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Sustainable Manufacturing
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Grüne Verpackungsindustrie: Hierauf sollten Unternehmen in Sachen Nachhaltigkeit vermehrt achten

Veröffentlicht am 2022-02-09 15:25:25 UTC in Sustainable Manufacturing

Grüne Verpackungsindustrie: Hierauf sollten Unternehmen in Sachen Nachhaltigkeit vermehrt achten

Nachhaltigkeit in der Verpackungsindustrie ist eine der zentralen Herausforderungen im Kampf gegen das weltweite Plastikmüllproblem und den Klimawandel. Flexible und leistungsstarke Automatisierungstechnologie ist gefragt.
In Zeiten zunehmender Nachhaltigkeitsbestrebungen ist es umso wichtiger, umweltfreundlichere Verpackungen zu entwickeln, Ressourcen zu schonen und auf intelligente und effizientere Produktionslinien zu setzen.
Ganzheitliche Konzepte sind gefragt. Beispiel Kaffeekapsel: Einerseits wollen sich Verbraucher morgens schnell und einfach eine frische Tasse Kaffee zubereiten. Andererseits stellen Einwegkapseln eine enorme Belastung dar. Umweltbewusstere Kunden verlangen daher, dass die Kaffeebohnen nachhaltiger und fairer angebaut, die Kapseln umweltfreundlicher produziert und ihr Recycling optimiert werden. Neue und nachhaltige Herstellungskonzepte müssen her.
Es steht außer Frage, dass weltweit zu viel Kunststoff produziert und entsorgt wird. Die Kunststoffproduktion ist dabei in den vergangenen Jahren exponentiell gestiegen – von 2,3 Millionen Tonnen im Jahr 1950 auf 448 Millionen Tonnen im Jahr 2015 – und diese Zahl wird sich bis 2050 voraussichtlich noch einmal verdoppeln. Ein weiteres Problem: Kunststoffe enthalten oft Zusatzstoffe, die sie stärker, flexibler und haltbarer machen. Viele dieser Materialien verlängern jedoch die Lebens- und Abbaudauer der Produkte, wenn sie entsorgt werden, wobei manche Schätzungen von mindestens 400 Jahren bis zur Zersetzung ausgehen. Die Verpackungsindustrie ist einer der Hauptverursacher dieser Plastikschwemme, die dringend verringert werden muss. Sie steht vor der Mammutaufgabe, nachhaltige Alternativen zu entwickeln, Abfall zu minimieren und gleichzeitig Energie zu sparen sowie alternative Energiequellen zu nutzen.

Die fünf Säulen nachhaltiger Verpackungen

Es gibt verschiedene Aspekte, die in Sachen nachhaltige Verpackung zu berücksichtigen sind: Als erstes muss das Verpackungsmaterial reduziert werden – nicht nur in Bezug auf den Anteil an neuen Kunststoffen in der Primärverpackung, sondern auch hinsichtlich der Menge an Sekundär- und Endverpackungen. Ein weiterer Punkt, an dem gearbeitet werden muss, ist die Abschaffung von Einwegverpackungen. Einige Strategien zur Bewältigung dieses Problems beginnen mit der verstärkten Verwendung und Skalierung von Mehrweg- und Nachfüllsystemen. Hinzukommt eine Neugestaltung der Verpackung mit alternativen Verpackungsmaterialien, die das Recycling erleichtern, biologisch abbaubar oder kompostierbar sind oder geringere Auswirkungen auf die Umwelt haben, wenn sie auf der Mülldeponie landen. Verpackungen aus Monomaterialien stoßen in der Verpackungsindustrie ebenfalls auf zunehmendes Interesse. Sie lassen sich besser recyceln, aber eine Umstellung kann sich schwierig gestalten, da strenge Prozesskontrollen erforderlich sind, um Verpackungsanlagen anzupassen und so einen fortschrittlichen Form-, Füll- und Verschließprozess zu erreichen, der die gleiche Verpackungsqualität und -leistung gewährleistet.
All diese Bemühungen um eine nachhaltigere Verpackung müssen mit einer Infrastruktur einhergehen, die eine abfallfreie oder abfallarme Zukunft ermöglicht. Dringend erforderlich sind zudem Verhaltensänderungen bei Verbrauchern, Industrie, Einzelhandel und dem gesamten Kreislaufsystem.

