Revolutionierung des Rollenhandlings:Fortschrittliche Automatisierung für flexible Filmprozessoren

In der Welt der flexiblen Verpackungen haben viele Folienverarbeiter stark in Extrusionslinien und Schneidsysteme investiert, um den Durchsatz und die Produktkonsistenz zu erhöhen. Dennoch bleibt ein hartnäckiger Engpass bestehen:die Handhabung der riesigen, unhandlichen Filmrollen, die zwischen den Produktionsschritten transportiert werden. Diese Rollen variieren stark in Größe und Format und die Automatisierung ihrer Handhabung stellt sowohl eine technische Herausforderung als auch eine strategische Chance dar.

Wenn man in der Kunststoffindustrie „Automatisierung“ hört, denkt man oft an Roboter, die Teile aus Spritzgießmaschinen entladen. Bei der Filmverarbeitung nimmt die Automatisierung eine andere Form an; Dabei kann es sich um den Transport einer 300-Pfund-Rolle von einem Rollenschneider zu einem Lagerbereich oder um die sichere Bereitstellung mehrerer fertiger Rollen zur Inspektion, Verpackung oder zum Versand handeln. Diese Aufgaben sind in vielen Betrieben nach wie vor arbeitsintensiv und die Möglichkeit zur Verbesserung der Effizienz, Sicherheit und Datentransparenz ist erheblich.

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Im Slitter/Rewinder-Workflow

In einer typischen Verarbeitungsanlage für flexible Folien sind große Massenrollen (manchmal auch Jumbo-Rollen genannt) das Ergebnis eines vorgelagerten Prozesses wie Extrusion, Drucken oder Laminieren. Diese Jumbo-Rollen werden in einen Rollenschneider geladen, der sie in schmalere, kürzere Längen schneidet, die für die Endverpackung geeignet sind. Ein Aufwickler erstellt dann aus der ursprünglichen Jumbo-Rolle mehrere verkaufsfähige Rollen.

Die fertigen flexiblen Verpackungsrollen variieren stark in den Abmessungen und erfordern eine anpassbare Automatisierung für einen sicheren Transport. Quelle (alle):Applied Manufacturing Technologies

Die Automatisierung kann einen erheblichen Einfluss auf die Handhabung fertiger Rollen haben, die zwischen 10 und 300 Pfund wiegen können. Ihre Außendurchmesser, Breiten und Kerngrößen können erheblich variieren. Einige können sogar kernlos sein. Der Rollenschneider kann eine oder 20 Rollen gleichzeitig produzieren. Um die Effizienz der Linie aufrechtzuerhalten, müssen diese Rollen schnell abgeräumt werden, um Platz für den nächsten Zyklus zu schaffen. Verzögerungen hier können die Betriebszeit teurer Hochgeschwindigkeits-Schneidemaschinen verkürzen.

Die Komplexität der Handhabung von Filmrollen

Flexible Folienbetriebe erfordern Automatisierungssysteme, die ein breites Spektrum an Produktkonfigurationen verwalten können. Mit einer einzigen Maschine kann eine große Bandbreite an Artikelarten, Rollengrößen und Verpackungsformaten verarbeitet werden. Der Entwurf einer Automatisierung zur Unterstützung dieser Variabilität ist eine komplexe technische Herausforderung. Leichte Rollen können oft von kompakten Robotersystemen gehandhabt werden, während schwerere Rollen, die manchmal mehrere hundert Pfund wiegen, den Einsatz von Portalen, Aufzügen oder kundenspezifischen Handhabungslösungen mit sehr unterschiedlichen mechanischen und räumlichen Anforderungen erfordern können. Diese Variationen beeinflussen alles von der Nutzlastkapazität und -geschwindigkeit bis hin zu Reichweite, Stellfläche und Integrationsstrategie.

Gleichzeitig macht die Automatisierung die Notwendigkeit menschlicher Interaktion nicht überflüssig. Bei Materialstörungen, Wartungsarbeiten oder Qualitätskontrollen müssen weiterhin Bediener eingebunden werden. Systeme müssen unter Berücksichtigung einer sicheren und effizienten manuellen Zugänglichkeit konzipiert werden. Beispielsweise kann die Unterbrechung einer Überrollbewegung mit einem Portal den Durchsatz verbessern, birgt jedoch neue Risiken, wenn Bediener mitten im Prozess eingreifen müssen. Die Art der gewählten Automatisierung muss nicht nur an der Produktvariabilität ausgerichtet sein, sondern auch daran, wie viel menschliche Aufsicht der Prozess noch erfordert.

Chancen im Transport und Transfer

Der Transport von Jumbo-Rollen zum Rollenschneider bleibt aufgrund ihrer Größe, ihres Gewichts und ihrer ungünstigen Geometrie einer der arbeitsintensivsten Schritte bei der Rollenhandhabung. Bediener verwenden traditionell Karren, Hebezeuge oder Hebehilfen – Werkzeuge, die oft langsam und ergonomisch anspruchsvoll sind. Neuere Lösungen wie autonome mobile Roboter (AMRs) beginnen, diesen Prozess zu rationalisieren und die Belastung des Bedieners zu verringern.

Im Gegensatz zu herkömmlichen fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTS) können AMRs Routen in Echtzeit anpassen, durch komplexe Umgebungen navigieren und Hindernissen ausweichen – eine Fähigkeit, die als dynamische Bewegungsplanung bezeichnet wird. Dies macht sie besonders wertvoll in Produktionsbereichen mit hohem Fußgängerverkehr oder engen Wegen. Mit AMRs können Filmverarbeiter die Abhängigkeit von Wagen und Hebezeugen reduzieren und gleichzeitig den Durchsatz und die Arbeitssicherheit verbessern.

