Alles beginnt beim Verpacken

Die stetige Zunahme der Artikelvielfalt und der Artikelmengen hat einen erheblichen Einfluss auf innerbetriebliche Materialflusssysteme. Diesen Herausforderungen versuchen Unternehmen durch immer leistungsfähigere Techniken und Organisationsstrukturen g

Die Hauptaufgabe der Verpackung besteht darin, die verpackten Waren auf dem Weg zum Verbraucher vor Beschädigung, frühzeitigem Verderb und Diebstahl zu schützen /1/.
Eine wesentliche Rolle spielt die Wahl des geeigneten Packstoffes, wenn es darum geht, das Packgut vor auftretenden mechanischen oder klimatischen Beanspruchungen, wie beispielsweise Druck, Stoß, Feuchtigkeit und Lichteinstrahlung, zu schützen /2/. Die Auswahl unter Packstoffalternativen, wie formstabilen Kartons und wasserabweisenden Folien, muss zudem unter ökologischen und wirtschaftlichen Aspekten getroffen werden. Weitere Einschränkungen bei der Wahl der Verpackung folgen aus gesetzlichen Regelungen oder Verordnungen, mit denen in besonders sensiblen Bereichen, wie der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie, eingegriffen wird.
Der Kunde „kauft“ auch Verpackung
Die Gestaltung von Verpackungen spielt im Konsumgüterbereich auch aus ganz anderen Gründen eine wesentliche Rolle. Die Kaufentscheidung der Kunden wird nicht zuletzt durch das Design der Verpackung, also das visuelle Erscheinungsbild des Produktes am Markt, beeinflusst. Eine ansprechende Form- und Farbgestaltung ist zum einen ein wichtiges Differenzierungsmerkmal, um sich von der Angebotsfülle gleichartiger Produkte der Mitbewerber abzusetzen. Zum anderen kann die Verpackung dazu genutzt werden, die hergestellten Produkte in Markenartikel und Handelsware zu differenzieren. Durch eine solche Strategie lassen sich Teilmärkte, die aufgrund unterschiedlicher Zahlungsbereitschaft entstehen, durch ein Produkt in unterschiedlichen Verpackungen bearbeiten /3/.
Immer wichtiger wird es, die Verpackung mit einem Zusatznutzen, wie einer Wiederverschließbarkeit oder Mikrowellentauglichkeit, zu versehen. Ziel ist es, Produkte erfolgreich an umkämpften Käufermärkten zu platzieren.
Um Prozesse, die der Verpackung nachgelagert sind, effizient gestalten zu können, ist eine einfache Handhabbarkeit von Packungen zu gewährleisten sowie die Möglichkeit der Zusammenfassung zu größeren, logistikgerechten Einheiten sicherzustellen. Beispielsweise haben die Abmessungen von Verpackungen einen wesentlichen Einfluss auf den Nutzungsgrad des Stauraumes. Eine Optimierung kann hierbei über die Ausrichtung an den Abmessungen von standardisierten Ladehilfsmitteln erreicht werden.
Anforderungen an Verpackungen, die darauf abzielen, eine reibungslose vollautomatische Handhabung zu ermöglichen, dürfen nicht bei der eigentlichen Verpackung aufhören, sondern müssen auf die Kennzeichnung, beispielsweise durch Barcode- oder Transponderetiketten, ausgedehnt werden. Nur so kann die eindeutige Identifikation innerhalb eines Materialflusssystems sichergestellt werden. Durch die Kennzeichnung soll neben einer maschinellen Lesbarkeit und Identifikation auch eine Information für den Kunden erreicht werden. Gerade im Bereich der Lebensmittelindustrie gibt es Vorschriften, welche Informationen mit einer Verpackung verbunden werden müssen /4/. Hierzu gehört beispielsweise das Mindesthaltbarkeitsdatum.
Aus einem umfassenden Anforderungskatalog an die Verpackung eines Produktes ergibt sich ein hoher Abstimmungsbedarf bei der Gestaltung einer neuen Verpackung. Ein Lösungsansatz für diese Herausforderung liegt in der Erstellung eines detaillierten Anforderungsprofils und der Festlegung von Prioritäten.
