Pneumatische Verpackungssysteme

In der heutigen Zeit spielt Effizienz in allen Geschäftsbereichen eine entscheidende Rolle, und das ist nicht anders, wenn es um Verpackungen geht. Pneumatische Verpackungssysteme können eine Lösung für Unternehmen bieten, die auf der Suche nach schnellen und haltbaren Verpackungslösungen sind. Zugleich erhöhen sie die Prozesssicherheit, verbessern die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse und ermöglichen kurze Taktzeiten bei variablen Losgrößen. Durch die Kombination aus Druckluft, Vakuumtechnik und sensorgestützter Steuerung lassen sich empfindliche Produkte schonend handhaben und stabile Packgüter für Transport und Lagerung erzeugen. Zusätzlich reduzieren automatisierte Abläufe die Rüstzeiten, steigern die Gesamtanlageneffektivität und unterstützen eine konsistente Verpackungsqualität bei hoher Variantenvielfalt. Dies wirkt sich positiv auf Durchlaufzeiten, Kosten pro Packeinheit und die Materialschonung aus.

Definition: Was versteht man unter pneumatischen Verpackungssystemen?

Pneumatische Verpackungssysteme sind Maschinensysteme, die mithilfe von Luftdruck funktionieren. Sie können Verpackungen erstellen, füllen und verschließen. Durch den Luftdruck kann das Verpackungsmaterial zudem optimal angepasst werden, was eine effiziente und sichere Verpackung der Produkte ermöglicht. Typische Einsatzbereiche reichen vom Aufrichten und Formen von Kartonzuschnitten über das Einlegen von Produkten bis zum taktsynchronen Verschließen am Ende der Linie. In Verbindung mit standardisierten Schnittstellen zur Fördertechnik und Qualitätsprüfung lassen sich skalierbare, durchgängige Prozesse realisieren.

Im Detail kommen Druckluftzylinder, Ventile, Drosseln, Vakuumerzeuger (z. B. Venturi) sowie Sauggreifer und Blasdüsen zum Einsatz. Diese Aktoren formen, richten auf, positionieren, fixieren und verschließen. Ergänzend überwachen Sensoren (z. B. Druck-, Weg- oder Näherungssensorik) die Prozessschritte, während eine speicherprogrammierbare Steuerung die Bewegungen taktsynchron koordiniert. So werden Zuschnitte gefaltet, Laschen angelegt, Inhalte eingelegt, Polster integriert und Verschlüsse aufgebracht – bei Bedarf vollständig automatisiert. Moderne Ventilinseln, Proportionalventile für feinfühlige Kraftregelung, Softstart- und Entlüftungsventile sowie Bussysteme (z. B. IO-Link) unterstützen eine reproduzierbare, dokumentierbare Prozessführung.

Funktionsweise von pneumatischen Verpackungssystemen

Das Grundprinzip dieser Systeme besteht darin, dass Luftdruck verwendet wird, um das Verpackungsmaterial zu formen und zu füllen. Je nach Anwendung kann der Druck individuell reguliert werden, um die passende Verpackung für das jeweilige Produkt zu schaffen. Die fertigen Verpackungen können aus Materialien wie Wellpappe bestehen, welche für ihre Robustheit und Anpassungsfähigkeit bekannt sind. Je nach Baugruppe wird zusätzlich Vakuum eingesetzt, um flächige Zuschnitte sicher zu greifen oder Hohlräume beim Einlegen zu minimieren.

In der Praxis werden Druck, Volumenstrom und Vakuumniveau an Materialeigenschaften und Produktgeometrie angepasst. Geschwindigkeitsregelungen an Zylindern sorgen für sanfte Bewegungen, um Kanten nicht zu beschädigen. Vakuum-Sauger greifen Zuschnitte und Bauteile flächig oder punktuell, Blasdüsen unterstützen das Aufrichten und Ausformen. Eine Rückmeldung der Sensorik erlaubt die geschlossene Regelung (Closed Loop) von Kräften, Positionen und Haltezeiten, wodurch Ausschuss reduziert und die Prozessstabilität erhöht wird. Bewegungsprofile werden häufig ruckarm ausgelegt, um empfindliche Wellpappenstrukturen nicht zu überlasten und Materialermüdung zu vermeiden.

Für den Formatwechsel werden Anschläge, Greifer und Formwerkzeuge häufig modular ausgeführt. Dadurch lassen sich unterschiedliche Produktgrößen und Geometrien zügig verarbeiten. Nützliche Planungsgrößen sind Taktleistung, Produktgewicht, Materialsteifigkeit und präzise Formatdaten. Vertiefende Informationen liefern ausführliche Hintergründe zu Abmessungen und Toleranzen in der Verpackungsplanung, die bei der Auslegung von Greifern, Anschlägen und Führungen berücksichtigt werden. Ebenso zweckmäßig sind strukturierte Artikelstammdaten, CAD-Modelle der Zuschnitte und dokumentierte Rillqualitäten, um Wechselzeiten zu senken und die Reproduzierbarkeit zu erhöhen.

