Im Produktionsprozess luftdicht verpackter Arznei- und Lebensmittel ist die Dichtheitsprüfung unverzichtbar. Es sind mikroskopisch kleine Leckagen zu detektieren, Produkt und Verpackung dürfen nicht beschädigt werden, und natürlich sollte es sehr schnell und effizient ablaufen. Für diese Aufgabenstellung wurde in Zusammenarbeit von mehreren Partnern eine Inspektionsanlage entwickelt, die auf einer alternativen Vakuumtechnologie beruht.
Sogenannte Mikrolecks sind zwar so klein, dass sie bei einer manuellen Prüfung nicht auffallen, aber groß genug, um den Verderb eines Produkts zu beschleunigen. Dadurch entstehen Gesundheitsrisiken für den Verbraucher und unnötige Kosten für den Hersteller. Deshalb legen die Unternehmen der Lebensmittel- und Pharmaindustrie großen Wert auf die Verpackung. Undichte Verpackungen müssen frühestmöglich aus dem Produktionsprozess ausgeschleust werden. Um erkennen zu können, ob Luftblasen entweichen, werden Verpackungen stichprobenartig unter Wasser getaucht. Allerdings sind diese manuellen Kontrollen nicht annähernd zuverlässig und präzise genug, um gerade mikroskopisch kleine Löcher zu erkennen.
Auch mit Vakuumtechnologie ist Geschwindigkeit gefragt
Das niederländische Unternehmen Oxipack Leak Detection hat eine alternative Methode zur Dichtheitsprüfung entwickelt, die auf innovativer Vakuumtechnologie basiert. „Das Prinzip ist einfach“, erklärt Pim Jobse, technischer Leiter des Unternehmens mit Sitz in Houten. „Man legt das Produkt zwischen zwei Gummimembranen, dichtet alles ab und erzeugt ein Vakuum. Ist die Verpackung dicht, passiert nichts. Wenn sich aber ein kleines Loch in der Verpackung befindet, steigt der Druck in der Vakuumkammer an.“ Bei dieser Methode mit Vakuumtechnologie ist es möglich, Lecks mit bis zu zehn Mikrometer zu erkennen.
Die Kammer wird geschlossen und die Luft darin abgelassen. Steigt anschließend der Druck in der Kammer an, deutet dies auf ein Leck in der Verpackung hin. (Bild: Oxipack)
Aber auch die Vakuummethode braucht Zeit. Zu viel Zeit. „Der gesamte Vorgang dauert etwa eine halbe Minute“, weiß Jobse. Der Zeitfaktor stellte Oxipack vor eine besondere Herausforderung: Um den Anforderungen des Marktes im Bereich Inline-Dichtheitsprüfung gerecht werden zu können, sollte eine Anlage 120 Einheiten pro Minute überprüfen können. Das Unternehmen suchte daher einen Maschinenhersteller, der eine Lösung mit der nötigen Effizienz entwickeln kann.
Zusammenarbeit auf Augenhöhe
Für Oxipack erwies sich die Machinefabriek Geurtsen als idealer Maschinenbaupartner. Bei der Steuerungstechnik setzte das Unternehmen auf B&R. „Das liegt vor allem an deren Entwicklungsumgebung Automation Studio“, erläutert Wardo Dietrich, der Chefkonstrukteur von Geurtsen. „Was immer ich auch an mein System anschließe, die Kommunikation funktioniert einwandfrei. Als Programmierer kann ich meine ganze Arbeit in einer mir vertrauten Umgebung erledigen.“
Neben der Leichtigkeit, mit der all seine Fragen beantwortet wurden, war Jobse besonders von den benutzerfreundlichen Diagnosefunktionen der Steuerung beeindruckt. „Ohne etwas tun zu müssen, wird der Status der Steuerung sofort angezeigt. Alles ist vorprogrammiert. Bei anderen Herstellern wird mir zum Beispiel mitgeteilt, dass ein Treiberfehler vorliegt. Ich muss aber selbst herausfinden, wie ich das Problem lösen kann. Mit dem System Diagnostics Manager stellt B&R ein Werkzeug zur Verfügung, das nicht nur detaillierte Informationen, sondern auch eine Lösung anzeigt.“
Dichtheitsprüfung auf dem Riesenrad: Einmal im Kreis herum
Oxipack hatte klare Erwartungen an die Entwickler von Geurtsen. „Aufgrund früherer negativer Erfahrungen sollte ich eigentlich kein Maschinenkarussell entwickeln“, sagt Dietrich. Am Ende erwiesen sich aber fast alle Ideen als zu kostenintensiv, und es blieb nur eine ernsthafte Option übrig: die Karussellvariante. Im Gegensatz zum horizontalen Karussell, das Oxipack zuvor verwendet hatte, stellte Dietrich sein Karussell wie ein Riesenrad auf. Dadurch wurde der Platzbedarf erheblich reduziert.