Verpackung ist ein komplexer Prozess
Das komplexe Verpackungsproblem, das sich aus den Anforderungen bei der Einführung eines neuen Produktes ergibt, lässt sich in der Regel nicht einfach mit den Funktionen einer oder mehrerer Maschinen beherrschen. Vielmehr wird dafür ein komplett verkettetes System benötigt. Es ist in das gesamte Produktions- und Distributionssystem zu integrieren und muss den gesamten Verpackungsprozess, angefangen von der Verpackung des einzelnen Produktes bis zur versandfertigen Ladeeinheit, ohne technologische Lücken realisieren. Systeme, die den Verpackungsprozess durch die Vereinigung von Packgut und Verpackung in der gewünschten Weise realisieren, werden als Verpackungssysteme, -linien oder auch als Verpackungsanlagen bezeichnet.
Die umfangreichen Arbeitsaufgaben, die in einer Verpackungsanlage durchzuführen sind, lassen sich zunächst in die drei Prozesse Herstellen von Einzelpackungen, Sammelpackungen und Ladeeinheiten unterscheiden /5/. Einzelpackungen stellen dabei die Verkaufseinheit an den Endverbraucher dar, die in einem nächsten Schritt zu größeren, für den Handel handhabungsgerechten Sammelpackungen zusammengefasst werden. Der letzte Schritt in dieser Kette ist das Bilden von transport- und lagergeeigneten Ladeeinheiten.
Um einen detaillierten Überblick aller Vorgänge innerhalb eines Verpackungssystems zu erhalten, muss die vorgenommene Dreiteilung in Einzel-, Sammelpackung und Ladeeinheit durch eine Analyse der einzelnen Funktionalitäten erweitert werden. Der Prozess der Herstellung einer Einzelpackung besteht beispielsweise aus einer Kette von Funktionen, die mit der Zuführung von Packgut und Packmittel beginnt. Daran anschließend muss das Packmittel geformt oder aufgerichtet und das Packgut dosiert werden, bevor eine Befüllung durchgeführt werden kann. Das Herstellen einer Einzelpackung wird schließlich durch einen Vorgang, bei dem das gefüllte Packmittel verschlossen und gegebenenfalls eingeschlagen wird, beendet.
Das Durchführen der einzelnen Funktionen innerhalb eines Verpackungsprozesses wird von Verpackungsmaschinen realisiert. Des Weiteren kommen Geräte beispielsweise zum Kennzeichnen, Wiegen oder Kontrollieren zum Einsatz. Förder- und Puffereinrichtungen verketten und entkoppeln die Prozesse.
Einzelfunktionen verketten oder Mehrfunktionsmaschinen?
Funktionen wie Aufrichten, Formen, Füllen und Verschließen können durch Verpackungsmaschinen vollautomatisch ausgeführt werden, so dass eine hohe Ausbringung bei gleichbleibender Qualität erreicht wird. Die Realisierung von Verpackungssystemen kann dabei allerdings unterschiedlich aussehen. Neben der Möglichkeit, Einzelfunktionsmaschinen, wie reine Formmaschinen, Aufrichtmaschinen oder Füllmaschinen, durch Verkettungseinrichtungen in ein Gesamtsystem zu integrieren, kann man auch Mehrfunktionsmaschinen einsetzen, bei denen zwei oder mehrere Verpackungsfunktionen in einer Einheit angeboten werden.
Die Verkettung von Einzelfunktionsmaschinen zu einer Linie kann z. B. beim Verpacken von Massenprodukten sinnvoll sein. Der Wettbewerb erfordert, dass große Chargen in kürzester Zeit und so preiswert wie möglich verpackt werden. Für den Anlagenbetreiber ist deshalb eine hohe Verfügbarkeit der gesamten Verpackungslinie von großer Bedeutung. Die Verkettungseinrichtungen zwischen den Maschinen, wie Bandförderer, Kettenförderer etc., übernehmen hierbei zusätzliche Pufferaufgaben. Materialflussschwankungen aufgrund von Leistungsunterschieden oder Funktionsstörungen einzelner Maschinen können durch das in den Verkettungseinrichtungen gespeicherte Packgut kurzfristig überbrückt werden und nehmen somit nicht unmittelbar Einfluss auf die effektive Einsatzdauer der gesamten Verpackungslinie. Nachteile bei diesem Anlagenkonzept sind der relativ geringe Flächen- und Raumnutzungsgrad sowie ein erhöhter Personalbedarf.
In zunehmendem Maße werden Mehrfunktionsmaschinen in Verpackungslinien integriert. Durch die komprimierte Anordnung der Verpackungsfunktionen sinkt der Verkettungsaufwand zwischen Maschinen. Störungen wirken sich allerdings, aufgrund der fehlenden Puffer, direkt auf die Nutzungsdauer der Anlage aus /6/. Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass in der Konzeption der Anlage so genannte Notfallstrategien berücksichtigt werden, die für einzelne Verpackungsfunktionen mehrere entweder parallel oder hintereinander angeordnete Arbeitsstationen vorsehen. Der geringere Raum- und Personalbedarf sowie die Verbesserung der Verfügbarkeit sind wesentliche Vorzüge der Mehrfunktionsmaschinen.
