Hersteller von Gelen, Schmierstoffen, Kosmetik, Nahrungsergänzungsmitteln, losen Gütern und Pulvern erreichen mit wachsenden Mengen denselben Wendepunkt. Das Abfüllen von Tuben von Hand oder das gewichtsgesteuerte Dosieren in Beutel und Kisten von Hand funktioniert bei kleinen Serien; mit steigenden Stückzahlen zeigen sich vier Dinge: die Streuung der Dosiermenge, das Kontaminationsrisiko, die Personalkosten und eine instabile Siegelqualität.

Die Streuung der Dosiermenge ist dabei die teuerste. Wer mit einer Toleranz von +3 % über dem Nenngewicht dosiert, um nie unter den deklarierten Wert zu fallen, gibt Produkt kostenlos ab. Bei teureren Produkten — Kollagene, Vitaminkonzentrate, technische Gele — zeigt sich dieser Verlust im Betriebsergebnis und in der Wettbewerbsfähigkeit.

Kontamination ist die andere Seite derselben Münze und kostet in der Regel deutlich mehr. Beim Abfüllen und Umfüllen von Hand gelangen ein Metallsplitter vom Werkzeug, Schmutz von Handschuhen oder ein Fremdkörper aus dem Umfeld des Arbeitsplatzes in das Produkt. Der Unterschied zur Dosierabweichung liegt in der Folge: Eine ungenaue Dosierung kostet Prozente des Materials, Kontamination kann den Rückruf einer ganzen Charge vom Markt bedeuten, eine Meldung an die Aufsichtsbehörde, eine Sanktion der Handelskette und den Verlust eines über Jahre aufgebauten Vertrauens. Eine automatisierte Linie senkt dieses Risiko auf zwei Wegen — sie begrenzt den Kontakt des Bedieners mit dem Produkt und erlaubt es, Metalldetektion und Kamerainspektion direkt in den Fluss zu integrieren.

In diesem Beitrag gehen wir den gesamten Fluss durch: die Wahl des Dosierprinzips nach den Produkteigenschaften, die Unterschiede zwischen Tube und Beutel, Hygieneanforderungen und Gewichtskontrolle und schließlich die Sekundärverpackung — das Einlegen der Primärpackungen in Kartons, Transportbeutel oder Kisten. Bewusst in dieser Reihenfolge, denn ein Fehler bei der Wahl der Primärverpackung wirkt sich auf die gesamte übrige Linie aus.

Wie der Fluss von der Abfüllmaschine bis zur Palette aussieht

Auch wenn jedes Projekt auf ein konkretes Produkt ausgelegt wird, ist die Abfolge der Vorgänge in den meisten Betrieben gleich:

• Verpackungsvorbereitung — Tubenmagazin, Folienrolle oder Zuführung leerer Kisten, Zuführen, Ausrichtung des Aufdrucks (bei Tuben nach der Registriermarke)
• Dosieren — volumetrisches oder gravimetrisches Füllen des Produkts
• Verschließen — Tubensiegelung (Heißluft, Ultraschall) oder Beutelsiegelung; Metall- und Laminattuben werden gefalzt
• Kennzeichnung — Produktionsdatum, Charge, gegebenenfalls Mindesthaltbarkeitsdatum
• Prüfung — Kontrollwaage, Metalldetektion, Siegelnahtprüfung, Kamerainspektion des Aufdrucks
• Sekundärverpackung — Gruppieren, Einlegen in Karton oder Transportbeutel, Verkleben, Etikett
• Palettieren — Ablegen auf der Palette und Umwickeln

Der kritische Punkt ist nicht die Abfüllmaschine, sondern die Übergänge zwischen den Vorgängen. Schafft die Abfüllmaschine 60 Tuben pro Minute und der Kartonpacker 40, läuft die gesamte Linie mit 40 und die Investition amortisiert sich deutlich langsamer. Die Taktauslegung über die ganze Strecke ist daher der erste Schritt der Planung, nicht der letzte.

