zum Nadelöhr.

Die in der Produktion erforderlichen hohen Geschwindigkeiten ermöglicht beispielsweise eine Technologie, die Undichtigkeiten über das Messen der Verpackungshöhe erfasst. Die Packungshöhe wird gemessen, die Verpackung anschließend gepresst und dann erneut gemessen. Ergibt sich zwischen erster und zweiter Messung eine Höhendifferenz, ist die Packung undicht und wird aussortiert. Allerdings beschränkt sich der Einsatzbereich dieser Methode auf ballonartige Verpackungen.

Bei einem anderen Verfahren wird eine hermetisch abgedichtete Testzone evakuiert und nach einem definierten Zeitraum eine Änderung des Vakuums erfasst und aufgezeichnet. Obwohl sich Undichtigkeiten so zuverlässig detektieren lassen, hat die Methode einen entscheidenden Nachteil: Die Prüfung erfolgt nur chargenweise. Umfasst eine Charge mehrere Verpackungen, werden schon bei einer einzigen fehlerhaften Verpackung alle Produkte der Charge ausgestoßen. Wird dagegen nur eine Verpackung pro Charge geprüft, ist die Maschine zur Dichtigkeitsprüfung – insbesondere bei hohen Taktzahlen – sehr groß.

Ein visuelles Verfahren nutzt Röntgenstrahlen und kann damit auch Etiketten oder Barcodes prüfen. Hierbei erfolgt die optische Prüfung der Siegelnaht, indem ein Bild des Soll-Zustands mit dem Bild des Ist-Zustands abgeglichen wird. Eine Unterscheidung zwischen einem rein optischen Fehler und einer tatsächlichen Undichtigkeit kann so nicht getroffen werden. Stattdessen werden alle Packungen ausgeschleust, die nicht dem Soll-Zustand entsprechen.

Eine Möglichkeit, kleinste Leckagen sicher aufzuspüren, stellen gasbasierte Technologien dar. Hierbei melden empfindliche Sensoren das Austreten des Prüfgases aus einer undichten Verpackung. Verschiedene Anbieter von Lösungen zur Dichtigkeitsprüfung setzen auf Helium als Prüfgas. Es wird dem Schutzgas der MAP-Verpackungen zugesetzt und kann aufgrund der geringen Nachweisgrenze gut detektiert werden. Der große Nachteil des Edelgases ist aber, dass es aufgrund steigender Nachfrage und knapper Ressourcen kostenintensiv ist. Als Prüfgas kann auch Kohlendioxid verwendet werden. Es ist neben Stickstoff, Sauerstoff und Argon in der Regel Bestandteil der Schutzgasmischung von MAP-Verpackungen und hemmt hier die Vermehrung von Bakterien und Pilzen. Zwar muss das Gas der Schutzgasmischung damit nicht extra zugesetzt werden. Allerdings ist es erforderlich, die Messkammer zu evakuieren, in der die Verpackungen geprüft werden. Denn da CO2 auch Bestandteil der Umgebungsluft ist, kann das eventuell aus der Verpackung austretende Gas nur im Vakuum detektiert werden. Die für das Evakuieren der Messkammer erforderliche Zeit schränkt den Einsatz dieses Verfahrens für Produktionen mit hohen Stückzahlen ein.

Neue Wege geht Linde mit dem Mapax-LD-System zur Dichtigkeitsprüfung. Statt CO2 oder Helium kommt dabei Wasserstoff (H2) als Detektionsgas zum Einsatz. Dieser wird dem Verpackungsgas in geringer Menge (bis maximal 4 %) zugemischt. Ein leichter mechanischer Druck auf die Packung lässt im Falle einer Undichtigkeit neben den Lebensmittelgasen auch den Wasserstoff aus der Packung entweichen. Ist eine Packung defekt, wird der austretende Wasserstoff durch einen empfindlichen Sensor detektiert Die Erzeugung eines Vakuums ist nicht notwendig, da Wasserstoff nur in sehr geringer Konzentration in der Umgebungsluft vorkommt. Im Fall einer undichten Verpackung löst der Sensor einen optischen Alarm aus. Die betroffene Verpackung wird umgehend aus der Produktionsstraße entfernt, entweder durch Ausblasen des defekten Produkts mit Druckluft oder durch einen Schiebearm.

Damit ermöglicht das System, jede Verpackung absolut zuverlässig und zerstörungsfrei in Sekundenbruchteilen auf qualitätsmindernde Undichtigkeiten, beispielsweise durch eine fehlerhafte Siegelung, zu prüfen. Dies garantiert einen hohen Qualitätsstandard mit deutlich weniger Reklamationen durch den Einzelhandel. Das im Anschluss an die Verpackungsmaschine platzierte Mapax-LD-System kann an die jeweilige Bandgeschwindigkeit angepasst werden. Je nach Verpackungsgröße ist eine Prüfung von bis zu 120 Takten pro Minute möglich. Dabei ist die Lösung ausgesprochen flexibel einsetzbar: Sowohl Schlauchbeutel als auch Schalen unterschiedlicher Höhe können kontrolliert werden.

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