Neue Anforderungen an Produktionsanlagen

Eine Strategie für mehr Nachhaltigkeit in der Verpackungsindustrie besteht darin, die Menge an Kunststoff zu reduzieren, insbesondere wenn es sich um Neuware handelt. Eine wichtige Taktik ist die Umstellung von starren auf flexible Verpackungen. Dünnere Wände, kleinere Formate, schmalere Nähte und leichtere Gewichte sind ein guter Weg, um die Menge an Neukunststoff zu reduzieren, die für den Primärbehälter verwendet wird. Hinzukommen die bereits erwähnten Monomaterialien, papierbasiert und Biopolymeren, sowie ein erhöhter Anteil an recyceltem Material in Haupt-, Schutz- und Transportverpackungen (Primär-, Sekundär- und Endverpackung). Dies hat Auswirkungen auf die Prozesse und Technologien in den Fabriken, die ebenfalls bedacht werden müssen: So sollten Unternehmen etwa die Kompatibilität ihrer Anlagen überprüfen und Einstellungen gegebenenfalls anpassen. Die Anlagen müssen flexibel sein, um auf neue Materialien umstellen zu können. Eine Verknüpfung und Verwaltung neuer Maschine-zu-Maschine-Informationen ist erforderlich. Außerdem muss die Leistung der Maschinen unter den neuen Bedingungen kontrolliert und Abfall so weit wie möglich vermieden werden.

Umstellung auf neue Materialien, Gewährleistung von Qualität und Sicherheit

Werden nachhaltigere Materialien für die Verpackung verwendet, ist es essentiell, die Qualität des Endprodukts zu gewährleisten. Bei der Herstellung sollten insbesondere typische Probleme bei der Primärverpackung wie Materialstaus oder -risse, schlechte Siegelqualität oder falsche Etikettierung vermieden werden. So haben beispielsweise papierbasierte Materialien eine andere Reiß- und Durchstoßfestigkeit, was eine präzisere Kontrolle bei der Verpackungsformung erfordert, und Schrumpffolie aus recyceltem Kunststoff hat ganz andere Schrumpfeigenschaften als Folie aus neuem Material, was eine vielseitige, genaue Steuerung der Schrumpftemperatur voraussetzt. Darüber hinaus gibt es weitere Aspekte, die bei Sekundärverpackungen zu berücksichtigen sind und die in letzter Zeit immer mehr an Bedeutung gewinnen. Dazu gehören die Verringerung des Schmelzpunkts von Klebstoffen beim Aufrichten und Verschließen von Kartons, Strategien zur Materialreduzierung, einschließlich leichter Wellpappenmaterialien, oder das Auspacken und Wiedereinpacken von Paletteninhalten mit nachhaltiger Pappe und alternativen Materialien.
All diese Strategien, die darauf abzielen, die Verpackung nachhaltiger zu gestalten, erfordern eine sorgfältige Analyse, um genau den Bereich entlang der Linie zu ermitteln, der modernisiert werden muss, um so die Qualität und Sicherheit des Produkts zu gewährleisten.
Gefragt ist eine zukunftssichere Fertigung mit Automatisierungs- und Robotertechnik, die flexibel mit unterschiedlichen Materialien arbeiten kann. Die folgenden Beispiele zeigen, worauf Unternehmen besonders achten sollten.

1. Herausforderung Folienstau

Dünnere, recycelte Folien sind nachhaltiger, können sich aber auch schneller verheddern. Schon geringe Änderungen der Foliendicke führen zu ungleichmäßigem Auf- und Abwickeln und erhöhen die Spannung der Folie. Eine ungleichmäßige Spannung wiederum führt zu Defekten beim Formen oder Versiegeln von Beuteln, wie Kräuseln, Reißen, Falten oder seitliches Verschieben sowie Ausrichten. Eine korrekte Handhabung mit maximalem Durchsatz und minimalem Folienverbrauch ist der Schlüssel zur optimalen Gesamt-OEE (Original Equipment Effectiveness). Bilden sich Falten in der Versiegelung, sollten die Bediener nach Maschinenfehlern suchen, die dazu beitragen, dass die Folie nicht korrekt zugeführt wird. Beispiele hierfür sind falsch ausgerichtete Rollen, unterschiedliche Zuführungsvorrichtungen oder festsitzende Rollen, die sich nicht frei drehen. Das OMRON Film Tension Control System bietet eine synchronisierte Steuerung von Spannung, Vorschub und Schnitt. Ergänzt wird dies durch eine (Farb-)Markenerkennung zur Folienkompensation durch Bewegungssteuerung, um ein optimales Abwickeln der Rolle zu gewährleisten. Die OMROM-Verpackungsbibliothek beinhaltet eine breite Palette von Funktionsblöcken für die Folienverarbeitung in VFFS-Maschinen.

2. Herausforderung Folienversiegelung

Dünnere Folienmaterialien minimieren Kosten und sorgen für eine bessere Ästhetik. Allerdings sind diese Materialien hitzeempfindlicher und bei Verwendung herkömmlicher Klebstoffe und Versiegelungstechnologien, können sie schneller durchbrennen. Die tatsächliche Siegeltemperatur muss daher konstant und präzise kontrolliert und automatisch angepasst werden, um Produktivitätsverluste oder Siegelfehler zu vermeiden, die zu Ausschuss und Abfall führen. OMRON begegnet dieser Herausforderung mit einem KI-basierten Temperaturregelungsalgorithmus, der mit der Maschinenbewegung synchronisiert ist, und einer Sensortechnologie, die näher an der Siegelschiene platziert werden kann. Geräusche lassen sich durch eine automatische Filteranpassungsfunktion kompensieren.

