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Differenziertere Marktanforderungen
Die neue Konzeption soll der digitalen Welt entsprechen und den CO2-Verbrauch verringern. Denn die Marktanforderungen sind für die Getränkeindustrie differenzierter geworden: mehr Produkte mit kürzerer Produktlebensdauer sowie vielfältigere Flaschentypen. Mit heutigen Anlagen sind Just-in-time und Digitalisierung nicht möglich, ebenso fehlen die Möglichkeiten einer Industrie 4.0-Ausrichtung.
Dimensionierung der Anlage
Alle Anlagen müssen heute größer als benötigt ausgelegt werden, da Stillstandzeiten für Produktwechsel immer Produktionszeit kosten. Wird eine Anlage alle acht Stunden für eine Stunde umgestellt, so muss man 14,3 Prozent mehr Leistung installieren, um die Ausbringmenge innerhalb von sieben Stunden zu sichern.
Das hier vorgestellte Konzept benötigt keine Stillstandzeiten, da es sich online auf jede einzelne Flasche und auf verschiedene Getränke umstellt, kann also um 14,3 Prozent kleiner ausgelegt werden. Die Folgen: geringerer Platzbedarf und Energieverbrauch, das CO2-Äquivalent sinkt, die Investitionskosten sind ebenfalls geringer.
Unterschiedliche Glasflaschen, bodengleich geführt, werden gemischt der Druckmaschine zugeführt, bevor sie dem Füller übergeben werden; anschließend folgt die Übergabe an den VerschließerOptimierung spart Kosten
Eine digitalisierte Produktion nach Auftrag mit einer Auslieferung Just-in-time innerhalb weniger Stunden wäre heutzutage optimal. Mit kleineren Lagerflächen für Produkt und Rohmaterial reduziert das die Kapitalbindung erheblich. Außerdem garantiert es Kunden immer frische Ware. Das alles geht nur, wenn man eine in allen Richtungen flexible Produktion erlaubt.
Die Beispiele Glasflaschenabfüllanlage und PET-Flaschenfüllung sollen dies demonstrieren.
Gesteuert wird alles über die Konzeptionen der Industrie 4.0. Der Bedarf der Flasche an der Endverpackung ist die Zielgröße. Für jede Flasche wird der Weg genau zurückgerechnet, bis klar ist, wann und welche Glasflasche gebraucht und der (bevorzugt digitalen) Dekoration zugeführt werden muss. Die Steuerung der Maschine regelt der digitale Zwilling in der Industrie 4.0-Steuerung.
Konzept der Dekorationsmaschine
Die Dekorationsmaschine (alternativ: Etikettiermaschine mit digital zu bedruckenden Etiketten) bedruckt kleine Flaschen wesentlich schneller als großer Flaschen mit aufwändigem Dekor. Die Anlage ist daher so konzipiert, dass nicht jede Flasche nach einem Umlauf entnommen werden muss, sondern Flaschen mit längerem Bedruckungszyklus erst nach zwei Umläufen entnommen werden können.
Entsprechend werden neu zu dekorierende Flaschen nur in freie Stellen der Maschine eingesetzt. Das ist eine Abkehr von den klassischen Sternen, die jede Stelle neu besetzen müssen und damit diese leistungssteigernde Flexibilität nicht ermöglichen.
Konzept des Füllers: Mischbetrieb möglich
Der Füller erlaubt durch die digital gesteuerten Mover als Flaschenübergabesystem ebenfalls die Zufuhr von unterschiedlichen Flaschengrößen im Mischbetrieb und übernimmt diese von der Bedruckungsmaschine. Die Mover erfüllen dabei die Pufferfunktion zwischen den manchmal durchaus gewollten Leistungsunterschieden beider Karusselle und gleichen aus, wenn eine Station z.B. nicht im ersten Umlauf entladen wird.
Der Flaschenfüller bekommt daher, wie die Maschine für die digitale Dekoration, anstelle des Einlaufsterns servomotorisch angetriebene Aufnahmen für einzelne Flaschen (Mover), die sich auf die unterschiedlichen Flaschen individuell einstellen. Dasselbe System übernimmt anschließend auch die Entnahme aus dem Füller und die Eingabe in den Verschließer. Dabei sollen große Flaschen gegebenenfalls wegen der längeren Füllzeit im Mischbetrieb auch zweimal umlaufen können. Gleichzeitig werden unterschiedliche Produkte auf dem Füller direkt vor der Abfüllung gemischt.
Auch eine – je nach Beladung des Füllers – variabel angepasste Umlaufgeschwindigkeit optimiert mit dem Mover-Konzept die Ausbringleistung. Ein Softwareprogramm steuert die Drehzahl und damit die Leistung der Füllmaschine, je nachdem, ob die Ausbringung nach Anzahl Flaschen oder nach Liter Getränk Vorteile in der Leistung bringt. Klar, dass dafür die klassischen Sternsysteme ausgedient haben.
Das gleiche Prinzip gilt für Verschließer und auch für Blasmaschinen bei PET-Flaschen.
