Fallstudie zur Hochgeschwindigkeitsverpackung mit einem Drei-Achs-Servoroboter in der Lebensmittelverpackungsindustrie

Fallstudie zur Hochgeschwindigkeitsverpackung mit dreiachsigen Servorobotern in der Lebensmittelverpackungsindustrie

In Produktionsstätten für Lebensmittelverpackungen ist das Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Präzision eine zentrale Herausforderung: die Anforderungen von Großbestellungen in der Hochsaison zu erfüllen und gleichzeitig Lebensmittelhygiene, -sicherheit und die Unversehrtheit der Verpackung zu gewährleisten. Wenn manuelle Verpackungsprozesse an Effizienzgrenzen und Arbeitskräftemangel stoßen und herkömmliche Maschinen Schwierigkeiten haben, sich an die flexible Produktion über verschiedene Produktkategorien hinweg anzupassen, Dreiachsige ServoroboterDank ihrer schnellen Reaktionszeit und präzisen Steuerung werden sie zu Schlüsselkomponenten für die Lösung von Problemen in der Lebensmittelindustrie. Die folgenden drei Fallbeispiele aus verschiedenen Lebensmittelbranchen veranschaulichen, wie ihr technologischer Wert in Produktionsvorteile umgesetzt wird.

Fallstudie 1: Verpackung für faltbare Einweglöffel – Eine Lösung für 24 Stück erzielt 90 % Arbeitskosteneinsparung

Bei der Herstellung von Einweggeschirr für die Gastronomie stellen die geringen Abmessungen und die hohen Produktionsmengen von Faltlöffeln hohe Anforderungen an die Verpackungsautomatisierung. Ein global tätiges Unternehmen der Gastronomie-Lieferkette setzte lange auf manuelle Arbeit beim Verpacken von Faltlöffeln und sah sich aufgrund einer Personalfluktuation von 30 % und Schwierigkeiten bei der konsequenten Kontrolle der Hygienevorschriften für Einzelverpackungen mit Produktionsunterbrechungen konfrontiert. Die Einführung des dreiachsigen Servoroboters SW6308s von Siweike hat den Produktionsprozess grundlegend verändert und eine Automatisierungslösung für 1 von 24 ermöglicht.

Dieses System erreicht vollständige Automatisierung von Spritzgießmaschine Die präzise Koordination von Drei-Achs-Servomotoren ermöglicht das Aufnehmen, Falten und Verpacken der Teile. Ausgestattet mit maßgeschneiderten Vakuumgreifern nimmt der Roboter die gesamte Charge Faltlöffel innerhalb von 0,3 Sekunden auf, nachdem die 250-Tonnen-Spritzgießmaschine den Formgebungsprozess (1 von 24) abgeschlossen hat. Die Hochgeschwindigkeitsbewegung entlang der X- und Y-Achse (maximale Geschwindigkeit bis zu 1,5 m/s) transportiert die Löffel zum Faltsystem, während die Z-Achse den Anpressdruck präzise steuert, um die Formgebung abzuschließen. In der Verpackungsphase erreicht die Wiederholgenauigkeit der Drei-Achs-Bewegung ±0,1 mm. Dadurch wird sichergestellt, dass jeder Löffel exakt an der vorgegebenen Position in der transparenten Verpackungsfolie eingebettet ist. So werden Falten und Fehlausrichtungen vermieden, die bei manueller Verpackung häufig auftreten.

Tatsächliche Betriebsdaten belegen, dass diese Lösung die Verpackungseffizienz einer einzelnen Produktionslinie auf 1440 Stück/Minute steigert, was der Arbeitsleistung von 6 Fachkräften entspricht und die Lohnkosten um 90 % senkt. Noch wichtiger ist, dass das vollständig gekapselte Servoantriebssystem das Kontaminationsrisiko durch menschlichen Kontakt eliminiert und die Einhaltung der Hygienevorschriften für Verpackungen von 92 % auf 99,8 % erhöht. Der Positionierungsfehler des Markenlogos auf transparenten Verpackungen liegt innerhalb von 0,5 mm und unterstützt Gastronomiebetriebe dabei, ein Premium-Markenimage zu erzielen.

Fallstudie 2: Verpackung von verzehrfertigen Sandwiches – Eine Hochgeschwindigkeits-„schonende“ Lösung für 60 Sandwiches pro Minute

Der durch den Brexit verursachte Arbeitskräftemangel in der Lebensmittelindustrie brachte die Sandwichverpackungslinie eines großen Herstellers von Fertiggerichten an den Rand des Stillstands. Die herkömmliche manuelle Verpackung erreichte nicht nur eine Geschwindigkeit von lediglich 15 Sandwiches pro Minute, sondern wies auch eine Produktverformungsrate von 3 % aufgrund ungleichmäßiger Temperatur und Druckverteilung auf sowie eine Fehlerquote von 8 % bei Verpackungen mit Sichtfenster. Diese Probleme ließen sich durch den Einsatz des mit einem Drei-Achs-Servosystem ausgestatteten Roboters KR AGILUS HM problemlos lösen.

Diese Lösung berücksichtigt die empfindliche Beschaffenheit von Sandwiches und verwendet flexible Greifer aus lebensmittelechtem Edelstahl in Kombination mit einer Kraftregelung durch einen Drei-Achsen-Servomotor. So wird der Greifdruck präzise zwischen 5 und 10 N gesteuert – für einen sicheren Halt ohne Quetschen oder Verformen des Brotes. Auf dem Förderband bewegt ein Servomotor der X-Achse die Greifer mit 1,2 m/s, während die Z-Achse sie mit 0,8 m/s vertikal bewegt und die Sandwiches vom Förderband in die Kraftpapiertüten überführt. Die Y-Achse justiert den Produktwinkel, um die dreieckigen Sandwiches exakt in der Tüte zu positionieren.

