Entwicklung einer intelligenten selbstanpassenden Steuerung für das Ultraschallsiegeln (INSEL)

Problemstellung
Schweißvorgänge in Verpackungsprozessen sind üblicherweise vielfältigen Störeinflüssen unterworfen, wie z.B. Produktionsumgebung mit veränderlichem Klima, Produktkontaminationen der Siegelnähte und Störungen aus vorgelagerten Prozessschritten (Kondensat aus Sterilisationsprozessen, vorgewärmte Packstoffe). Diese Störeinflüsse beeinträchtigen den Prozessablauf und letztlich die Qualität der Siegelnähte und führen häufig zur Produktion von Ausschussware. Die Parameter werden am Anfang des Prozesses manuell eingegeben und sind für die gesamte Charge verbindlich. Störungen im Prozess selbst oder Umrüstungen führen somit auch immer zu Ausschussware, welche zusätzliche Entsorgungskosten verursachen.

Projektziel
Der oben geschilderten Problematik ist das Forschungsprojekt INSEL auf den Grund gegangen. Es wurde ein neuartiges Ultraschallsiegelverfahren entwickelt, das die jeweiligen Parameter während des Verpackungsprozesses ermittelt und innerhalb weniger Zyklen optimiert und sich immer wieder am aktuellen Produkt- und Verpackungszustand selbstständig nachregelt und einstellt. Eine manuelle Nachregelung anhand einzelner Parameter ist somit nicht mehr notwendig.

Vorgehensweise
Auf Basis der im Projekt erhobenen Daten, wie z. B. Toleranzgrenzen ausgewählter Materialien und zugehörigen Prozessdatenverläufen, wurden die Herstellungsparameter auf das Produkt intelligent abgestimmt. Durch die Nachbildung relevanter Störeinflüsse und daraus abgeleitete signifikante Kennwerten, wurde die aktive Maschinensteuerung beeinflusst. So wurden z.B. die Daten des Siegelprozesses zeitnah aufgenommen, zu Kennwerten verarbeitet und an die Steuerung übergeben. Dadurch wurde die Einrichtungszeit der Maschine signifikant gesenkt und die Produktivität gesteigert. Das System ist selbstständig in der Lage, beim Anfahren des Prozesses nach wenigen Regelzyklen den idealen Arbeitsbereich für das jeweilige Verpackungsmaterial zu finden.

Anwendungspotenzial und Ergebnisse
Die Vorteile des innovativen Verpackungssystems sind mit einer verbesserten Verpackungsqualität, der Erhöhung der Produktivität sowie einer größeren Prozesssicherheit vielfältig. Sie reichen von Reduktionen des Energieeinsatzes, des Ausschusses und des Abfalls bis hin zur Verbesserung der Produkthaltbarkeit und -qualität. Sie sichern so die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Verpackungsindustrie.

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• HDG - Verpackungsmaschinen GmbH
• Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG