Qualitätssicherung von Verpackungen 4.0

Peelbare Verpackungen sind vor allem im Lebensmittelsektor, aber auch bei Medizinprodukten und in der Kosmetikbranche auf dem Vormarsch. Beim Siegeln und Schweißen der Verpackungen spielt ein verbraucherfreundliches Öffnungsverhalten als Qualitätsparameter eine ebenso elementare Rolle, wie die Produktsicherheit durch Festigkeit und Dichtigkeit der Nähte und deren Optik. Um die Peelbarkeit von Verpackungen zu bewerten und daraus eine effiziente Produktauslegung bei gleichzeitig höchster Produktsicherheit ableiten zu können, ist eine qualifizierte Analyse der Öffnungskräfte nötig. Die DIN 55409 -Teil 2 ist ein Prüfverfahren, welches das Öffnungsverhalten von formstabilen Verpackungen beschreibt und weitestgehend der ISO 17480 B entspricht. Das innovative Messgerät wurde vom Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV mit dem Praxispartner Axial Ingenieure entwickelt und steht nun zur Qualitätssicherung im Verpackungsprozess für den industriellen Einsatz zur Verfügung.

Für eine Zugkraftmessung nach DIN 55409-T2 muss ein Öffnungswinkel von 135 Grad eingehalten werden. Der Verlauf der Öffnungsbahn des »Pack Peel Scan« garantiert diesen konstanten Öffnungswinkel, ohne dass die Verpackungen linear verschoben werden müssen. Ein Plus für die Messungsgenauigkeit, denn so entfallen komplizierte mechanische Elemente, die häufig die Ursache für Ungenauigkeiten sind.

Der größenvariable und leicht entnehmbare Aufnahmetisch des »Pack Peel Scan« lässt sich schnell verstellen und fixiert durch Features nahezu jede Verpackungsform. Der Vorteil: Bei einem Produktwechsel ist keine aufwendige Umrüstung nötig, was gerade bei kleineren Chargen Zeit und Ressourcen spart. Aufgrund seiner robusten Bauart kann der »Pack Peel Scan« im Gegensatz zu anderen gängigen Analysegeräten direkt in der jeweiligen Produktionsumgebung und auch im Labor eingesetzt werden. Das Gerät benötigt lediglich eine Netzspannung von 230 Volt. Die Handhabung erfolgt intuitiv über ein Touch-Panel.

Neue recyclingfähige Materialien und die Forderung nach nachhaltigen, sicheren und gleichzeitig effizienten Produktionsprozessen stellen die Verpackungsindustrie vor große Herausforderungen. KI-basierte Assistenzsysteme können dabei unterstützen, die Produktion auf neue Materialien umzustellen. Für eine intelligente Siegelnahtanalyse wurde in den »Pack Peel Scan« ein selbstlernendes Bediener-Assistenzsystem integriert. Dieses beurteilt mittels Maschinellen Lernens bei jeder Messung die Qualität der Siegelnaht anhand des Öffnungskraftverlaufes. Fehlerursachen im Siegelprozess werden detektiert und analysiert. So lassen sich, bereits während des Verpackungsprozesses, Abweichungen in der Siegelnaht schnell und zuverlässig identifizieren. Fehlerhafte Produkte können sofort aussortiert und die Prozessparameter gezielt nachgeregelt werden.

Gleichzeitig ermöglicht der »Pack Peel Scan« einen direkten Abgleich der erfassten Prozessdaten mit den definierten Qualitätsparametern der Siegelnähte hinsichtlich deren Peelfestigkeit. Die erfassten Qualitätsdaten können durchgängig dokumentiert und über eine Schnittstelle direkt an ein ERP- beziehungsweise QM/QS-System übermittelt werden. Der »Pack Peel Scan« ist damit nicht nur ein funktionales Öffnungskraftmessgerät für den Einsatz in der Produktionsumgebung, sondern auch eine Digitalisierungslösung für die Anforderungen an eine zukunftsweisende Prozessgestaltung.

Die Gestaltung der Bedienoberfläche, des sogenannten HMI, berücksichtigt sowohl psychologische Grundsätze der Mensch-Maschine Interaktion als auch den Workflow. Als »Dolmetscher« zwischen Mensch und Maschine ermöglicht ein aufgabengerecht gestaltetes HMI ein besseres Situations- und Prozessverständnis der Bedienenden und erleichtert den Wissensaufbau. Das Bedienpersonal wird damit optimal bei der Vermeidung und Bewältigung kritischer Situationen unterstützt.

Der »Pack Peel Scan« wurde vom Fraunhofer IVV in einem gemeinsamen ZIM Förderprojekt mit Axial Ingenieure entwickelt. Er vereint auf innovative Weise Know-how aus Maschinenbau, Automatisierungstechnik und Softwareentwicklung mit Kompetenzen aus der Ingenieurpsychologie, um Produktsicherheit und Effizienz von Verpackungsprozessen zu sichern.

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