Neckführung mit verstellbarer Bodenunterstützung der FlaschenIndividuelle Flaschenbehandlung
Pufferstrecken zwischen der letzten Maschine und der letzten Verpackung erlauben es, gegebenenfalls Flaschen während des Produktionsprozesses zu ersetzen.
Die Konzeption für Tunnelpasteure sieht die Pasteurisation unterschiedlicher Flaschengrößen mit jeweils angepassten Temperaturzonen vor. Dabei können die Pasteurisationseinheiten für alle Flaschentypen und/oder Getränketypen eingehalten werden. Bei diesen Tunnelpasteuren werden die wenigen „Ersatzflaschen“ auf der Überholspur durch Mikrowellenerhitzung schneller behandelt und kürzen damit die Zeit bis zum Einschleusen an der richtigen Stelle erheblich ab.
Die Verpackungsmaschinensysteme sind ebenfalls auf individuelle Flaschen anpassbar gestaltet. Kameras oder Sensoren innerhalb der Anlage erkennen individuelle Flaschenmarkierungen – seien es Codes oder das aufgedruckte Dekor – und können so sicherstellen, dass immer die richtige Flasche ihre individuelle Behandlung bekommt bzw. im richtigen Mix verpackt wird.
Lichtschranken haben damit ausgedient, jede individuelle Flasche lässt sich mittels Bildauswertung jederzeit nachverfolgen. Das System erlaubt damit eine erheblich bessere Leistungsanpassung, dadurch auch weniger auf den Transporteuren durchrutschende Flaschen, wesentlich kürzere Transporteure und erheblich kleinere Getriebemotoren in den Antrieben.
Mit einer solchen Anlage lassen sich eingehende Aufträge kundengenau innerhalb von drei Stunden für die LKW-Beladung zur Auslieferung produzieren. Nach Berechnungen von till-engineering erzielt das Konzept bis zu 30 Prozent CO2-Einsparungen, es entfallen bis zu 80 Prozent der Vollgut-Lagerfläche sowie über 60 Prozent der Gabelstapler und damit die korrespondierende Kapitalbindung.
Links: kurze Preform für kleine Flasche, Boden nach oben verstellt; Mitte: lange Preform für große Flasche, Boden nach unten verstellt; rechts: geöffnete Blasform zeigt mögliche zusätzliche, mittige Bodenabsenkung zur EntformungVariabilität auch bei der PET-Abfüllung
Das Beispiel der Glasflaschenabfüllanlage lässt sich auf die PET-Flaschenabfüllung übertragen. Der Füller in der Konzeption ist sogar derselbe, er könnte sowohl Glas- als auch PET-Flaschen verarbeiten.
Auch die Blasmaschine einer solchen neuen Anlage erlaubt die individuelle Behandlung von Preforms für unterschiedliche Flaschengrößen nach digitaler Vorgabe. Die Blasformen lassen sich online während der Produktion auf unterschiedliche Volumina einstellen und erlauben Losgrößen von auch nur einem Stück. Die Flaschen können also auftragsbezogen, in Kleinmengen und auch für gemischte Kästen zusammengestellt werden.
Diese verstellbaren Blasformen besitzen einen einheitlichen Bauchdurchmesser, der Boden kann in der Höhe verstellt werden. So lassen sich unterschiedliche Flaschenvolumina produzieren, ohne die Maschine anzuhalten oder die Form auszutauschen. Das geht sogar mit konturierten Flaschen, die eine entsprechende Steifigkeit sicherstellen. Auch eine digitale Anpassung im Heizofen auf die jeweilige Preform ist entsprechend möglich. Umstellungen und Austausch von Formen gehören der Vergangenheit an.
Um Flaschengrößen mit unterschiedlichem Durchmesser zu realisieren, kann ein Blasrad auch mit unterschiedlichen Formen bestückt werden oder z. B. zwei Blasräder nebeneinander angeordnet werden, auf denen mit zwei Durchmessern alle Größen von 0,25 l bis über 2 l herstellbar sind. Die Preforms werden über einen einzigen Ofen zugeführt, der entsprechend der Preformgröße auch seine Heizleistung digital variieren kann.
In der Form sind ebenso Embossings möglich, aber auch schraubenförmige Vertiefungen, entlang denen der verschiebbare Boden schraubenförmig in der Höhe verstellt werden kann.
Die Flaschen werden nach dem Blasformen mit der jeweiligen Dekoration ausgestattet.
Zwei Blasräder mit Lufttransport zur DekorationDie Komponenten sind bereits heute vorhanden
Dieses Abfüllsystem ist noch in der Konzeptionsphase. Die Flaschenbedruckung, die dies leisten kann, ist jedoch bereits jetzt schon existent. Die Konzeptionen für Füller und Verschließer basieren auf Erfahrungen mit anderen Maschinen. Das Blasmaschinenkonzept steht und muss nur noch umgesetzt werden.
Entscheidend für eine Umsetzung ist allerdings die Akzeptanz der Abfüller, sich für den Weg der Digitalisierung und der Industrie 4.0 zu entscheiden.