Dosieren nach Produkteigenschaften: von Gelen bis zu Pulvern

Die Wahl des Dosierprinzips ergibt sich aus den Produkteigenschaften. Bei flüssigen und pastösen Produkten sind Viskosität, Feststoffanteile, Schaumneigung und Scherempfindlichkeit maßgeblich. Bei losen und pulverförmigen Produkten sind es Fließfähigkeit, Korngröße, Staubneigung und die Neigung zum Verbacken oder zur Brückenbildung im Behälter.

• Kolbendosierung — die häufigste Lösung für mittel- und hochviskose Produkte: Gele, Cremes, Pasten, Schmierstoffe. Volumetrisch, gut wiederholbar und auch für Produkte mit Partikeln geeignet, wenn das Ventil richtig ausgelegt ist. Die Dosiermenge lässt sich leicht verstellen.
• Peristaltikpumpe — niedrige bis mittlere Viskosität, hygienisch vorteilhaft, da das Produkt nur den Schlauch berührt. Der Schlauch ist ein Wechselteil, was Sanitation und Chargenwechsel vereinfacht.
• Rotations- und Zahnradpumpe — kontinuierliches Dosieren viskoser Produkte ohne Partikel, geeignet bei höherer Leistung.
• Schneckendosierer — lose und pulverförmige Produkte: Proteine, Instantmischungen, Pulverpräparate. Bei staubenden Produkten müssen Absaugung und Abdichtung des Füllkopfs gelöst werden, sonst gelangt Staub auf die Siegelfläche.
• Vibrations- und Trichterdosierung mit Waage — lose Stückgüter wie Bonbons, Granulate oder Nüsse. Das Produkt fällt aus einem verschließbaren Trichter in die Verpackung; das Signal der darunter liegenden Waage beendet die Füllung.
• Gravimetrisches Füllen — Dosieren mit Rückführung von einer Wägezelle. Wird eingesetzt, wo das Produkt teuer ist oder volumetrisches Füllen wegen instabiler Dichte und Schaumbildung versagt. Langsamer als die vorgenannten Verfahren.

Der Unterschied zwischen volumetrischem und gravimetrischem Füllen ist nicht nur technisch. Volumetrisches Dosieren ist einfacher, schneller und günstiger, reagiert aber auf Änderungen von Dichte, Temperatur und Fließfähigkeit des Produkts. Gravimetrisches Dosieren erreicht eine höhere Genauigkeit und erlaubt es, die Sicherheitszugabe zu senken, sodass sich die Investition direkt über das Material amortisiert. Bei Produkten mit hohem Preis je Kilogramm ist das meist das entscheidende Argument. Mehr zu den Dosiermöglichkeiten finden Sie auf der Seite Abfüllen und Dosieren von Produkten; genaues Verwiegen behandeln wir außerdem gesondert im Rahmen der Produktverwiegung.

Tuben oder Beutel? Was die Wahl der Primärverpackung entscheidet

Beide Formate lassen sich automatisch abfüllen, stellen aber unterschiedliche Anforderungen an die Linie.

Tuben

Eine Tube kommt als fertige Verpackung — aus Kunststoff, Laminat oder Aluminium. Die Abfüllmaschine entnimmt sie dem Magazin, dreht sie nach der Registriermarke in die richtige Lage, füllt sie von unten und verschließt sie. Kunststoff- und Laminattuben werden mit Heißluft oder Ultraschall gesiegelt, Aluminiumtuben gefalzt und umgelegt.

Vorteile: eine formstabile Verpackung, wiederholtes Dosieren für den Endkunden, gute Bedruckbarkeit und bei Aluminium Schutz gegen Luftzutritt. Nachteile: höhere Verpackungskosten je Stück, größeres Volumen bei Transport und Anlieferung leerer Tuben sowie ein aufwendigerer Formatwechsel.

Beutel und Stickpacks

Ein Beutel wird meist direkt in der Maschine aus Folie von der Rolle geformt — eine vertikale Form-, Füll- und Siegelmaschine bildet einen Schlauch, siegelt ihn, dosiert das Produkt und verschließt ihn. Für Einzeldosen von Gelen, Pulvern und Präparaten wird ein vierseitig gesiegelter Stickpack verwendet, für größere Mengen ein Doypack mit Ausgießer.

