Food-Packaging-Automation 2022: Trends für mehr Effizienz & Frische

Verfasst von den Spezialisten bei Emerson.

Die Bequemlichkeit verpackter Lebensmittel und Getränke treibt das Wachstum dieser Branche weiter an. Tatsächlich wird der US-Markt für verpackte Lebensmittel eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate von 4,1 % von 2021 bis 2028 prognostiziert. Die Automatisierung von Verpackungsprozessen hat Unternehmen geholfen, der Nachfrage gerecht zu werden und verpackte Lebensmittel frisch für Kunden zu halten.

Eine der primären Technologien in der Lebensmittelverpackungsautomatisierung ist Pneumatik. Pneumatiktechnologie – einschließlich pneumatischer Ventile und Luftaktuatoren – ist sauber, zuverlässig und wartungsfreundlich. Die neuesten Fortschritte im hygienischen Design, in der Maschinensicherheit und Energieeffizienz pneumatischer Produkte sind 2022 die größten Trends in der Verpackungsautomatisierung.

Hygienisches Design

In der Lebensmittel- und Getränkeverpackung müssen die in Verpackungsmaschinen verwendeten Komponenten strenge Vorschriften für Lebensmittelkontakt erfüllen und robust genug sein, um wiederholten Washdown-Prozeduren standzuhalten. Die neuesten Ventilsysteme, wie sie in Vakuumverpackungsanwendungen eingesetzt werden, haben die höchste Schutzklasse und diverse kostensparende Features, die die Reinigung erleichtern.

Traditionell benötigten Ventilsysteme Schränke oder andere Einhausungen, um empfindliche Komponenten vor feuchten oder rauen Umgebungen zu schützen. Zwar bieten Edelstahlschränke notwendigen Schutz, sind aber teuer. Heutige Ventilsysteme sind schranklose Washdown-Produkte, die speziell entwickelt wurden, um denselben Schutz zu bieten, während sie die Zylinderleistung verbessern – ohne die Zusatzkosten einer Einhausung. Dies verbessert Reaktionszeiten und erhöht Energieeinsparungen in Verpackungsanwendungen, da weniger Druckluft pro Ventilzyklus benötigt wird. Kürzere Druckluftleitungen vom Ventil zum Zylinder bedeuten weniger zu füllendes und abzulassendes Volumen, was die Zylinderleistung steigert.

Diese Ventilsysteme sind für einfache Reinigung konzipiert und bestehen aus robusten, hygienischen Materialien, die aggressiven Chemikalien und hohen Drücken in Washdown-Prozessen standhalten. Emersons AVENTICS^TM Series CL03 Clean Line Ventilsystem hat beispielsweise keine Fugen oder Spalten und verwendet Edelstahlkomponenten und Polymere, die für Hochdruck-Washdown mit aggressiven Chemikalien geeignet sind.

Der CL03 hat zudem eine IP69K-Zertifizierung erhalten – die höchste Schutzklasse. Produkte mit dieser Zertifizierung bieten Schutz vor Staub und Hochtemperatur-/Hochdruck-Washdown-Flüssigkeiten, was sie ideal für Verpackungs- und Lebensmittelverarbeitungsanwendungen macht, wo Maschinen gründlich sanitär gereinigt werden müssen. Er verwendet zudem NSF-H1-Schmierstoff (lebensmitteltauglich).

Zusätzlich zu ihrem hygienischen Design sind die neuesten Ventilsysteme hochkonfigurierbar, um den Bedürfnissen jeder Anwendung gerecht zu werden, und kompatibel mit einer breiten Palette von Kommunikationsprotokollen. Einige Ventilsystemanbieter bieten Online-Konfigurationstools, die es Konstruktionsingenieuren erleichtern, schnell auf CAD-Zeichnungen, Schaltpläne, Teilenummern und verwandte Komponenten zuzugreifen. Viele lassen sich mit pneumatischen Aktuatoren kombinieren; der CL03 kann mit Emersons AVENTICS Series ICS und Series M Zylindern in Washdown-Anwendungen gekoppelt werden.

Bild: AVENTICS CL03 Clean Line Ventilsystem in hygienischer Anwendung

Maschinensicherheit

Für wartungsbedürftige Geräte gibt es einen wachsenden Trend bei CPG-Unternehmen (Consumer Packaged Goods), diverse Formen funktionaler Sicherheit zu implementieren – meist gemäß ISO 13849. Ob vollständiges LOTO (Lockout/Tagout) oder Umsetzung der „Minor Servicing Exception“: Die gängigste Methode, pneumatische Komponenten „sicher“ zu machen, ist die Freisetzung der pneumatischen Energie. Die bevorzugte Komponente für diese „Sicherheitsfunktion“ ist ein redundantes Sicherheitsablassventil (siehe Bild), das Teil einer Luftaufbereitungseinheit sein kann, die Druckluft zu einer Maschine oder einem Maschinenabschnitt speist.

