Roboter steigern Produktivität in der Nahrungsmittel- und Verpackungsbranche

Nahrungsmittel werden heute größtenteils industriell produziert, verarbeitet und verpackt. Je mehr Flexibilität gefordert ist, desto häufiger trifft man auf Roboterlösungen. Diese steigern außerdem den Durchsatz und sorgen für konstant hohe Qualität. Neueste Lösungen werden auf der AUTOMATICA 2010, der internationalen Fachmesse für Automation und Mechatronik, vorgestellt. Sie findet vom 8. bis 11. Juni 2010 auf dem Gelände der Messe München statt.

Wer bei Nahrungsmittelproduktion an Bäcker, Metzger oder Köche denkt, hat nur einen kleinen Teil des Marktes im Blick. Ob Konserven oder Tiefkühlkost, Back- und Süßwaren, Nudeln, Soßen und Getränke - der gesamte Herstellungsprozess für Nahrungsmittel wird von industriellen Lösungen dominiert. Die Massenproduktion macht viele Güter erst finanziell erschwinglich.

Doch Nahrungsmittel sind sensible Produkte, die höchstes hygienisches Niveau der Produktionsanlagen sowie schnelle und präzise Verarbeitung erfordern. Alle eingesetzten Produktionsmittel müssen sich den spezifischen Anforderungen unterwerfen. Sie müssen entsprechend gestaltet sein, das heißt reinigungsfreundlich und möglichst ohne Ecken und Kanten. Die Materialien müssen resistent gegen saure und alkoholische oder lösungsmittelhaltige Reiniger sein, weshalb in vielen Fällen nur Edelstähle und spezielle Kunststoffe in Betracht kommen. Auch zur Schmierung diverser Gelenke dürfen nur Spezialfette verwendet werden. Kälte- und Hitzebeständigkeit sind weitere Faktoren, denen sich alle Automatisierungskomponenten, also auch eingesetzte Roboter, stellen müssen.

Die hohen Hygieneanforderungen sprechen - neben wirtschaftlichen Faktoren - für den Einsatz von Robotern. Allerdings müssen diese entsprechende Voraussetzungen erfüllen. Frank-Peter Kirgis, Geschäftsbereichsleiter Robotics der ABB Schweiz AG, erklärt: "Die Umsetzung von Hygienestandards aus der Lebensmittelindustrie wird zum Beispiel beim ABB FlexPicker deutlich. Hier werden nur Materialien verwendet, die im Lebensmittelbereich zulässig sind. Ebenso benötigen die Gelenke keine Schmiermittel mehr, was diesbezügliche Risiken beim Einsatz ausschließt."

Robotertechnik hat sich auf die Nahrungsmittelindustrie zu bewegt

Die Fortschritte in der Robotertechnik für die Lebensmittelindustrie sind nicht zu übersehen. Früher waren es gerade die Unregelmäßigkeiten bei Lebensmitteln, die einer automatisierten Verarbeitung im Weg standen. Aufgrund eines deutlich gewachsenen Verständnisses bei den Robotersteuerungen und einer erheblich besseren Mechanik existiert dieses Problem heute nur noch in Ausnahmefällen. Obwohl die Herausforderung, zum Beispiel einen Schaschlikspieß zu bestücken, ungleich höher ist, als etwa ein Autogetriebe mit immer gleichen Abmaßen zu montieren, können heute verfügbare Roboterlösungen viele Anforderungen der Lebensmittelbranche abdecken. Auch die Sensorik hat in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte gemacht. Dank Industrieller Bildverarbeitung existiert heute schon ein etabliertes und oft genutztes Verfahren, um zum Beispiel dem Handlingsystem auf einem Förderband gezieltes Greifen zu ermöglichen.

Mit dem Fortschritt wächst der Bedarf an Automation. Doch ein Problem besteht noch immer. Volker Spanier, Leiter der Abteilung Factory Automation der Epson Deutschland GmbH, weist darauf hin, dass viele Firmen der Lebensmittelbranche seit langer Zeit - mitunter schon seit Generationen - auf traditionelle, kaum veränderte Art und Weise produzieren. Er sagt: "Vielfach ist in diesen Unternehmen noch Handarbeit Standard. Daher sind die internen Prozesse und Abläufe, Arbeitsplätze und Materialzuführungen auf diese traditionellen Verfahren hin optimiert worden."

