Varta hat bisher AAA- und AA-Batterien in Zweistoff-Blister, bestehend aus Vollkarton-Trägerkarte mit Kunststoff-Tiefziehhaube, primär verpackt. Im Zuge der Nachhaltigkeitsstrategie entschied das Unternehmen, auf Einstoffverpackungen umzustellen. Diese bestehen nun aus nur einem Vollkarton-Material. Varta beauftragte Transnova-Ruf, hierfür eine Verpackungsanlage für Primär-, Sekundär- und Tertiär-Verpackungen zu liefern.

Robot-Flexline-Verpackungsanlage von Transnova-Ruf für „Einstoff-Blister“-Verpackung bei Varta. (Bild: Transnova-Ruf)

Das Vollkarton-Material der Verpackung wird in einer „K“-Form gefaltet und bildet eine Tasche. In dieser können die Batterien aufbewahrt werden. Dieser besondere Verriegelungsmechanismus ermöglicht es dem Verbraucher, nur eine Batterie zu entnehmen, während die restliche Anzahl zur Aufbewahrung in der K-Einstoffkarte verbleiben kann.

Die Leistung der von Transnova-Ruf entwickelten Anlage beträgt 1.000 Batterien pro Minute, verpackt in maximal 250 K-Einstoffkarten pro Minute. Insgesamt werden circa 25 Formate produziert. Die Anlage verfügt über einen automatischen Formatwechsel und einen automatischen Werkzeugwechsel, wodurch die Formatwechselzeit auf circa sechs Minuten reduziert wird.

Die Sekundärverpackung ist als „Spenderkarton“ mit Haubendeckel ausgeführt, sodass immer eine K-Einstoffkarte entnommen und der Haubendeckel danach wieder verschlossen werden kann. Die Tertiärverpackung besteht aus einem Wraparound-Transportkarton, in dem mehrere Spenderkartons enthalten sind. Danach folgt die Etikettierung und Palettierung. Alternativ kann die K-Einstoffkarte auch in einen 600 x 400 mm Bulkkarton verpackt werden, womit der Nachhaltigkeit erneut Rechnung getragen wird.

Ein Servo-Schwenkabzug entnimmt aus 6 Magazinen den Vollkartonzuschnitt und übergibt diesen an den Crossdrive 1 Servo-Handling (2-Achs-Roboter). Dieser führt eine Vorfaltung durch und übergibt an Crossdrive 2, der in das Transportmodul einsetzt und dabei die Deckelseite der K-Einstoffkarte aufstellt.

Einstoff-Primärverpackung für AAA- und AA-Batterien mit Einzel-Batterie-Entnahme. (Bild: Transnova-Ruf)

Einstoff-Primärverpackung für AAA- und AA-Batterien mit Einzel-Batterie-Entnahme. (Bild: Transnova-Ruf)

Die Transnova-Ruf GmbH aus Ansbach entwickelt und baut mit rund 300 Mitarbeitern Maschinen für die Automatisierung von End-of-Line Verpackungs- und Palettierprozessen. Von der einzelnen Kompaktmaschine für das Top- und Side-Loading, über Pickersysteme für schnelle Pick&Place-Applikationen, sowie Robotersysteme für Kommissionier, Palettier- und Depalettieraufgaben bis hin zu kompletten Endverpackungslinien – Transnova-Ruf bietet auf der Basis eines Modulbaukastens maßgeschneiderte Lösungen „Design-to-Order“. Auf dem Gebiet der Robotertechnik mit jährlich über 250 inte­grierten Industrie-Robotern für höchste Flexibilität bei geringem Platzbedarf ist das Unternehmen im Endverpackungsbereich einer der weltweit führenden Hersteller. Dies dokumentieren vielfache Referenzen in der Food-, Pharma-, Kosmetik- und Non-Food-Industrie.

Im zweiten Transportschritt werden mittels eines 6-Achs-Roboters die Batterien eingesetzt. Hierbei ist die schräge Einfädelbewegung des Roboters zwingend notwendig. Auf dem Transportweg von Station 2 zu Station 3 werden die K-Einstoffkarten mit Heißleim versehen. 

In Station 3 führt ein 6-Achs-Roboter die restlichen Faltungen durch, presst die Deckelseiten auf den Rücken der K-Einstoffkarte und entnimmt diese beim Rückhub aus dem Zahnriementransporteur auf das Abtransportband. Gerade hierbei sind sehr komplexe Bewegungsabläufe notwendig, die nur durch die Freiheitsgrade eines 6-Achs-Roboters zu realisieren sind. Das Abtransportband ist als Stauröllchen-Förderer ausgelegt und mündet in die Sekundär- oder Bulk-Verpackung.

In der Bulkverpackung werden die Leerbulk-Kartons durch einen 6-Achs-Roboter depalletiert und dem Einsetzroboter übergeben, die Voll-Bulkkartons werden anschließend wieder palettiert. Die Einsetz-Roboter sind die gleichen, die auch die Befüllung der Sekundärverpackung ausführen.