Die Inspektionsanlage mit dem Namen The Rotary ist mit bis zu zwölf Messkammern ausgestattet. Wird ein Produkt in eine Kammer befördert, schließt sie sich. Danach wird die Luft abgelassen und die Reaktion geprüft. Ist die Verpackung am Ausgangspunkt angelangt, steht fest, ob sie dicht ist oder ausgeschleust werden muss. Anschließend rutscht das Produkt auf das entsprechende Förderband.
Wico Reineman von B&R (l.), Pim Jobse von Oxipack (Mitte) und Wardo Dietrich (r.) von der Machinefabriek Geurtsen präsentieren die neue Inspektionsanlage The Rotary. (Bild: Oxipack)
Bei der Zuführung entschied sich Geurtsen für einen Shuttle-Förderer, der im letzten Moment zurückfährt, während das Förderband weiterläuft. „So wird das Produkt entsprechend positioniert“, sagt Dietrich. „Wir verwenden diese Methode oft. Da das Zuführband in diesem Fall in ein rotierendes Rad übergeht, war das Timing aber sehr knapp.“ Gemeinsam fanden Geurtsen und B&R durch zahlreiche Tests eine optimale Lösung.
Integriertes Antriebssystem
Zuführband und Rad konnten mithilfe eines vollständig integrierten Antriebssystems von B&R optimal synchronisiert werden. Dazu gehören Servoantriebe, Umrichter und Sicherheitstechnik. Die Anlage wird über einen Panel PC 2100 des Unternehmens gesteuert. Er vereint die Visualisierung und eine leistungsstarke PC-basierte Steuerung in einem Gerät. „Mithilfe der mapp-Softwarekomponenten von B&R lässt sich der Shuttle-Förderer ohne komplizierte Berechnungen an unterschiedliche Verpackungen anpassen. Es müssen nur wenige Parameter eingestellt werden“, hebt Jobse hervor.
Dank eines komplett integrierten Antriebssystems laufen alle Bewegungen synchron ab. (Bild: Oxipack)
Mit der mapp-Komponente für die Rezeptverwaltung können Maschinenbediener rasch zwischen Produkten unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Gewichts wechseln. Durch den Einsatz von Sensoren zur automatischen Ermittlung der Produktparameter ist es sogar möglich, Produktkombinationen gleichzeitig zu testen.
Platzsparend und flexibel
Die erste neue Inspektionsanlage mit Vakuumtechnologie von Oxipack und Geurtsen wurde zu Testzwecken an einen italienischen Kunden geliefert. „Mit der Anlage können 20 Produkte pro Minute geprüft werden“, sagt Jobse. Für eine praxistaugliche Inline-Dichtheitsprüfung im laufenden Betrieb wird aber eine Geschwindigkeit von etwa 120 Produkten pro Minute benötigt. „Da macht sich der modulare Aufbau bezahlt“, sagt Jobse. „Es können problemlos fünf weitere Räder hinzugefügt werden, ohne die Stellfläche der Verpackungslinie signifikant zu erweitern.“