Ein Roboter-Rollenhandhabungssystem hebt und positioniert eine fertige Folienrolle mit einem Kerngreifer-End-of-Arm-Werkzeug, wodurch die manuelle Handhabung reduziert und die Wiederholbarkeit in der nachgelagerten Verarbeitung verbessert wird.

Nachgelagerte Integration und Inspektion

Über den Rollenschneider hinaus kann die Automatisierung auch die Schritte unterstützen, die erforderlich sind, um Rollen für den Versand oder die Weiterverarbeitung vorzubereiten, einschließlich Etikettierung, Palettierung, Stretchfolie und Verpackung, die jeweils eine Chance für eine integrierte Automatisierung bieten.

Die Inspektion kann auch automatisiert werden, indem Bildverarbeitungssysteme oder Sensoren eingesetzt werden, um die ordnungsgemäße Wicklung, Etikettenplatzierung oder Oberflächenintegrität in Echtzeit zu überprüfen. Die Integration dieser Prüfungen in den Arbeitsablauf verringert die Abhängigkeit von manuellen Überprüfungen und trägt dazu bei, eine konsistentere Produktqualität sicherzustellen.

Entwerfen für Flexibilität und institutionelles Wissen

Für ein erfolgreiches Automatisierungsdesign sind fundierte Kenntnisse der täglichen Abläufe in der Fabrik erforderlich. Bediener entwickeln häufig informelle Routinen oder Anpassungen, die nicht in der Prozessdokumentation erfasst werden, aber dennoch eine entscheidende Rolle für den reibungslosen Produktionsablauf spielen.

Durch die Erfassung dieser undokumentierten Praktiken während der Systemerkennungsphase wird sichergestellt, dass Automatisierungssysteme sie entweder replizieren oder den Bedarf sicher beseitigen können. Etwas so Einfaches wie das Anbringen von zusätzlichem Klebeband zum Sichern einer Rolle mag belanglos erscheinen, kann aber für den Schutz des Produkts während der Handhabung unerlässlich sein. Die Einbindung von Bodenpersonal während der gesamten Entwurfsphase hilft dabei, diese Betriebsdetails zu identifizieren und kostspielige Versäumnisse zu vermeiden, sobald das System in Betrieb ist.

Ein in eine Rollenhandhabungseinrichtung integrierter Industrieroboter demonstriert den automatisierten Transfer von einer Schneid-/Aufwickelzelle zu angrenzenden Prozessen und unterstützt so einen höheren Durchsatz bei gleichzeitiger Minimierung der Bedienerbelastung.

Ein Blick in die Zukunft:Wohin sich die Automatisierung entwickelt

Insbesondere im Aufwicklerbereich schreitet die Schneidtechnologie voran. Beispielsweise ermöglichen Revolverwickler den Weiterbetrieb der Maschinen, während fertige Rollen automatisch ausgewechselt werden, um Ausfallzeiten zu minimieren. Dies erhöht den Durchsatz, stellt aber auch neue Anforderungen an die nachgelagerte Automatisierung, die Schritt halten muss, indem sie fertige Rollen schnell abräumt und sich ohne Verzögerungen auf den nächsten Zyklus vorbereitet.

Um diesen Leistungsverbesserungen gerecht zu werden, muss sich auch die Rollenhandhabung weiterentwickeln, nicht nur für den Produkttransport, sondern auch für die Rollenbereitstellung, Ausrichtung, Inspektion und Vorbereitung für den Versand oder die Weiterverarbeitung. Eine Automatisierung, die diesen gesamten Umfang unterstützt (Rollenvariabilität, manuelle Sicherungsanforderungen und Integration in bestehende Arbeitsabläufe), kann Verarbeitern dabei helfen, manuelle Eingriffe zu reduzieren, Fehler zu minimieren und die Konsistenz über eine Vielzahl von SKUs und Rollenformaten hinweg zu erhöhen.

Da Automatisierungssysteme immer leistungsfähiger werden und fortschrittliche Bewegungssteuerung, Sicherheit und Inline-Inspektion integrieren, wird die Rollenhandhabung immer besser mit der Automatisierung kompatibel. Filmverarbeiter, die diese Systeme proaktiv modernisieren, können einen herkömmlichen Engpass in einen hocheffizienten Prozess verwandeln. Die Zusammenarbeit mit einem Systemintegrator mit Erfahrung in der rollenbasierten Automatisierung kann Filmverarbeitern dabei helfen, ihre Abläufe zu modernisieren und gleichzeitig die Kompatibilität sowohl mit veralteter Ausrüstung als auch mit sich ändernden Produktionsanforderungen sicherzustellen.

ÜBER DEN AUTOR:Kelly Chalmers ist Senior Program Manager bei Applied Manufacturing Technologies (Orion, Michigan), wo sie sich seit über zwei Jahrzehnten auf flexible Automatisierungs- und Rollenhandhabungssysteme spezialisiert hat. Mit Erfahrung in technischem Design, Simulation und Systemintegration hat sie komplexe Automatisierungsprojekte in einer Vielzahl von Fertigungsumgebungen geleitet. Chalmers hat einen B.S.E. in Industrie- und Betriebstechnik von der University of Michigan und einen MBA von der Kettering University.  Kontakt: 248-409-2000; kchalmers@appliedmfg.com; applymfg.com.