Basierend auf Risikobewertungen erfordert ein großer Prozentsatz solcher regelmäßigen Maschinenzugriffe eine Category 3 PLd Sicherheitslösung, um Geräte sicher zu machen. Category 3 PLd Lösungen benötigen redundante Schaltkreise für die Sicherheitsfunktion. Das RSEV erreicht diese Sicherheitsbewertung durch redundante Ventile und Diagnoseabdeckung (z. B. Schieberpositionsüberwachung), um sicherzustellen, dass gespeicherte Energie in Form von Druckluft abgelassen wird. Wenn ein Gerät wie ein Sicherheitstor auslöst, werden zwei Sicherheitsausgänge an das RSEV gesendet. Fällt ein Ventil aus, führt das redundante Ventil die Sicherheitsfunktion dennoch aus. Die Diagnoseabdeckung löst Alarm aus, damit Maßnahmen ergriffen werden können, bevor der Betrieb fortgesetzt wird.

Einige redundante Sicherheitsventile, wie das RSEV von Emerson (erhältlich mit AVENTICS Series 652 und Series 653 Luftaufbereitungslösungen), verfügen über eine integrierte Soft-Start-Funktion. Beim Start füllt diese mit reduzierter Rate von 60–70 % des endgültigen Systemdrucks, bevor sie vollständig öffnet. Der langsame Druck-/Kraftaufbau, während Aktuatoren in ihre Home-/Startposition fahren, verhindert Schäden an Komponenten und Geräten.

Bild: Redundantes Sicherheitsablassventil (RSEV) mit Soft-Start-Funktion

Energieeffizienz

Dekarbonisierung bleibt ein Trend in nahezu jeder Branche, einschließlich Lebensmittel & Getränke. Energieverbrauch zu reduzieren, hat für Verpackungsunternehmen höchste Priorität. CPG-Hersteller suchen nach Wegen, den Energieeinsatz in ihren Anlagen besser zu kontrollieren. Daher statten viele neue Maschinen aus und rüsten bestehende mit Durchflusssensoren nach.

Druckluftverbrauch ist eine bedeutende Energiequelle in Verpackungsanwendungen. Unentdeckte und unbehandelte Druckluftlecks können erhebliche Mengen an Energie und Geld verschwenden. Durchflusssensoren, die den Druckluftdurchfluss kontinuierlich in Echtzeit überwachen, helfen Betreibern, Lecks früher zu erkennen und zu beheben – was Energieverluste minimiert und die Nachhaltigkeit verbessert.

Durch kontinuierliche Messung von Prozessparametern – einschließlich Druck, Temperatur, Massenstrom, Volumenstrom, Strömungsgeschwindigkeit, Gesamtmasse, Gesamtvolumen und Energie – können Sensoren Betreibern helfen, Luftverbrauch und Energieeinsatz zu verfolgen. Betreiber können dann gesammelte Daten nutzen, um potenzielle Probleme wie Lecks zu lokalisieren und zu beheben, bevor sie entstehen. Durch Leckvermeidung können Anlagen Energieeffizienz verbessern, Stillstände und Kosten reduzieren.

Durchflusssensoren eignen sich für Anlagen jeder Größe, an jedem Punkt ihrer digitalen Transformationsreise. Einige Sensoren, wie Emersons AVENTICS Series AF2 Sensor, ermöglichen Betreibern, Daten auf Maschinenebene zu sehen und erlauben Anlagen, gesammelte Daten im eigenen IT-Netzwerk zu halten, ohne Cloud-Anbindung. Anlagen können Sensoren auch mit einem Gateway verbinden, um zusätzliche Einblicke zu erhalten. Durchflusssensorhersteller mit Erfahrung in digitaler Transformation können Anlagen bei der Entscheidung unterstützen, was für ihre individuellen Bedürfnisse und Ziele am besten geeignet ist.

Bild: AF2 Durchflusssensor mit OLED-Display und Datenvisualisierung

Ein höheres Leistungsniveau

Die neuesten Trends in der Lebensmittelverpackungsautomatisierung geben Verpackungsunternehmen die Möglichkeit, sicherzustellen, dass die Maschinen in ihren Linien höchsten Maschinensicherheits-, Energieeffizienz- und Hygienestandards entsprechen.

Für weitere Informationen zu den pneumatischen Technologien, die dieses Leistungsniveau ermöglichen, besuchen Sie https://www.emerson.com/en-us/industries/automation/food-beverage oder kontaktieren Sie einen Experten bei JH Foster.