Der Test macht die Qualität

Bei luftdicht verpackten Arznei- und Lebensmitteln ist die Dichtheitsprüfung ein entscheidender Schritt im Produktionsprozess. Oxipack hat eine Inspektionsanlage entwickelt, die mikroskopisch kleine Lecks erkennt, ohne das Produkt zu beschädigen. Durch die enge Zusammenarbeit mit dem Maschinenhersteller Geurtsen und den Experten für Steuerungstechnik von B&R prüft die Maschine äußerst effizient jedes Produkt, das die Linie durchläuft.

Im ständigen Streben nach weniger Abfall und verbesserter Qualität legen die Unternehmen der Lebensmittel- und Pharmaindustrie großen Wert auf die Verpackung. Eins der wichtigsten Ziele ist es dabei, undichte Verpackungen so früh wie möglich aus dem Produktionsprozess auszuschleusen. Verpackungen werden dazu stichprobenartig in Wasser getaucht, um zu sehen, ob Luftblasen entweichen. Diese manuellen Kontrollen sind jedoch nicht zuverlässig und präzise genug, um mikroskopisch kleine Löcher zu erkennen. Die sogenannten Mikrolecks sind zwar so klein, dass sie bei einer manuellen Prüfung nicht auffallen, jedoch groß genug, um den Verderb eines Produkts zu beschleunigen. Dadurch entstehen Gesundheitsrisiken für den Verbraucher und unnötige Kosten für den Hersteller.

Das niederländische Unternehmen Oxipack Leak Detection hat eine alternative Methode zur Dichtheitsprüfung entwickelt, die auf innovativer Vakuumtechnologie basiert. „Das Prinzip ist einfach“, sagt 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.“ Mit dieser Methode ist es möglich, Lecks mit bis zu zehn Mikrometer zu erkennen, ohne die Verpackung zu verunreinigen oder zu beschädigen. Zudem sind keine Stichproben mehr nötig, da jedes einzelne Produkt überprüft werden kann.

Wie das Eintauchen in Wasser benötigt auch die Vakuum-Methode Zeit. „Der ganze Vorgang dauert etwa eine halbe Minute“, erklärt Jobse. Der Zeitfaktor stellte Oxipack vor eine Herausforderung: Um den Marktanforderungen im Bereich Inline-Dichtheitsprüfung gerecht zu werden, sollte die Anlage 120 Einheiten pro Minute überprüfen. Das Unternehmen suchte daher einen Maschinenhersteller, der eine Lösung entwickeln konnte, die über die nötige Effizienz und kleinstmögliche Stellfläche verfügt.

Machinefabriek Geurtsen erwies sich als idealer Maschinenbaupartner für Oxipack. Bei der Steuerungstechnik setzte das Unternehmen, wie schon in den Jahren zuvor, auf B&R. „Das liegt vor allem an der Entwicklungsumgebung Automation Studio von B&R. Mit Automation Studio lässt sich alles ganz einfach programmieren und steuern“, sagt Geurtsens Chefkonstrukteur Wardo Dietrich. „Was immer ich auch an mein System anschließe, die Kommunikation funktioniert einwandfrei. Als Programmierer kann ich die ganze Arbeit in einer mir vertrauten Umgebung erledigen.“

„Ich war innerhalb von zehn Minuten überzeugt“, sagt Jobse. Neben der Leichtigkeit, mit der all seine Fragen beantwortet wurden, war Jobse besonders von den benutzerfreundlichen Diagnosefunktionen der Steuerung beeindruckt. „Der Status der Steuerung wird sofort angezeigt, ohne etwas tun zu müssen – es ist alles 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.“

Oxipack hatte klare Erwartungen an die Entwickler von Geurtsen. „Aufgrund negativer Erfahrungen in der Vergangenheit wurde ich angewiesen, kein Maschinen-Karussell zu entwickeln“, sagt Dietrich. Daher versuchte er sich an einer Reihe von alternativen Konzepten. Zum Beispiel an einer Variante, bei der die Vakuumkammern während der Prüfung wie in einem Bücherregal angeordnet waren. Am Ende erwiesen sich fast alle Ideen als zu kostenintensiv und es blieb nur eine ernsthafte Option übrig: das Maschinen-Karussell. Im Gegensatz zum horizontalen Karussell, das Oxipack zuvor verwendet hatte, stellte Dietrich sein Karussell auf wie ein Riesenrad. Dadurch wurde der Platzbedarf erheblich reduziert.

Die Inspektionsanlage mit dem Namen The Rotary enthält bis zu zwölf Messkammern. Wenn ein Produkt in eine Kammer befördert wird, schließt sich diese. Danach wird die Luft abgelassen und die Dichtheit geprüft. Bei der Rückkehr des Produkts zum Startpunkt steht fest, ob die Verpackung dicht ist oder ausgeschleust werden muss. Anschließend rutscht das Produkt auf das entsprechende Förderband.

Bei der Zuführung entschied sich Geurtsen für einen Shuttle-Förderer, der im letzten Moment zurückfährt, während das Förderband weiterläuft. „So wird das Produkt leise und 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.

Zuführband und Rad konnten mithilfe eines vollständig integrierten Antriebssystems von B&R optimal synchronisiert werden. Dieses umfasst Servoantriebe, Umrichter und Sicherheitstechnik. Die Anlage wird über einen Panel PC 2100 von B&R gesteuert. Der Panel PC 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 lediglich ein paar Parameter eingestellt werden“, so Jobse. 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 verarbeiten.

Die erste neue Inspektionsanlage von Oxipack und Geurtsen ging für Testzwecke an einen italienischen Kunden. „Mit der aktuellen 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 beeinflussen.“