Hygienische Schlauchbeutelverpackung flexibel realisiert

Eine wachsende Anforderung im Packaging ist die Fähigkeit, verschiedene Packungsgrößen und Produkte auf einer Maschine zu verarbeiten. Klassisch kettengetriebene Systeme mit festen Geschwindigkeiten und Formaten können da nicht mithalten. Als Bartelt Packaging einen Technologiepartner suchte, um diese Lücke zu schließen, fand das Unternehmen in Beckhoff einen solchen und im XTS ein mechatronisches System, das Umrüstungen auf Knopfdruck ermöglicht.

Von Pulvern und Snacks bis zu Käse und Konsumgütern – heutige Verpackungsprozesse erfordern Anlagen, die sich schnell umstellen lassen, eine gleichbleibende Siegelnahtqualität sicherstellen und immer strengere Hygienestandards erfüllen, und das alles auf einer oft schrumpfenden Fläche. Bartelt Packaging mit Hauptsitz in Sarasota, Florida, begann 1941 als Maschinenfabrik in Rockford, Illinois, und drückte sieben Jahre später der Branche seinen Stempel auf, indem es die nach eigenen Angaben weltweit erste horizontale Form-, Füll- und Verschließmaschine (HFFS) herstellte. Heute ein Teil der renommierten ProMach-Familie von Verarbeitungs- und Verpackungslösungen, liefert Bartelt Beutel- und Kartonieranlagen für ein breites Anwendungsspektrum. Nahezu in jedem Lebensmittelmarkt der USA findet man auf Bartelt-Anlagen hergestellte Verpackungen.

Stresstest für die Besten

Allerdings wurden Bartelt bei einer Kundenanwendung mit intensiven Reinigungsprozessen und steigenden Hygiene- und Leistungsanforderungen in der Lebensmittelverpackung die Grenzen der bisher eingesetzten Handhabungs- und Steuerungssystemen in Washdown-Umgebungen aufgezeigt. Diese Herausforderung veranlasste das Unternehmen, alternative Technologien zu erproben und schließlich eine Partnerschaft mit Beckhoff einzugehen.

Bartelt führte umfangreiche interne Tests mit XTS Hygienic, der XTS-Ausführung in Edelstahl und mit Schutzart IP69K, durch. „Wir haben dieses Demosystem tagelang getestet, einschließlich der Zugabe von Gewichten zu jedem Mover als Träger, um das maximale Produktgewicht zu simulieren“, sagt Tom Tomac, Vice President und General Manager bei Bartelt. „Wir haben das XTS auf Herz und Nieren geprüft und alles darauf getan, was wir konnten. Wir gaben Beckhoff detailliertes Feedback, und die engagierten Ingenieure überarbeiteten und verfeinerten die Lösung für Bartelt und lieferten uns ein XTS Hygienic, welches das gesamte Feedback des Teams berücksichtigte. Es folgten weitere verschärfte Tests, z. B. mit klebrigen, zuckerhaltigen Gummibärchen, aber das neue, verbesserte System war einfach nicht zu schlagen.“

Mechatronisches Transportsystem ändert die Regeln

Die schließlich entstandenen HFFS-Verpackungsmaschinen MAG-B, MAG-L und MAG-R sind für ein breites Spektrum flexibler Verpackungsanwendungen konzipiert, die einen hohen Durchsatz, Anpassungsfähigkeit und eine effiziente Raumnutzung erfordern – Fähigkeiten, die durch XTS- oder XTS Hygienic-Technologien als Kern jedes Systems ermöglicht werden. Mit seinen getriebe- und kabellosen, unabhängig voneinander per magnetischem Feld gesteuerten Movern ermöglicht XTS nahtlose Umstellungen zwischen Beutelgrößen und Abfüllprozessen bei maximalem Durchsatz. So sorgt die Linearbewegung basierend auf elektromagnetischem Antrieb für einen reibungslosen, präzisen Transport entlang einer vordefinierten Bahn und gewährleistet eine präzise und konsistente Bewegungssteuerung und Produkthandhabung.

Die Plattformen der MAG-Serie können in geradlinigen, rotierenden oder zweispurigen Layouts konfiguriert werden. Die Maschinen sind für maximale Verpackungsflexibilität ausgelegt und verarbeiten eine breite Palette von Beutelgrößen auf einer Plattform mit minimalen Umrüstungen. Jede Konfiguration kann sowohl Rollenware als auch vorgefertigte Beutel verarbeiten. Da die Serie zahlreiche Beutelgrößen und Abfüllkonfigurationen in einer einzigen Maschine verarbeiten kann, bietet sie einen deutlichen Vorteil, wenn die Produktvielfalt zunimmt und die Chargengrößen in der High-Mix-Produktion kleiner werden.