Für jedes Teil die richtige Hülle
Aus diesem breiten Angebot von Verpackungsmaschinen muss nun in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Packgutes das richtige Verfahren ausgewählt werden, um Packgut und Packmittel zu vereinigen.
Insbesondere im Bereich der Herstellung von Einzelpackungen ist die Auswahl an Verfahren groß. Für schütt-, riesel- und fließfähiges Packgut, wie Granulate, Pulver oder Flüssigkeiten, kommen beispielsweise Schlauchbeutel-Form-, Füll- und Verschließmaschinen zum Einsatz. Bei dieser Technik werden aus flexiblen Packstoffbahnen, wie beispielsweise Folien, Schlauchbeutel geformt, die nach dem Schwerkraftprinzip von oben gefüllt und an den Enden durch Verschweißen verschlossen werden /7/. Neben einer Befüllung von oben gibt es auch Maschinen, die nach dem Horizontal-Prinzip arbeiten. Hierbei werden vereinzelbare, stückige Packgüter über eine stetige Fördertechnik zugeführt und von einem Schlauchbeutel umhüllt. Zur Herstellung von Einzelpackungen kommen häufig auch Tiefziehanlagen, etwa für Becher und Blister, Siegelrandbeutel- und Faltschachtelanlagen, zum Einsatz.
Im Bereich der Sammelpackung werden meist so genannte Wrap-around-Einschlagmaschinen oder Case-Packer eingesetzt. Beim Wrap- around-Prinzip wird ein vorgefertigter Zuschnitt, meist aus Pappe oder Karton, eng um die Einzelpackungsstapel herumgefaltet und verklebt. Diese Verpackungsform kommt vorzugsweise bei formstabilen, quaderförmigen oder zylindrischen Packgütern, wie z. B. Faltschachteln oder Flaschen, zum Einsatz, da verfahrensbedingt der Einschlag um die Packgutformation gebildet wird. Durch den sehr engen Packverbund haben die so hergestellten Packungen eine hohe Eigenstabilität und ermöglichen die Aufnahme von Stapeldruck.
Häufig werden auch thermoverformbare Folien in Einschlagmaschinen eingesetzt. Durch das Erwärmen in einem Schrumpftunnel zieht sich die Folie eng um den Packgutstapel zusammen und bietet so einen festen Zusammenhalt. Haupteinsatzgebiet sind stabile Packgüter, wie Flaschen und Dosen.
Case-Packer eignen sich im Gegensatz zu Wrap-around-Maschinen auch für instabile und unregelmäßig geformte Packgüter, wie beispielsweise Schlauchbeutel. Hierbei wird das Packgut, z. B. durch Setzpackroboter, in eine fertig aufgerichtete Faltschachtel gefüllt. Nach dem Einpacken wird die Packung in der Maschine verschlossen. Abhängig von den Packguteigenschaften kann das Zuführen der Packgüter in die Faltschachtel auch von der Seite oder von unten erfolgen /8/.
Zum Bilden einer Ladeeinheit werden vorzugsweise Palettiermaschinen oder Palettierroboter eingesetzt. Diese übernehmen, mit Greifern oder Vakuumsaugern ausgerüstet, das vollautomatische Stapeln der versandfertigen Sammelpackungen auf einem Ladehilfsmittel, wie z. B. Standardpaletten. Für die optimale Stauraumnutzung auf der Palette kommen teilweise spezielle Softwareprogramme zum Einsatz, die eine Berechnung volumenoptimierter Stapelmuster durchführen und in der Steuerung der Roboter und Maschinen hinterlegt werden können.
Palettiermaschinen sind leistungsfähig und insbesondere für die Handhabung großer Stückzahlen von gleichen Packungen geeignet, während Palettierroboter durch ihre Freiheitsgrade flexibel, auch zum Stapeln von Packungen im beliebigen Sortenmix, zur Verfügung stehen /9/. Das Einschlagen bei der Ladeeinheitenbildung wird beispielsweise durch Wickelmaschinen oder Haubenüberzieher erreicht.