Der integrierte Bildsensor und das Drei-Achsen-Servosystem bilden ein geschlossenes Regelsystem: Sobald der Sensor eine Abweichung des Schnittwinkels von mehr als 2° erkennt, passt der Servomotor den Drehwinkel des Greifers sofort an, um zu verhindern, dass fehlerhafte Produkte in die Verpackungsanlage gelangen. Dadurch wird eine stabile Verpackungsgeschwindigkeit von 50–60 Sandwiches pro Minute erreicht – dreimal schneller als bei manueller Verpackung. Die Produktverformungsrate sinkt auf 0,1 % und die Fehlerrate liegt unter 0,5 %. Besonders hervorzuheben ist, dass die Dauerschmierung des Servosystems die Wartungskosten um 40 % reduziert und somit eine Amortisationszeit von nur 16 Monaten ermöglicht. Damit wird die Herausforderung der Fertiggerichtindustrie, hohe Geschwindigkeit und schonende Verarbeitung gleichzeitig zu gewährleisten, optimal gelöst.

Fallstudie 3: Verpackung von Backteig – Hocheffiziente Zusammenarbeit auf engstem Raum (1,5 Sekunden)

Ein Wiener Backunternehmen verpackte Crêpe-Teig mit dünnem Boden direkt aus einem 6 °C kalten Kühler. Die niedrige Temperatur führte zu einem deutlichen Effizienzverlust bei der manuellen Arbeit, und der weiche Teig wurde beim Umfüllen leicht beschädigt. Erschwerend kam hinzu, dass der Platz in der Produktionshalle begrenzt war und herkömmliche große Verpackungsmaschinen nicht aufgestellt werden konnten. Eine kompakte Automatisierungslösung auf Basis von Drei-Achs-Servotechnik erwies sich als Schlüssel zur Überwindung der Platz- und Effizienzprobleme.

Diese Lösung nutzte zwei umgekehrte, hängende Drei-Achs-Servoroboter. Durch eine kompakte Bewegungsbahnplanung entlang der X- und Y-Achse konnte eine komplette Verpackungseinheit auf nur 3 Quadratmetern Fläche realisiert werden. Der für das Greifen des Teigs zuständige Roboter war mit einem schaufelförmigen Greifer ausgestattet, und der Servomotor der Z-Achse steuerte präzise die Eintauchtiefe, um den Kontakt mit der gekühlten, starren Folienverpackung zu vermeiden. Nach dem Greifen von vier 125-Gramm-Teigpackungen schloss die koordinierte Bewegung der XY-Achse den Transfer in nur 0,8 Sekunden ab. Roboter SGleichzeitig wird die Kartonformung abgeschlossen: Nachdem der Karton von einem Vakuumgreifer angehoben wurde, führt das Drei-Achs-Servosystem ihn durch die Klebedüse und vollendet in Verbindung mit der Matrize den Formprozess. Der gesamte Vorgang bildet zusammen mit dem Teigtransport einen 1,5 Sekunden dauernden, koordinierten Zyklus.

Die hohe dynamische Leistungsfähigkeit von der Drei-Achsen-Servo Das System ist der Kern der Effizienzsteigerung: Die Beschleunigung des Roboters erreicht 10 m/s², was die Grenzen der manuellen Bedienung deutlich übertrifft, und seine Wiederholgenauigkeit von ±0,02 mm gewährleistet, dass jede Teigverpackung präzise in die Box gelegt wird. Gleichzeitig ermöglicht die Sicherheitszertifizierung SIL3-Ple des Servosystems einen sicheren Betrieb ohne Schutzbarrieren und spart so zusätzlich Platz. In der Hochsaison für Apfelburger läuft dieses System rund um die Uhr, steigert das tägliche Verpackungsvolumen um das Fünffache im Vergleich zu herkömmlichen manuellen Methoden und reduziert die Teigbruchrate von 12 % auf 0,3 %. Damit erfüllt es perfekt die strengen Hygiene- und Qualitätsanforderungen an Backwaren.

Drei-Achsen-Servotechnologie: Wiederherstellung der Kernwettbewerbsfähigkeit der Lebensmittelverpackungsindustrie

Der obige Fall verdeutlicht den Kernnutzen von Drei-Achs-Servorobotern in der Lebensmittelverpackung: Ihre Servomotoren erreichen durch Pulssteuerung eine Reaktionszeit im Millisekundenbereich. In Kombination mit hochpräzisen Kugelgewindetrieben und Linearführungen wird so ein optimales Gleichgewicht zwischen hoher Bewegungsgeschwindigkeit und präziser Positionierung erzielt – der Schlüssel zur Überwindung des Widerspruchs zwischen Effizienzverlusten und Qualitätseinbußen in der Lebensmittelverpackung. Gleichzeitig erfüllen die vollständig abgedichtete Konstruktion und die Verwendung lebensmittelgeeigneter Schmierstoffe problemlos internationale Hygienestandards wie FDA und EU 10/2011 und eignen sich für spezielle Produktionsumgebungen mit niedrigen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit.

Von Einweggeschirr bis hin zu Fertiggerichten, von Backzutaten bis zu hochwertigen Geschenkboxen – Dreiachsige Servoroboter revolutionieren die Effizienz und Qualitätsstandards von Lebensmittelverpackungen durch flexible Bewegungssteuerung, kompakte Bauweise und intelligente Kollaborationsfunktionen. Für Lebensmittelhersteller ist die Wahl einer auf ihre Produktkategorien zugeschnittenen Dreiachs-Servo-Verpackungslösung nicht nur eine kurzfristige Maßnahme gegen Arbeitskräftemangel, sondern auch eine langfristige Investition in Skaleneffekte und eine Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit.

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