Pick-and-Place

Die Welt der Wellpappe ist groß und vielfältig. Ein besonders interessanter Bereich ist das sogenannte "Pick-and-Place" – ein Prozess, der in vielen Industriebereichen zum Einsatz kommt und auch für Wellpappe eine besondere Bedeutung hat. Es geht dabei um automatisierte Handhabungstechniken und deren Einsatzmöglichkeiten in der Verpackungsbranche. In der Praxis umfasst dies das präzise Vereinzeln, Greifen, Positionieren und Ablegen von Bögen, Zuschnitten, Formteilen oder fertigen Einheiten. Durch die Kombination aus Sensorik, Kinematik und geeigneten Greifertechnologien werden Abläufe stabil, reproduzierbar und ergonomisch gestaltet. Die Anwendung reicht von der Zuführung an Verarbeitungsmaschinen über das Bestücken von Displays bis zur Palettierung.

Besonders in der Verarbeitung von Wellpappe – von E- bis BC-Welle, ein- bis mehrlagig, mit unterschiedlichen Grammaturen und Beschichtungen – stellt "Pick-and-Place" eine robuste, skalierbare Lösung dar. Die Methode unterstützt eine gleichmäßige Materialzufuhr, reduziert Stillstände und verbessert die Prozessfähigkeit, auch bei schwankenden Umgebungsbedingungen wie Luftfeuchte oder Temperatur. In Verbindung mit vorausschauender Wartung und standardisierten Schnittstellen lassen sich Produktionslinien modular erweitern und zuverlässig betreiben.

Definition: Was versteht man unter "Pick-and-Place"?

Das "Pick-and-Place" beschreibt eine Methode aus dem Bereich der Automatisierungstechnik. Im Zuge dieses Verfahrens werden Objekte von einem Ort zum anderen transportiert. Besonders häufig kommt diese Technologie in der Fertigungsindustrie zum Einsatz, wo sie dabei hilft, Produktionsprozesse zu optimieren und kosteneffizient zu gestalten. "Pick-and-Place"-Systeme sind dabei in der Lage, eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien zu handhaben, darunter auch Wellpappe.

Technisch betrachtet besteht ein "Pick-and-Place"-Prozess aus mehreren Schritten: Erkennen der Lage und Orientierung, Anfahren der Aufnahmeposition, Greifen (z. B. über Vakuum oder mechanische Klemmung), Transport entlang definierter Bahnen und exaktes Platzieren. Je nach Kinematik (Portal, Delta-, SCARA- oder mehrachsiger Knickarm) und Sensorik (Lichttaster, Vision-Systeme, Kraft-/Drehmomentsensoren) lassen sich unterschiedliche Genauigkeiten und Taktleistungen erzielen. Für Wellpappe steht dabei die schonende Handhabung mit kontrollierter Auflagekraft im Vordergrund.

Zur funktionalen Einheit zählen typischerweise Greifmodul, Achssystem oder Roboter, Steuerung mit Trajektorienplanung sowie Peripherie wie Magazinierung, Fördertechnik und Schutztechnik. Ergänzend werden Prozessdaten erfasst (z. B. Vakuumlevel, Zykluszeiten, Greiferzustände), um Qualität und Verfügbarkeit messbar zu machen und kontinuierlich zu verbessern.

Anwendungsfelder von "Pick-and-Place" in der Wellpappe-Industrie

Wo kommt "Pick-and-Place" bei der Produktion und Verarbeitung von Wellpappe zum Einsatz? Das Verfahren wird vorrangig in den Bereichen Verpackung und Montage genutzt. Mithilfe von speziellen Maschinen können Wellpappbögen präzise gepickt und auf Paletten platziert oder in Verpackungsmaschinen eingesetzt werden. Bei diesen Prozessen garantieren "Pick-and-Place"-Systeme eine schnelle und präzise Handhabung, die auch bei hohen Stückzahlen ein konstant gleichbleibendes Ergebnis sicherstellt.