Zur Verpackung gehört auch das
Etikett
Verpackungslinien müssen in der Regel zusätzliche Aufgaben, wie beispielsweise das Kennzeichnen und Bedrucken der Packungen, sowie Qualitätskontrollen übernehmen. Hierfür werden zusätzliche Geräte und Einrichtungen in Verpackungsmaschinen und Verkettungseinrichtungen integriert.
Das Aufbringen von Packgutinformationen wie der Chargennummer, des Mindesthaltbarkeitsdatums und der Abfülldaten ist für die Erfüllung der Informationsfunktion sowohl auf der Einzel- und Sammelpackung als auch auf der Ladeeinheit notwendig. Hierfür kommen häufig druckende Etikettiermaschinen, wie Thermotransferdrucker, und Direktbedruckungseinrichtungen, wie beispielsweise Inkjetdrucker und Laserdrucker, zum Einsatz /10/.
Thermotransferdrucker ermöglichen das nahezu gleichzeitige Bedrucken und Aufbringen von Etiketten in besonders hoher Qualität. Vorzugsweise werden sie für das Drucken maschinell lesbarer Barcodeetiketten eingesetzt. Leistungsfähige Verfahren für das direkte Bedrucken sind die Inkjet- und die Laserkennzeichnung. Beim Inkjet-Verfahren setzen sich die Zeichen aus einer Reihe von aufgesprühten Punkten zusammen, während bei der Lasercodierung eine Aufschrift durch das Einbrennen in geeignete Packstoffe, wie beispielsweise Glas oder Kunststoff, erzeugt wird. Eine direkte Bedruckung wird hauptsächlich zum Aufbringen von Einzelinformationen, wie der Chargennummer oder des Mindesthaltbarkeitsdatums, verwendet. Die freie Programmierbarkeit der Geräte ermöglicht, etwa beim Chargenwechsel, eine schnelle und leichte Veränderung der aufzudruckenden Informationen.
Neben den bereits geschilderten Verfahren kann als Alternative für die Identifikation, Dokumentation und Datenhaltung an der Ware noch der Einsatz von so genannten RFID-Labels angeführt werden. Die Abkürzung RFID steht für radiofrequente Identifikation. Bei diesem Verfahren funktioniert der elektronische Datenaustausch zwischen Etikett und Lese- bzw. Schreibgerät kabellos. Ermöglicht wird dies durch Transponderetiketten mit einem elektrischen Schwingkreis aus parallel geschalteter Spule, Kondensator und Microchip. Die Stärken eines solchen Systems liegen darin, dass man ohne Sichtkontakt lesen und schreiben und dass eine dynamische und dezentrale Datenhaltung realisiert werden kann /11/.
Integrierte Packgut-, Packmittel- und Packungskontrollen mit Kameras oder Lichtschranken übernehmen die Qualitätssicherungsfunktion in automatisierten Verpackungssystemen. Sie ist in Bereichen mit sensiblem Packgut, wie etwa pharmazeutischen Produkten, besonders wichtig. Durch frühzeitiges Erkennen und Ausschleusen von beschädigten Packungen können die Retourenwahrscheinlichkeit und das Risiko von Rückholaktionen verringert werden.
Entscheidend für den wirtschaft-
lichen Betrieb einer Verpackungsanlage ist ein einheitliches Steuerungskonzept. Hierfür werden zunehmend feldbusbasierte Systeme eingesetzt, die einen schnellen Austausch von Informationen ohne Einzelverdrahtung zwischen den Maschinen möglich machen und deren Abstimmung untereinander übernehmen. Die Bedienung und Überwachung einer Anlage erfolgt meist von einem zentralen Leitstand mit minimalem Personaleinsatz.
Verpackungssysteme richtig
einteilen
Zur systematischen Darstellung von Verpackungssystemen lassen sich verschiedene Strukturierungskriterien heranziehen. Dabei können branchen-, produkt- oder prozessbezogene Merkmale betrachtet und auf ihre Eignung überprüft werden.
Trotz einer Spezialisierung der Verpackungsmaschinenbauer auf verschiedene Branchen, wie Pharma, Kosmetik, Nahrungsmittel, Getränke sowie Non Food, ist bei einer näheren Betrachtung festzustellen, dass es kaum Verpackungstechniken und -verfahren gibt, die ausschließlich in einer Branche eingesetzt werden. Die Spezialisierung einer Verpackungsmaschine auf eine bestimmte Branche erfolgt meist erst durch die Integration von spezifischen Produktschutzmethoden oder Zusatzeinrichtungen. Das Verpackungsverfahren verändert sich dabei kaum. So sind beispielsweise Blister-Verpackungsmaschinen in der Nahrungsmittelindustrie durch integrierte Vakuum-, Schutzgas- oder Aseptikeinrichtungen gekennzeichnet, im Non-Food-Bereich hingegen werden sie ohne solche Zusatzeinrichtung ausgeliefert.
