Computertomograph

Kapselprüfung – Traumtool für Qualitäter

Computertomograph ersetzt manuelle Prüfungen in der Verpackungstechnik. Aus Folie gezogene Kapseln werden jährlich multimillionen- oder milliardenfach in den Markt gebracht. Trotz der extrem hohen Mengen und des ebenso extrem niedrigen Preises ist eine Fülle von zum Teil sehr engen Toleranzen prozesssicher zu erreichen. Den hohen Aufwand für manuelle Stichprobenprüfungen hat Greiner Packaging mit einer vollständig automatisierten Lösung abgelöst.

Nur auf den ersten Blick ein Einfach-Produkt: Verpackungskapseln unterliegen extrem geringen Maß- und Gewichtstoleranzen. (Bild: Greiner Packaging)

Als UPP, Unique Packaging Proposition, bezeichnet Greiner die Prozessorganisation und -produktion zur Generierung kundenspezifischer Verpackungslösungen. Die wurde ergänzt um eine neue Technologie in der Qualitätssicherung. Deren zentrales Element ist der Computertomograph Volumax 800 von Zeiss.

Eine fehlerhafte Kapselcharge kann das Geschäft sehr nachhaltig schädigen. Dabei geht es nicht einmal so sehr um die direkten Kosten, es geht um Image, dessen Verlust ein Vielfaches des rückgeleiteten Warenwertes ausmacht. Und da der Konsument nicht den Verursacher einer fehlerhaften Verpackung im Blick hat, richtet sich sein Groll gegen den Hersteller des Markenartikels. Deshalb nehmen Qualitätsvorschriften für Verpackungen, die pro Stück wenige Cent oder nur Bruchteile davon kosten, mittlerweile den Umfang von Gebetbüchern an.

Qualitätsingenieur Robert Pfundbauer: „…geht die Wahrscheinlichkeit eines durch die Verpackung induzierten Rückrufs gegen Null.“ (Bild: Zeiss)

Non-Stop-Produktion
Im oberösterreichischen Kremsmünster produziert die Business Unit Capsules von Greiner. Von der Herstellung der mehrschichtigen Folie über Tiefziehen bis zum Verkleben der fertig gepackten Kartons sind hier alle Produktionsschritte vorhanden. Mehrere Produktionsstraßen nebeneinander stoßen ohne Unterbrechung, 24/7, 365 Tage im Jahr Abermillionen von Kapseln aus. Dementsprechend arbeitet auch die Qualitätsprüfung rund um die Uhr. „Für die mechanische Prüfung der Kapseln wurden uns früher von Kunden Lehren und andere Einrichtungen für verschiedene Teilprüfungen zur Verfügung gestellt“, erzählt Qualitätsingenieur Robert Pfundbauer. Mehrmals pro Schicht wurden fünfzig bis siebzig Kapseln als Stichprobe gezogen. Insgesamt acht Parameter mussten mit Hilfe taktiler Methoden geprüft und dokumentiert werden. Herausfordernd dabei waren die engen Toleranzen und die erforderliche hohe Genauigkeit. Dabei sind die einzelnen Prüfvorgänge zumeist zeitaufwändig und damit teuer.

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Im Laufe der Zeit erhöhten sich die Qualitätsanforderungen des Kunden. Egal ob Cpk-Werte, Druckfestigkeit oder Gewicht – es wurden immer mehr Parameter mit entsprechenden Toleranzen für einzelne Kapseln definiert. „Verpackung ist kein singuläres Produkt mehr, sondern eine Funktionseinheit in High-tech“, erläutert Helmut Reckziegel, Chef der Business Unit Capsules. Bereits vor drei Jahren hatte er sich deshalb auf die Suche nach einer effizienten Lösung für die Qualitätsprüfung gemacht.

Von der manuellen Messung zur digitalen Lösung
Es war allerdings nicht damit getan, einen Computertomographen anzuschaffen. Um die vorgegebenen Parameter mit diesem Gerät prüfen zu können, waren zunächst umfangreiche Vorarbeiten notwendig. Komplexe Algorithmen mussten programmiert, virtuelle Lehren gebaut und Auswertungen kundenkonform erstellt werden. Die Auswertung der Daten erforderte entsprechende Rechen- und Übertragungsleistungen. Hinzu kam noch das Wiegen auf mit 100stel Gramm, µm-genaues Messen sowie eine akkurate und lückenlose Dokumentation. Zudem musste eine Bestückungslogistik für die Röntgenkammer in Form von Kapselhaltern und -ständern entwickelt werden, um wie gewünscht, eine ganze Stichprobencharge in einem Durchgang prüfen zu können.

50 Kapseln werden mehrmals pro Schicht aus jeder Produktionslinie entnommen und für die Prüfung im Computertomographen in speziell entwickelte Halterungen eingesetzt. (Bild: Zeiss)

Am Ende der Produktionslinie, in einem etwa 50 Quadratmeter großen Büroraum, angeschlossen an High-Speed-Rechner, steht nun der fünf Tonnen schwere Zeiss Volumax 800. Der Prüfvorgang folgt einem vergleichsweise einfach und damit sicher gestalteten Ablauf: Mehrmals pro Schicht werden jeder Produktionslinie jeweils 50 Kapseln entnommen, die jeweils mit der Kavitätsnummer markiert sind. Sie werden in spezielle Halterungen eingesetzt und als „Kapselturm“ in der Röntgenkammer platziert. Halterungen und Ständer wurden gemeinsam mit Zeiss entwickelt. Sie sind aus einem speziellen Kunststoff gefertigt, der den Scan-Vorgang weder beeinflusst noch beeinträchtigt. Nach Eingabe der Produktionsdaten läuft der gesamte Prüfvorgang für alle Kapseln automatisch ab. Dass es sich dabei hier um ein Röntgengerät mit radioaktiver Strahlung handelt, ist kein Problem. „Keine Spur von Radioaktivität im Prüfbüro“ diagnostizierte auch die zuständige Landessicherheitsbehörde.

Rund 30 Minuten dauert die gesamte Prüfung. Die Interpretation der Ergebnisse ist denkbar einfach: Ein Bildschirm zeigt fünfzig farbige Kreise entsprechend der Zahl der Prüfobjekte. Sind diese grün, ist alles in Ordnung. Färbt sich einer rot, wird zusätzlich angezeigt, welcher Parameter abweicht. Um das in Echtzeit anzeigen zu können, arbeiten mehrere individuell programmierte Rechner im Hintergrund. Die dazugehörige Software Piweb stammt ebenfalls von Zeiss.

Rückruf wegen Verpackung praktisch ausgeschlossen
Der Computertomographen läuft im Unternehmen seit Juli 2016. Konnten früher acht Parameter in 45 Minuten geprüft werden, heute sind es 16 in 30 Minuten. Außer dem Ein- und Ausräumen des Tomographen gibt es keine manuellen Tätigkeiten mehr wie zum Beispiel Wiegen und Messen. Auf den ersten Blick bietet die Lösung fast eine Verdreifachung der Produktivität der Mitarbeiter in der Qualitätssicherung. Das bringe eine Kostenreduktionen, aber es ist für Robert Pfundbauer nicht der wichtigste Punkt. Für ihn geht es um Sicherheit. „Weil heute doppelt so viele Parameter wie früher getestet werden und diese auch noch um ein Vielfaches genauer, geht die Wahrscheinlichkeit eines durch die Verpackung induzierten Rückrufs gegen Null.“

Qualitätsprüferin Muhcu Zeynep (vorn) und Robert Pfundbauer am Bildschirm, der die Prüfergebnisse eindeutig und einfach darstellt. (Bild: Zeiss)

Dokumentation bietet zusätzliche Sicherheit
Die mit dem Computertomographen verbundene lückenlose, chargenweise Dokumentation bringt einen weiteren, entscheidenden Vorteil. Sollten später Produktfehler auftauchen, kann sicher ausgeschlossen werden, dass der Fehler bei der Verpackung liegt. Mit jedem Lieferlos erhält der in der Produktionskette nachfolgende Abfüllbetrieb auf Knopfdruck alle zugehörigen Papiere. Intern bei Greiner erspart man sich nicht nur das zeitraubende manuelle Ausfüllen von Prüfprotokollen, auch das Risiko von „Human Error“ durch unabsichtliche Falscheintragungen gebe es nicht mehr.

Und noch ein Punkt spricht für den Computertomographen: Die für die Kapselherstellung notwendigen Tiefziehwerkzeuge haben eine bestimmte Lebensdauer. Zulässige Abnutzungen bewegen sich im µm-Bereich. Musste früher die Überschreitung der Grenzwerte mühsam manuell gemessen werden, erkennt Greiner bei Produktabweichungen innerhalb der Toleranzen heute schon einen Trend, bevor sich die Produktparameter den Toleranzgrenzen nähern. Das erhöht die Planbarkeit von Wartungsmaßnahmen und reduziert das Risiko von Lieferengpässen, weil keine unvorhergesehenen Produktionsstörungen mehr auftreten.

Unternehmensintern werden deshalb auch schon weitere Einsatzfelder für den Computertomograph diskutiert. Zusammenfassend hält Helmut Reckziegel, Chef der Business Unit Capsules, fest: „Es ging nicht um ein Messgerät, es ging um eine Komplettlösung. Diese Herausforderung konnten wir nur gemeinsam mit Zeiss bewältigen.“

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