Typische Prozessschritte

• Zuführen von Zuschnitten oder vorgeklebten Zuschnitten mittels Vakuum-Pick-and-Place
• Aufrichten und Formen von Zuschnitten durch Druckluftzylinder, Greifer und Blasdüsen
• Einlegen der Produkte sowie ggf. Einbringen von Polster- und Fixierelementen
• Verschließen durch Anlegen von Laschen, Kleben oder Heften
• Kontrolle mittels Sensoren (Vorhandensein, Position, Dichtigkeit) und Ausleitung fehlerhafter Einheiten
• Inline-Erfassung von Prozessdaten (Druck, Kraft, Weg) zur Qualitätsdokumentation und Rückverfolgbarkeit
• Optionale Dichtheits- und Stabilitätsprüfungen sowie Gewichtskontrollen zur Absicherung der Verpackungsqualität
• Übergabe an End-of-Line-Prozesse wie Bündelung, Umreifung, Stretchwickeln oder Palettierung

Verwendung von pneumatischen Verpackungssystemen in der Wellpappenindustrie

In der Wellpappenindustrie erweisen sich pneumatische Verpackungssysteme als besonders nützliche Werkzeuge. Durch die Möglichkeit, den Luftdruck zu regulieren, können Wellpappenverpackungen passgenau für die zu verpackenden Produkte gefertigt werden. Dies sorgt nicht nur für eine verbesserte Schutzwirkung, sondern optimiert auch den Platzbedarf während Transport und Lagerung. Darüber hinaus erleichtert die Pneumatik das schonende Handling von E-, B- oder C-Wellen, auch bei empfindlichen Rillungen und bedruckten Oberflächen.

Beispiele sind das automatisierte Aufrichten gängiger FEFCO-Bauarten, das Formen von Trays, das Einsetzen von Einlagen sowie das schonende Handling großer Zuschnitte mit Sauggreifern. Pneumatische Fixierlösungen stabilisieren empfindliche Produkte, reduzieren Hohlräume und verbessern die Stapelfähigkeit – ein Vorteil für innerbetriebliche Logistik, Transport und Kommissionierung. Ebenso lassen sich Verschließstationen mit Druckluftantrieben taktsicher an vorgelagerte Prozessschritte ankoppeln. Ergänzend unterstützen Sensorbarcodes, Etikettierstationen und kamerabasierte Kontrollen eine konsistente Qualität bei hohen Taktzahlen.

Praxisaspekte in der Anwendung

• Materialkompatibilität: Berücksichtigung von Wellenart, Rillqualität und Oberflächenbeschaffenheit
• Produktschutz: definierte Anpresskräfte, weiche Greiferauflagen und sanfte Beschleunigungen
• Prozessintegration: Synchronisation mit Zuführtechnik, Etikettierung und End-of-Line-Prüfung
• Geräusch- und Emissionsmanagement: Einsatz von Schalldämpfern und geeigneter Luftaufbereitung
• Druckluftqualität: angemessene Filtration und Trocknung nach Anforderung des Systems zur Vermeidung von Verschleiß und Leckagen
• Datenmanagement: strukturierte Parametrierung, Versionierung von Formaten und zentrale Rezeptverwaltung

Energieeffizienz und Nachhaltigkeit

Der Energieeinsatz von Druckluft ist relevant für die Betriebskosten. Wirksam sind Maßnahmen wie das Absenken des Systemdrucks auf das prozessnotwendige Minimum, ein aktives Leckagemanagement, bedarfsgerechte Ventil- und Düsenauswahl sowie der Einsatz von Stand-by- und Abschaltkonzepten bei Stillständen. Drosselstellen werden so ausgelegt, dass Bewegungen stabil, aber nicht überversorgt laufen. Durch kurze Schlauchlängen, reduzierte Totvolumina und geeignete Dämpfung lässt sich der Luftverbrauch senken, ohne die Prozessstabilität zu beeinträchtigen.

Zusätzlich tragen Zustandsüberwachung (z. B. Trendanalysen von Druck- und Zykluszeiten) und regelmäßige Audits zur Identifikation von Optimierungspotenzialen bei. Eine klare Dokumentation von Sollwerten, Energiekennzahlen und Instandhaltungsintervallen unterstützt die kontinuierliche Verbesserung der Anlagenleistung.

Sicherheit, Normen und Validierung

Sichere Maschinenzustände erfordern ein kontrolliertes Entlüften, abgestimmte Not-Halt-Konzepte und Schutz vor unkontrollierten Bewegungen. Ventile für sichere Abblasfunktionen, definierte Haltepositionen und mechanische Anschläge erhöhen die Betriebssicherheit. Prüf- und Freigabeprozesse (z. B. Funktions- und Dichtheitsprüfungen) werden in regelmäßigen Abständen wiederholt und dokumentiert, um reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten.

Im Rahmen der Validierung bewährt sich ein gestuftes Vorgehen mit FAT/SAT, klaren Abnahmekriterien, Referenzformaten und Nachweisen der Prozessfähigkeit. Die Aufzeichnung von Druck-, Weg- und Zeitprofilen erleichtert die spätere Fehlersuche und unterstützt die Einhaltung interner Qualitätsrichtlinien.