Eine packgutbezogene Gliederung ist für die Systematisierung von Verpackungsmaschinen nicht geeignet. Die Einteilung ist aufgrund der Vielzahl an Packgütern zu unübersichtlich, so dass allenfalls eine Einteilung nach Klassen von Packgütern mit ähnlichen Eigenschaften möglich wäre. Der Nachteil einer solchen Einteilung ist aber, dass für jede einzelne Klasse meist mehrere Verpackungsverfahren in Frage kommen, die in ähnlicher Form auch für andere Klassen geeignet sind. Es kommt somit also zwangsläufig zu einer Vielzahl an Mehrfachnennungen. Beispielsweise kann ein flüssiges Packgut, wie z. B. Milch, in der Regel mit verschiedenen Maschinen und Verfahren in Beutel, Schachteln und Flaschen verpackt werden. Zumindest Beutel und Schachteln können mit ähnlichen Verfahren aber auch für ganz andere Packgüter zum Einsatz kommen.
Als weitere Möglichkeit bleibt die Orientierung entlang einer prozess-bezogenen Betrachtung der Verpackungsvorgänge. Die zum Verpacken notwendigen Funktionen können hierfür zunächst unabhängig vom Packgut und von der Branche in Zuführen, Aufrichten, Formen, Dosieren, Füllen, Verschließen, Einschlagen, Kennzeichnen, Kontrollieren, Ordnen, Sammeln und Stapeln unterschieden werden. Anhand dieser sich in einer Verpackungslinie oft wiederholenden Funktionen lassen sich selbst komplexe Verpackungsanlagen in ihrem Aufbau beschreiben und gliedern.
Flexibilität ist Trumpf
Kürzer werdende Produktlebenszyklen, abnehmende Losgrößen und zunehmende Variantenvielfalt haben dazu geführt, dass die Betreiber von Verpackungsanlagen der Flexibilität der eingesetzten Maschinen bezüglich Umstellung, Umrüstung und Erweiterung einen hohen Stellenwert beimessen. Die Lieferanten bieten mit der Entwicklung standardisierter Baukastensysteme eine Vielzahl von beliebig kombinierbaren Bausteinen und Funktionseinheiten an, mit denen auch sehr unterschiedliche Verpackungsaufgaben erfüllt werden können. Des Weiteren lassen sich so zeit- und vor allem kostenintensive Entwicklungsarbeiten für neu auszulegende Verpackungslinien reduzieren.
Eine weitere Tendenz geht in Richtung von Maschinen mit einer rechnergesteuerten Formatumstellung, die ohne Eingriffe von Bedienpersonal Umrüstungen und Umstellungen durchführen. Eine immer größere Rolle bei der Flexibilisierung von Verpackungslinien spielen Roboter, wie z. B. Handhabungs-, Setzpack- oder Palettierroboter, die nahezu in allen Bereichen wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werden können.
Resümee
Die Anbieter von Verpackungssystemen sind heute mit ihrem breiten Angebot an standardisierten Maschinen und den vielfältigen Möglichkeiten an Individuallösungen in der Lage, unterschiedlichste Verpackungsaufgaben zu lösen. Der Bedarf an Individuallösungen ermöglicht es gerade vielen mittelständischen Herstellern, ihren Platz am Markt zu finden.
Neben Anforderungen, die vom Packgut oder bestimmten Richtlinien ausgehen, stehen die Betreiberanforderungen, die zumeist auf Form und Design abzielen, im Mittelpunkt der konzeptionellen Gestaltung von Verpackungssystemen. Zunehmend wird der Fokus auf eine gute Handhabbarkeit und Identifizierbarkeit von Einzel-, Sammelpackungen und Ladeeinheiten gelenkt. Die Gründe hierfür liegen sowohl in Bestrebungen, die Distributionslogistik zu optimieren, als auch in der hohen Verbreitung von Scannerkassen im Handel und der Forderung nach einer Rückverfolgbarkeit der Verkaufseinheiten bis auf die Produktionscharge.
Obwohl Verpackungslinien zum Teil aus Serienmodulen bestehen, ist letztlich jede Linie eine kundenindividuelle Lösung. Aus diesem Grund sowie aus den Forderungen nach Flexibilität, einer hohen Leistung und einer hohen Verfügbarkeit ist die Kompetenz des Anbieters in einem hohen Maß gefordert.