• Vereinzelung und Zuführung von Wellpappbögen an Druck-, Stanz- oder Klebemaschinen
• Bestückung von Zuschnittmagazinen, Einlegen von Zuschnitten in Aufrichter
• Automatisches Beladen von Displays, Trays oder Umverpackungen mit Produkten und Einlagen
• Schichtenbildung, Lagenbildung und geordnetes Ablegen für nachfolgende Prozessschritte
• Palettierung und Depalettierung von Bündeln, Stapeln oder fertigen Kartonagen
• Automatisches Einbringen von Zwischenlagen, Inlays oder Polsterelementen
• Kommissionieren von Wellpapp-Inserts, Fixierelementen und Trennstegen in variantenreichen Verpackungssätzen
• Umsetzen von Restbogen, Ausschleusen fehlerhafter Teile und sortenreines Ablegen für das Recycling
• Handhabung kleiner Losgrößen mit häufigen Formatwechseln durch flexible Greiferwechsel oder verstellbare Saugerbilder

Material- und Formatparameter

Für die prozesssichere Handhabung sind Materialeigenschaften (Flutrichtung [Wellenrichtung], Steifigkeit, Oberflächenbeschaffenheit, Beschichtungen) und die Formatqualität (Planlage, Verzugsneigung, Stanzgitterreste) entscheidend. Ebenso müssen die genauen Abmessungen und Formtoleranzen der Zuschnitte berücksichtigt werden, damit Greiferlayouts, Saugerabstände und Anschläge zuverlässig funktionieren.

Relevant sind außerdem Kartonaufbau und Wellenprofil (z. B. E-, B-, C-, BC-Welle), Kantenfestigkeit, Faserrichtung der Deckschichten, antistatische Eigenschaften sowie der Feuchtegehalt. Klare Toleranzvorgaben und eine definierte Stapelqualität (Überstand, Pressdruck, Zwischenlagen) erhöhen die Wiederholgenauigkeit und minimieren Fehlgriffe.

Funktionalität von "Pick-and-Place"-Maschinen

Wie funktionieren "Pick-and-Place"-Maschinen in der Wellpappe-Industrie? Diese Systeme sind durch ihre hohe Geschwindigkeit und Präzision gekennzeichnet. Die genaue Arbeitsweise hängt dabei vom jeweiligen Einsatzgebiet ab. In der Regel erfasst jedoch ein Sensor die Position von Objekten, die danach von einem Roboterarm ergriffen und an den vorgesehenen Ort gebracht werden. In der Wellpappe-Produktion kann damit beispielsweise die genaue Positionierung von bedruckten Bögen auf Wellpappe sichergestellt werden.

Im Detail kommen oft Vakuumgreifer mit Einzel- oder Mehrfachsaugern, Schaumflächen-Greifer für großflächige Auflage sowie mechanische Klemmen für formstabile Bereiche zum Einsatz. Funktionen wie Unterdrucküberwachung, Gebläse- oder Abblasimpulse und Leckagekompensation stabilisieren das Greifen poröser Materialien. Bewegungsprofile mit sanften An- und Abfahrtsrampen (Soft-Landing) schützen Kanten und bedruckte Oberflächen. Kamerasysteme korrigieren Lageabweichungen, erkennen Ausrichtungen und unterstützen die Qualitätskontrolle.

Neben der Bahnplanung (Kollisionsvermeidung, dynamische Begrenzungen) spielt die Synchronisation mit vorgelagerten Aggregaten, Pufferstrecken und Auslegern eine zentrale Rolle. Energieeffiziente Vakuumerzeuger, abschaltbare Saugerkreise und adaptive Greifzonen reduzieren den Druckluftverbrauch und tragen zu einem ressourcenschonenden Betrieb bei.