Vor- und Nachteile von pneumatischen Verpackungssystemen

Ein wesentlicher Vorteil von pneumatischen Verpackungssystemen ist ihre Geschwindigkeit. Produkte können zügig und effizient verpackt werden, was die Produktivität erhöht. Zudem optimiert die maßgenaue Fertigung der Verpackungen den Platzbedarf und kann somit Kosten für Lagerung und Transport einsparen. Ein weiterer Vorteil ist die erhöhte Sicherheit der Produkte, da die Verpackungen durch den angepassten Luftdruck einen passenden Schutz bieten. Gleichzeitig fördern die Systeme eine stabile, reproduzierbare Prozessqualität mit geringen mechanischen Kontaktkräften und materialschonender Handhabung. Jedoch gibt es auch Nachteile. So sind pneumatische Verpackungssysteme in der Anschaffung häufig teurer als rein mechanische Lösungen. Außerdem können sie in der Wartung komplex sein und benötigen geschultes Personal. Zudem ist der Energieverbrauch oft höher als bei anderen Antriebstechnologien, wenn keine geeigneten Effizienzmaßnahmen umgesetzt werden.

• Vorteile: hohe Reproduzierbarkeit, guter Automatisierungsgrad, kurze Taktzeiten, modularer Aufbau, geringer mechanischer Verschleiß und flexible Formatwechsel
• Potenzielle Nachteile: Kosten für Drucklufterzeugung, Empfindlichkeit gegenüber Leckagen, Anforderungen an Luftqualität (z. B. Filtration, Trocknung) und Maßnahmen zur Lärmminderung
• Wartungsaspekte: regelmäßiger Dichtungs- und Schlauchwechsel, Leckageprüfungen, Filterwechsel und Funktionskontrollen der Ventilinseln
• Sicherheitsaspekte: kontrolliertes Entlüften, Not-Halt-Konzepte, Schutz vor unkontrollierten Bewegungen und Schulung des Bedienpersonals
• Kosten- und Effizienzbetrachtung: systematische Überwachung von Druck, Luftverbrauch und Taktzeiten; Bewertung der Total Cost of Ownership über den Lebenszyklus
• Integration: klare Schnittstellen zur Fördertechnik, zur Qualitätssicherung und zur Datenaufzeichnung für Rückverfolgbarkeit

Planung und Inbetriebnahme

Eine strukturierte Planung beginnt mit einem präzisen Lastenheft, das Produktvarianten, Formatdaten, gewünschte Taktleistungen, Qualitätsanforderungen und Umgebungsbedingungen umfasst. Bereits in der Auslegung werden Greiferflächen, Anpresskräfte, Saugergeometrien und Anschlagsysteme an Materialsteifigkeit, Rillqualitäten und zulässige Toleranzen angepasst. Für die Inbetriebnahme empfiehlt sich ein iteratives Vorgehen mit Musterchargen, Kapazitäts- und Prozessfähigkeitsnachweisen sowie dokumentierten Referenzrezepten für den späteren Serienbetrieb.

Zur Steigerung der Verfügbarkeit tragen vorausschauende Wartung, schnelle Wechselvorrichtungen, SMED-Methodik für kurze Rüstzeiten und ein durchdachtes Ersatzteilkonzept bei. Kennzahlen wie OEE, Ausschussquote und Energieverbrauch pro verpackter Einheit helfen, Verbesserungen messbar zu machen und Prioritäten in der Optimierung zu setzen.

Zusammenfassung:

• Pneumatische Verpackungssysteme sind effizient und stellen sicher, dass Produkte, einschließlich solcher in Wellpappverpackungen, sicher und unbeschädigt ankommen.
• Diese Systeme nutzen Luftdruck zur Manipulation und Bewegung von Verpackungsmaterialien, was sowohl einen schnellen als auch sanften Umgang ermöglicht, ideal für die Handhabung von empfindlicher Wellpappe.
• Die Technologie ermöglicht eine präzise Kontrolle über die Verpackungsprozesse und unterstützt bei der Automatisierung der Verpackungsherstellung, was zu einer Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit und einer Reduzierung der Arbeitskosten führt.
• Planung und Auslegung berücksichtigen Materialeigenschaften, Formatdaten, Taktleistung und Qualitätsanforderungen, um stabile, platzsparende Ergebnisse zu erzielen.
• Ein strukturiertes Instandhaltungskonzept und die Beachtung der Druckluftqualität tragen dazu bei, Energieverbrauch, Geräuschentwicklung und Stillstände zu reduzieren.
• Energieeffiziente Auslegung, Leckagemanagement und datenbasierte Prozessüberwachung verbessern Betriebskosten und Nachhaltigkeitskennzahlen.
• Sichere Entlüftung, abgestimmte Not-Halt-Konzepte und regelmäßige Validierungen unterstützen reproduzierbare, normgerechte Prozesse.