Vorteile: geringe Verpackungskosten, minimales Lagervolumen der Folie, hohe Leistung und eine Einzeldosis ohne Messbecher. Nachteile: mechanisch weniger widerstandsfähige Verpackung, strengere Anforderungen an die Siegelqualität und die Neigung, dass Produkt die Siegelfläche verunreinigt — vor allem bei klebrigen Gelen und staubenden Mischungen.

Eine praktische Regel: Dosiert der Kunde das Produkt mehrfach, ist die Tube sinnvoll. Geht es um eine Einzelportion oder eine Probe, gewinnt der Beutel bei Kosten und Leistung. Nicht wenige Hersteller nutzen beide Formate gleichzeitig — dann ist zu entscheiden, ob eine umrüstbare Linie oder zwei getrennte Strecken gebaut werden. Das Umrüsten bedeutet eine geringere Erstinvestition, aber verlorene Zeit bei jedem Chargenwechsel. Zudem ist die Leistung einer umrüstbaren Linie deutlich niedriger als die von zwei getrennten — was sich erst in den Kosten je verpacktem Produkt voll zeigt.

Hygiene und Reinigbarkeit: wo die teuersten Fehler gemacht werden

Bei Lebensmitteln, Kosmetik und Nahrungsergänzungsmitteln ist die Sanitation genauso wichtig wie die Leistung. Eine Maschine, deren Reinigung zwei Stunden dauert, senkt die Linienverfügbarkeit stärker als eine Störung einmal im Monat.

• Werkstoffe im Produktkontakt — Edelstahl in Lebensmittelqualität, Dichtungen und Schläuche mit Zertifikat für Lebensmittelkontakt
• Zerlegbarkeit ohne Werkzeug — Dosierventil und Kolben sollten sich von Hand entnehmen lassen; das ist die größte Quelle von Zeiteinsparungen beim Chargenwechsel
• Konstruktion ohne Toträume und horizontale Flächen — keine blinden Stellen, in denen Produkt zurückbleibt und altert
• CIP, wo es sinnvoll ist — bei häufigen Chargenwechseln lohnt sich die Reinigung vor Ort; bei einem einzigen Produkt ist die Reinigung im zerlegten Zustand meist praktischer
• Schutz der Elektronik — bei der Nassreinigung sind eine ausreichende IP-Schutzart und ein Wasserablauf aus dem Rahmen erforderlich. Der Werkstoff muss außerdem zur Zusammensetzung der hergestellten Produkte passen. Stärke lässt zum Beispiel die Gummiisolierung von Kabeln und Leitungen deutlich verspröden, und das ist einzuplanen.

Wir empfehlen, die Gewichtskontrolle als Teil der Linie zu planen, nicht als nachgelagerten Schritt. Eine Kontrollwaage nach der Abfüllmaschine erkennt eine Abweichung im Laufe der Schicht und kann die Dosierung bei Anbindung an die Steuerung automatisch nachkorrigieren. Falsch gefüllte Einheiten werden ausgeschleust, bevor sie in die Sekundärverpackung gelangen — ein fehlerhaftes Stück aus einem bereits verklebten Karton zu holen, ist immer teurer. Das Gleiche gilt für die Metalldetektion: je früher sie im Fluss sitzt, desto weniger Fertigpackungen müssen ausgeschleust werden.

Sekundärverpackung: von Primärpackungen in Kartons und Transportbeutel

Die zweite Hälfte der Linie erhält bei der Planung meist weniger Aufmerksamkeit, obwohl in vielen Betrieben genau hier die meiste Handarbeit steckt. Gefüllte Tuben oder Beutel müssen gezählt, gruppiert und in eine Transportverpackung gelegt werden.

In der Praxis werden vier Ansätze verwendet:

• Verpacken in Kartons — der Karton wird gefaltet und geformt, die Produkte werden von oben oder von der Seite eingelegt, der Karton wird verklebt und gekennzeichnet. Geeignet für stapelbare Packungen und für die Distribution an Handelsketten. Diesen Schritt decken Kartonpacker für Produkte.
• Verpacken in Transportbeutel — eine Gruppe von Primärpackungen wird in einen größeren Beutel dosiert, der anschließend gesiegelt wird. Günstiger als ein Karton, platzsparender und geeignet für Lieferungen zur Weiterverarbeitung oder für den E-Shop-Versand.
• Verwiegen in Kisten — bei losen Stückgütern wird das Produkt häufig nicht in eine Primärverpackung dosiert, sondern direkt in eine Kiste für die innerbetriebliche Handhabung oder Weiterverarbeitung. Entscheidend sind die Dosiergenauigkeit und eine gleichmäßige Verteilung der Produkte in der Kiste.
• Gruppieren in Schrumpf- oder Stretchfolie — ein Multipack ohne Karton, verwendet bei Aktionspackungen und bei Beuteln.