Greifertechnologien und Einfluss der Wellpappe

• Vakuumgreifer: flexibel, schnell, geeignet für unterschiedliche Formate; abhängig von Porosität und Oberfläche
• Mechanische Greifer/Klemmen: sicher bei strukturierten Kanten, beachten von Quetschmarken und Biegebelastung
• Flächengreifer: vorteilhaft bei instabilen Zuschnitten oder variierenden Formaten
• Nadel-/Hakenlösungen: selten bei Wellpappe, da potenzielle Materialbeschädigung
• Hybridgreifer: Kombination aus Vakuum und formschlüssigen Elementen für kritische Konturen oder perforierte Zuschnitte

Zuschnittqualität, Rilllinien, Stanzausbrüche und Falzkanten beeinflussen das Greifen ebenso wie Staubanteile aus der Verarbeitung. Eine verlässliche Stapelbildung und definierte Auflageflächen erhöhen die Wiederholgenauigkeit. Zu beachten sind ferner Umgebungsparameter (Luftfeuchte, Staubbelastung), die die Haftreibung und die Saugleistung spürbar verändern können.

Prozesskennzahlen

• Taktzeit und Durchsatz: abhängig von Greiferlayout, Weglängen und Synchronisation mit vorgelagerten Aggregaten
• Wiederholgenauigkeit: meist im Bereich von Zehntel- bis wenigen Millimetern, abhängig von Kinematik und Sensorik
• Nutzlast und Reichweite: dimensioniert nach Formatgrößen, Mehrfachentnahmen und Stapelhöhen
• Verfügbarkeit: beeinflusst durch Wartung, Greifermedien, Verschleißteile und Staubbelastung
• OEE und Stillstandszeiten: Kennzahlen zur Gesamtanlageneffektivität, unterstützt durch Zustands- und Störgrundanalyse
• Ausschuss- und Nacharbeitsquote: messbar über kamerabasierte Anwesenheits- und Lagekontrollen
• Energiebedarf: Druckluft- und Stromverbrauch je Zyklus als Grundlage für Optimierungen

Vor- und Nachteile von "Pick-and-Place"

In der Wellpappe-Industrie bringt die Anwendung von "Pick-and-Place"-Systemen viele Vorteile mit sich. So ermöglicht es deutliche Effizienzsteigerungen, da Maschinen schneller und präziser als Menschen arbeiten können. Zudem können durch den Einsatz von "Pick-and-Place" Produktionskosten gesenkt und der Durchsatz erhöht werden. Allerdings sind mit "Pick-and-Place"-Verfahren auch Nachteile verbunden. Dazu zählt beispielsweise der hohe Anschaffungspreis für entsprechende Systeme.

• Vorteile: reproduzierbare Qualität, geringere Fehlerquote, ergonomische Entlastung, standardisierte Abläufe, kontinuierliche Taktung
• Herausforderungen: Investitionsaufwand, Platzbedarf im Layout, Formatwechsel mit Rüstzeiten, Anpassung von Greifer-Setups
• Risiken: Materialschwankungen (Planlage, Feuchte), Staubentwicklung, mögliche Kantenbeschädigungen bei ungeeigneter Greifstrategie
• Skalierbarkeit und Modularität: nachrüstbare Greiferkreise, zusätzliche Achsen und erweiterte Magazinierung
• Schulung und Bedienkonzepte: Qualifizierung von Personal für Rüstung, Fehlerdiagnose und Instandhaltung

Zusätzliche Aspekte von "Pick-and-Place"

Besonderer Beliebtheit erfreuen sich "Pick-and-Place"-Systeme aufgrund ihrer vielfältigen Einsatzmöglichkeiten. So erlauben sie neben der genauen Positionierung von bedruckten Wellpappe-Bögen auch die automatische Platzierung von Kleinteilen in Verpackungen oder das Befüllen von Displays. Trotz des hohen Anschaffungspreises stellen sie daher für viele Unternehmen eine wirtschaftlich sinnvolle Investition dar.