In der Sekundärverpackung wird das von Transnova-Ruf kreierte 2-Tisch-Vorgruppierkonzept verwendet. Während die zwei Vorgruppier-Roboter in Tisch A reihenweise die Produkte einsetzen, entnimmt der Verpackungsroboter aus Tisch B lagenweise die Kartoninhalte und setzt diese in den Karton ein. Dieser Ablauf wiederholt sich in umgekehrter Reihenfolge. Die Vorgruppiertische sind in Schräglage eingebaut, um zu verhindern, dass stehende Produkte umfallen. Außerdem erspart dies eine aufwendige Zentrierung.

Für die Wraparound-Verpackung wird der Standard-Unipacker V230 von Transnova-Ruf verwendet. Auch hier kommt die 6-Achs-Robottechnik zum Einsatz, um konventionellen Maschinenbau zu vermeiden. Ein Roboter übernimmt den Kartonabzug aus dem Magazin, setzt diesen in die Taktkette ein und schiebt das Produkt in den Karton.

Die Leistung der Robot-Flexline bei Varta beträgt 1.000 Batterien pro Minute, verpackt in maximal 250 K-Einstoffkarten pro Minute. Insgesamt werden circa 25 Formate produziert. (Bild: Transnova-Ruf)

Michael, Martin und Dr. Klaus-Peter Ruf (v. l.), Geschäftsleitung und Gesellschafter von Transnova-Ruf GmbH. (Bild: Transnova-Ruf)

Kern des Robot-Flexline-Konzeptes von Transnova-Ruf ist ein modularer Baukasten aus Funktionsbaugruppen und unterschiedlichen Roboter-Typen, welche spezifisch für die jeweiligen Projektanforderungen zu einer Applikation konfiguriert werden. Jede Maschine oder Anlage ist maßgeschneidert auf die jeweiligen projektspezifischen Kundenbedürfnisse. So lassen sich Best-in-Class-Lösungen hinsichtlich Flexibilität und optimaler Raumnutzung realisieren. 

Beispielsweise kann die jeweilige Verpackungsmaschine mithilfe der Flexibilität der Robotertechnik raumoptimiert gestaltet werden. Je nach Auslastungssituation kann der Roboter mehrere Funktionen übernehmen. So können das Karton-Aufrichten, das Produkt-Gruppieren, das Karton-Befüllen durch nur einen Roboter umgesetzt werden. Die Kunst liegt dabei neben der großen Erfahrung in der Roboterprogrammierung insbesondere im Design von smarten Multi-Funktionswerkzeugen. 

Ein weiterer Ansatzpunkt ist die Anordnung der einzelnen Funktionsbaugruppen einer Verpackungsmaschine im Raum. Gegenüber konventionellen Konzepten erlaubt die Bewegungsflexibilität der Robotertechnik und die Modularität des Konzeptes viel höhere Freiheitsgrade bei der räumlichen Gestaltung. Der Roboter kann flexibel die Stationen anfahren, sodass man sie prinzipiell frei innerhalb des kugelförmigen Roboter-Arbeitsbereichs verteilen kann. 

In der Roboterzelle verbleibt häufig noch als erschließbarer Raum der obere Bereich des kugelförmigen Arbeitsbereiches. Dieser Raum wird genutzt, um die Werkzeug-Ablagen bei einem automatischen Werkzeugwechsel unterzubringen. Der Knickarm-Roboter wird mit einem automatischen Wechselflansch ausgestattet und kann dank seiner Kinematik diese Werkzeugwechselpositionen einfach erreichen. Die vollautomatische Formatumstellung wird somit wirtschaftlich umsetzbar.

Da die Losgrößen immer kleiner werden, erfordert dies einen schnellen reproduzierbaren Formatwechsel. Dies wird erreicht, indem die Positionen mittels Servomotoren und Stellantrieben formatabhängig verändert werden. Die Roboter-Bewegungsbahnen werden adaptiv programmiert und nicht mit festgeteachten Punkten versehen. Somit können bei Produktverstellungen die Formatanpassungen über Rezepturwerte vorgenommen werden. Alle formatabhängigen Variablen sind in der Rezeptur hinterlegt und können von der zugelassenen HMI-Zugangsebene verändert beziehungsweise neu formatiert werden.

Der automatische Werkzeugwechsel findet bei Transnova-Ruf-Anlagen sehr kompakt und kostengünstig statt. Durch den kugelförmigen Arbeitsbereich der 6-Achs-Roboter wird dieser oberhalb des Maschinenrahmens für die „Parkplätze“ der Werkzeuge genutzt. Für Wartungsarbeiten kann am HMI die Anforderung zur Abholung eines Werkzeuges durch den Instandhaltungstechniker ausgelöst werden. Der Roboter entnimmt das Werkzeug vom Parkplatz oberhalb der Maschine und legt es auf den Serviceplatz zur Wartung bereit. Hier kann der Instandhaltungstechniker das Werkzeug entnehmen.

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Transnova Ruf GmbH Verpackungs- und Palettiertechnik

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