Das Einlegen in die Transportverpackung erfolgt meist mit einer Maschine mit Vakuum- oder Mechanikkopf oder mit einem Roboter, wenn die Formate häufig wechseln. Eine Roboterlösung kostet mehr, doch die Umstellung auf ein neues Format ist eine Frage des Programms und nicht eines mechanischen Wechsels — bei breitem Sortiment lohnt sich das.

Zwei Dinge wiederholen sich in Projekten immer wieder und sind einzuplanen: das Zählen oder Wägen der Stücke und die Produktausrichtung. Kennt das System die genaue Stückzahl im Karton nicht, löst ein fehlendes Stück beim Kunden eine Reklamation der ganzen Charge aus. Und soll der Aufdruck der Tube im Karton gleich ausgerichtet sein, muss das beim Abfüllen gelöst werden, nicht beim Einlegen.

Wann sich die Automatisierung lohnt und worauf zu achten ist

Wann die Investition zu prüfen ist

Die Automatisierung von Abfüllen und Verpacken lohnt sich in der Regel, wenn mindestens zwei der folgenden Punkte zutreffen:

• Der Betrieb läuft im Zwei- oder Dreischichtbetrieb und das Abfüllen von Hand ist zum Engpass geworden
• Das Produkt hat einen hohen Preis je Kilogramm, sodass die Sicherheitszugabe beim Dosieren spürbar Geld kostet
• Der Kunde oder ein Branchenstandard verlangt eine dokumentierte Gewichtskontrolle und die Rückverfolgbarkeit der Charge
• Der Betrieb trägt ein hohes Kontaminationsrisiko — Lebensmittel, Nahrungsergänzung, Pharmazie — und die manuelle Handhabung des Produkts ist noch üblich
• Das Sortiment ist stabil — wenige Formate, große Serien. Bei Dutzenden Formaten in kleinen Serien ist die Umrüstzeit zu bedenken und eher eine flexible Linie zu wählen
• Nach dem Abfüllen ist bereits vorhanden oder geplant ein Förder- oder Palettiersysteman das angeknüpft werden kann

Fragen an den Lieferanten

• Produkt: Viskosität oder Fließfähigkeit, Partikelanteil, Fülltemperatur, Schaumneigung, chemische Zusammensetzung
• Dosierbereich: kleinstes und größtes Volumen auf einer Maschine
• Genauigkeit: welche Abweichung garantiert wird und bei welcher Leistung
• Verpackungsformate: Tubendurchmesser und -längen, Folienbreite, Kistenmaße, Siegelart
• Umrüstzeit zwischen Formaten und ob ein Werkzeug benötigt wird
• Sanitation: Reinigungsablauf und -zeit, zerlegbare Teile
• Integration: Profinet oder digitale E/A, Übertragung der Chargendaten an das überlagerte System
• Sicherheit: Verkleidung bewegter Teile (zum Beispiel perforiertes Edelstahlblech mit Öffnungen bis 10 mm), Lichtschranken, Not-Halt, Schutz der Anlage vor Anfahren durch Stapler
• FAT vor dem Versand mit dem realen Produkt und der realen Verpackung

Der letzte Punkt ist wichtiger, als er scheint. Ein Gel verhält sich im Prüfraum mit Wasser anders als in der Produktion bei 22 °C, und ein Pulver anders bei 30 % als bei 60 % Luftfeuchte. Ein Versuch mit Ihrem Produkt und Ihrer Verpackung vor dem Versand verkürzt die Inbetriebnahme vor Ort und deckt Probleme mit der Siegelnaht, mit Nachtropfen oder mit Staubentwicklung noch beim Lieferanten auf.

FAQ — häufige Fragen