Integration, Sicherheit und Qualität

• Integration: Schnittstellen zu Fördertechnik, Magazinierung, Druck-/Stanz-/Klebemaschinen; Daten- und Signalaustausch für synchronisierte Übergaben
• Sicherheit: Einhausungen, Schutzzonen oder kollaborative Betriebsarten gemäß geltenden Normen
• Qualitätssicherung: kamerabasierte Lagekontrolle, Anwesenheitsprüfung, Ausschleusen fehlerhafter Teile, Rückverfolgbarkeit über Prozessdaten
• Datenintegration: standardisierte Protokolle und Visualisierung der Prozessdaten zur Analyse von Trends und Abweichungen
• Prozessfähigkeit: statistische Auswertung (z. B. Cp/Cpk) für lagekritische Ablagen und definierte Toleranzfenster

Praxisnahe Beispiele

• Entstapeln von Wellpappbögen und exaktes Einlegen in eine Rotationsstanze mit Mehrfach-Saugerbalken
• Automatisches Beladen von Aufrichtern mit Zuschnitten und nachgelagertes Einsetzen von Inlays
• Lagenweises Ablegen fertig geklebter Kartons und geordnetes Palettieren mit Zwischenlagen
• Pick-and-Place von bedruckten Deckeln auf Tray-Verpackungen unter kamerabasierter Ausrichtungskontrolle
• Sortenreines Vereinzeln und Ablegen von Stanzteilen für nachfolgende Klebe- oder Konfektionierprozesse

Planung, Rüstung und Instandhaltung

Eine belastbare Planung umfasst Layoutstudien, Kollisionsbetrachtungen, Greifer- und Saugerauslegung sowie Tests an repräsentativen Mustern. Für häufige Formatwechsel bewähren sich Schnellwechselsysteme, parametrierbare Saugerbilder und gespeicherte Rezepturen. Vorbeugende Instandhaltung mit planmäßigem Filter- und Saugerwechsel, Reinigung staubbelasteter Bereiche und Prüfung der Vakuumdichtheit erhöht die Verfügbarkeit. Digitale Zwillinge und Offline-Programmierung verkürzen die Inbetriebnahme und unterstützen das Änderungsmanagement.

Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz

Durch angepasste Greifstrategien, energiesparende Vakuumerzeugung und reduzierten Ausschuss leisten "Pick-and-Place"-Lösungen einen Beitrag zur Ressourceneffizienz. Prozessdaten erlauben es, Verbrauchstreiber zu identifizieren, Taktprofile zu glätten und Materialschäden zu minimieren. In der Verpackungsproduktion mit Wellpappe unterstützt dies die Qualitätssicherung und die Wiederverwertbarkeit der Zuschnitte.

Zusammenfassung:

• Pick-and-Place ist ein Begriff aus der Automatisierungstechnik, der den Prozess des Aufnehmens eines Objekts von einem bestimmten Ort und dessen Platzierung an einem anderen Ort beschreibt. Dies ist besonders nützlich in Unternehmen, die Verpackungen aus Wellpappe produzieren und versenden.
• Durch den Einsatz von Pick-and-Place-Robotern können die Arbeitsschritte der Verpackungsproduktion, insbesondere bei Verpackungen aus Wellpappe, effizienter und genauer ausgeführt werden. Dies führt zu einer höheren Produktivität und Qualität der Endprodukte.
• Diese Technologie ermöglicht es, die Verpackungsprozesse zu optimieren und zu standardisieren, wodurch Zeit und Kosten gespart werden können. Darüber hinaus wird durch den Einsatz von Maschinen das Risiko von menschlichen Fehlern und Unfällen reduziert.
• Material- und Formatparameter, geeignete Greifer und stabile Zuschnittqualität sind zentrale Voraussetzungen für eine prozesssichere Handhabung.
• Typische Einsatzbereiche reichen von der Vereinzelung über das Bestücken von Verpackungen bis zur geordneten Palettierung ganzer Lagen.
• Bei der Planung sind Taktzeit, Wiederholgenauigkeit, Nutzlast, Layout und Wartungskonzepte zu berücksichtigen, um einen robusten Betrieb sicherzustellen.
• Ergänzend tragen standardisierte Schnittstellen, vorausschauende Instandhaltung und energieeffiziente Greifstrategien zur Stabilität und Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems bei.