Die erste Variante, die auf den Markt kam, war die MAG-L (Linear), die ein Inline-Prozessfluss-Layout auf Basis der XTS-Standardausführung aufweist und entlang einer Maschinenseite bis zu 150 Beutel pro Minute befüllt. Die mit XTS Hygienic ausgestattete MAG-B (Back) befüllt Beutel auf der Vorder- und Rückseite der Maschine, um die gleiche Leistung wie die MAG-L in einem kompakteren Design zu erzielen. Mit der Schutzart IP69K hält die Maschine einer Hochdruck-Dampfstrahlreinigung stand, wie sie bei bestimmten Lebensmittelapplikationen erforderlich ist. Die kleinste Variante MAG-R (Rotary) nutzt das XTS-System in einem kreisförmigen Layout, um hohe Produktionsgeschwindigkeiten bei optimierter Stellflächennutzung zu erzielen. Optional sind viele der Maschinentypen von Bartelt in der reinigungsfreundlichen Ausführung mit XTS Hygienic erhältlich.

Anpassungsfähiger Schnellläufer

In einer Branche, die durch hohe Produktionsvolumina und enge Gewinnspannen gekennzeichnet ist, ist Verfügbarkeit essenziell. Schnelle Umrüstungen und minimale Reinigungszeiten sind entscheidend, da sich Hersteller von Konsumgütern keine längeren Stillstände zwischen den Produkten oder Formaten leisten können. Hier glänzt die XTS-basierte Serie mit schnellen und wiederholbaren Formatwechseln durch digital gesteuerte Maschineneinstellungen. Sie unterstützt höhere Geschwindigkeiten, variables Timing zwischen den Stationen und fortschrittliche Beutelhandhabung, einschließlich fliegendem Einklemmen, kontrolliertem Schütteln zur Produktabsetzung, optimierter Stickstoffbefüllung und skalierbarem Betrieb von Simplex- bis Triplex-Beutelbahnen.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen, mit einer festen Einteilung mechanisch getakteten Maschinen mit eingeschränkter Anpassungsfähigkeit ermöglicht der Einsatz von XTS bei der MAG-Serie eine dynamische Anpassung der Beutelabstände an das zu verarbeitende Produkt. Das verleiht dem Prozess eine außergewöhnliche Flexibilität bei wechselnden Verpackungsgrößen und -formaten. Dieser höhere Automatisierungsgrad reduziert die Abhängigkeit von den immer knapper werdenden Fachkräften. Die automatische Neupositionierung von Achsen und Werkzeugen vereinfacht das Einrichten, während ein integrierter, selbst entwickelter automatischer Splicer, ein halbautomatischer Reißverschluss-Splicer und ein Abwickler einen kontinuierlichen Betrieb während des Folienrollenwechsels ermöglichen. Diese Konstruktion maximiert die effektive Nutzung der Folienrolle bis zum Kern und reduziert den Platzbedarf, da keine Fremdgeräte erforderlich sind.

Automatisierung, Bewegungssteuerung und Vernetzung in einem Paket

PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff in Hardware und Software bildet das Rückgrat der neuen Verpackungsmaschinen und steuert alle Aspekte der Automatisierung und Motion Control. Die durchgängig integrierte Steuerungsplattform bietet beträchtliche Vorteile in Bezug auf Leistung, Benutzerfreundlichkeit und Zuverlässigkeit.

Vom Entwicklerstandpunkt weisen die Bartelt-Ingenieure auf die Software TwinCAT von Beckhoff als wesentliches Unterscheidungsmerkmal hin. Chris Conley, Electrical Engineering Manager bei Bartelt, bekräftigt: „Ich mag die Programmiersoftware sehr – sie ist intuitiv zu bedienen, vereinfacht die Programmierung und spart Entwicklungszeit.“ TwinCAT bietet eine unkomplizierte Programmierumgebung mit integrierter XTS-Bahnsimulation und „Open from Source“-Funktionalität, die es ermöglicht, den Code direkt auf der Maschine zu überprüfen, zu aktualisieren und zu debuggen. Die Möglichkeit, Anwendungen über eine Remote-Windows-Verbindung zur Steuerung auszuführen, vereinfacht die Inbetriebnahme und den Support weiter.

Die Steuerungs- und Rechenaufgaben für die Maschinen werden von dem Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6032 übernommen, der bei minimalem Platzbedarf im Schaltschrank eine beachtliche Rechenleistung bietet. Das gesamte System ist durch Highspeed-EtherCAT-Kommunikation miteinander verbunden, die Echtzeit-Bewegungssteuerung und I/O-Performance, eine automatische Teilnehmererkennung im EtherCAT-Netzwerk sowie schnelle Konfiguration und Inbetriebnahme ermöglicht.

Für morgen gebaut

Mit Blick auf die Zukunft sieht Bartelt, dass der Druck der Verpackungsindustrie auf die Maschinenbauer immer größer wird: höherer Durchsatz, größere Produktvielfalt, strengere Qualitätsanforderungen und zusätzliche Funktionen. Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind Automatisierungsplattformen erforderlich, die von Natur aus flexibel sind. Durch die Integration von XTS und PC-basierter Steuerungstechnik wurde die MAG-Serie mit Blick auf genau diese Zukunft entwickelt, wobei Anpassungsfähigkeit und langfristige Skalierbarkeit vom ersten Tag an in die Plattform integriert wurden.