3. Herausforderung Qualitätskontrolle von Verpackung und Etikett

Wiederverschließbare Verpackungen oder Beutel mit Ausgießmechanismen ersetzen zunehmend starre Kunststoffbehälter. Flexible Verpackungen mit neuen Elementen wie wiederverschließbaren Verschlüssen stellen andere Anforderungen an die Verpackungsintegrität und Qualitätsprüfung. Dünnere Folien, biobasierte Materialien oder solche mit einem höheren Recyclinganteil haben ein anderes Wärme-, Dehnungs- und Durchstoßfestigkeitsprofil. Diese Unterschiede können beim Formen und Schneiden zu Unregelmäßigkeiten führen. Nachhaltigere Materialien wie nicht laminierte oder Monomaterialien verändern außerdem ihre Form und können die Wiedergabetreue oder Leistung des Etikettendrucks beeinträchtigen. Das Lesen, Prüfen oder Verifizieren von Etiketteninformationen auf Verpackungen gestaltet sich schwierig, wenn die Form uneinheitlich ist oder sich die Druckqualität ändert. OMRON begegnet diesem Problem mit seinem Hochgeschwindigkeits-Inspektionssystem (High-Speed Inspection System): Dieses einfache und skalierbare System eignet sich für mehrere Linien und eine transparente Integration mit Robotersystemen. Es bietet eine Multikameraplattform mit einem einzigen Controller für die Erfassung mehrerer Bilder bei hoher Geschwindigkeit, um potenzielle Fehler zuverlässig zu erkennen. Hochentwickelte Algorithmen helfen bei der Erkennung schwer lesbarer Zeichen, bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen und hohen Geschwindigkeiten.

4. Herausforderung neue Klebstoffe und Klebetechniken

Nutzen Unternehmen weniger Klebebänder und Klebstoffe, erhöht das die Recyclingfähigkeit von Kartons. Durch den Wegfall des Silikonstreifens ist der Karton zu hundert Prozent recycel- und biologisch abbaubar. Bei Herstellung und Verschluss setzen Firmen zunehmend auf weniger Klebstoff. Dies erfordert ein hohes Maß an Präzision und eine kontinuierliche Qualitätskontrolle. Mit seinem automatischen visuellen Inspektionssystem (Automated Visual Inspection System) unterstützt OMRON die genaue Erkennung von Klebstoffmustern. Hohe Auflösung und Helligkeitseinstellungen ermöglichen eine genaue Erkennung von kontrastarmen Defekten, selbst unter schwierigsten Lichtverhältnissen oder bei schwer erkennbaren Materialien.

5. Herausforderung Multi-Material-Handling

Kartons aus recycelten Fasern sind poröser und flexibler. Das Handling dieser Recyclingkartons kann sich mit herkömmlichen Maschinen oder durch manuelles Aus- und Umpacken als schwierig herausstellen. Die Anpassung und Programmierung von traditionellen Palettierlösungen ist zudem kompliziert. Sie nehmen viel Platz in Anspruch und können bei Bedarf nicht in andere Bereiche des Werks verlagert werden. Daher ist es ratsam, eine integrierte kollaborative Roboterlösung (Cobot) mit speziellen Greifern einzusetzen. Mit ihr lässt sich eine breite Palette von unregelmäßigen Formaten, Porositätsgraden und empfindlichen Objekten sicher handhaben.
OMRON bietet eine Komplettlösung für die nachhaltige Automatisierung von Verpackungslinien, die Unternehmen dabei hilft, effizienter und umweltfreundlicher zu werden, ihre Maschinen für neue recycelbare Materialien zu nutzen und die Produktqualität sicherzustellen. Sysmac ist eine integrierte Automatisierungsplattform, die eine vollständige Steuerung und Verwaltung der Automatisierungsanlage ermöglicht. Das Herzstück dieser Plattform, die Machine Controller-Serie, unterstützt die synchrone Steuerung aller Maschinengeräte und bietet fortschrittliche Funktionen wie Motion, Robotik und Datenbankkonnektivität. Dieses multidisziplinäre Konzept ermöglicht es, die Lösungsarchitektur zu vereinfachen, den Programmieraufwand zu reduzieren und die Produktivität zu optimieren.

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  • Patricia Torres

    Patricia Torres

    Patricia is Industry Marketing Manager Food and Commodities Solutions at Omron Industrial Automation Europe.