Ein Roboter hat jedoch einen anderen Taktzyklus als eine menschliche Arbeitskraft und benötigt auch eine andere Infrastruktur. Hatte man vor einigen Jahren noch mehr mit der Irregularität von Nahrungsmitteln zu kämpfen, sind es heute eher Schwierigkeiten bei der Einbindung des Roboters in einen ursprünglich auf menschliche Arbeitsweise ausgerichteten Arbeitsplatz. Diese beiden Herausforderungen, das herausfordernde Handling von unterschiedlichem 'Material' und die Schwierigkeiten bei der Einbindung eines Roboters in die Arbeitsprozesse, machen diese Branche aber auch attraktiv. Denn so können sich Roboterhersteller und Systemintegratoren durch pfiffige Lösungen auszeichnen.

Verpacken und Palettieren sind Standardanwendungen für Roboter

Zu den Standardanwendungen für Roboter gehören vor allem das Verpacken und Palettieren. Der Augsburger Roboterspezialist KUKA bietet hierfür eine große Auswahl an Palettierrobotern, die einen Traglastbereich von 40 bis 1300 kg abdecken. Auch hier gibt es spezielle Entwicklungen für die Lebensmittelbranche, wie den KR 15 SL, dessen Oberflächen aus Edelstahl sind, so dass selbst aggressive Reinigungsmittel ihm nichts anhaben können.

Die Automatisierung in den verschiedenen Sektoren der Nahrungsmittelindustrie ist unterschiedlich weit fortgeschritten, wie KUKA Key Technology Manager Fornoff erklärt: "Der Automatisierungsgrad liegt im Bereich der Getränkeindustrie bei etwa 98 Prozent und in Großbäckereien bei zirka 80 Prozent. In der Fleisch verarbeitenden Industrie dagegen erreicht er bislang nur etwa 20 Prozent. Hier gibt es noch eine Menge Potenzial, das wir mit unseren Robotern erschließen wollen." Schließlich können Roboter nicht nur palettieren. Sie eignen sich ebenso, um beispielsweise Schweinehälften via 3-D zu vermessen, sie zu zerteilen und die Filets zu verpacken.

Innovative Entwicklungen steigern die Produktivität

Für den Verpackungsbereich sind die Standardpalettenmaße entscheidend. Roboter, die abgepackte Schnitzel auf einer Palette stapeln sollen, müssen diese mit ihrer Reichweite vollständig abdecken. Eine platzsparende Lösung sind wand- oder deckenmontierte Scara-Roboter. Die Epson Deutschland GmbH ist auf derartige Automatisierung spezialisiert und bietet ein breites Portfolio mit Reichweiten von 175 mm fürs Micro-Site-Assembling bis hin zu Scaras mit 1000 mm Reichweite, die Nutzlasten von bis zu 20 kg bewegen können. Eine neue Lösung, die gerade im Nahrungsmittelbereich Vorteile verspricht, ist der Epson Scara-Spider. Die außergewöhnliche Geometrie dieses an der Decke aufgehängten Roboters vermeidet die Scaraübliche Totzone rund um die Drehachse der Achse 1. Dadurch kann der Roboter gewissermaßen auch 'untersichgreifen'. Wo ein normales Scara-System umschwenken muss, nimmt der Spider den direkten Weg und erreicht damit außerordentlich kurze Taktzeiten. Dieses Konzept erlaubt eine deutlich kleinere Ausführung des Roboters und spart wertvolle Produktionsfläche.

AUTOMATICA - der Marktplatz für Roboterlösungen

Zu den grundsätzlichen Vorteilen der Robotertechnik wie hohe Flexibilität, Zuverlässigkeit und die Einsatzmöglichkeit in für den Menschen schwierigen Umgebungen kommen seit Jahren technologische Innovationen, z.B. im Bereich der Roboter-Sicherheit oder der einfacheren Programmierung und Handhabung sowie sinkende Preise hinzu. Dadurch hat der Robotereinsatz an Attraktivität gewonnen und erhält immer mehr Einzug in neue Anwendungsfelder der General Industry, d.h. im non-Automotive Bereich. Somit gibt es - wie die bereits genannten Beispiele zeigen - mittlerweile immer mehr Roboter, die direkt für den Einsatz im Lebensmittelbereich entwickelt wurden.

Wer sich einen Überblick über das vielfältige Marktangebot an Industrierobotern verschaffen möchte, dem sei ein Besuch der AUTOMATICA 2010 empfohlen. Denn die vom 8. bis 11. Juni 2010 auf dem Gelände der Messe München stattfindende Fachmesse bietet unter anderem das weltweit größte Robotik-Angebot und präsentiert innovative und ganzheitliche Lösungen für jede fertigungstechnische Herausforderung, auch in der Nahrungsmittelbranche. Für Volker Spanier, Leiter Factory Automation bei Epson Deutschland, ist die AUTOMATICA ein Muss: "Sie ist zu einer Leitmesse der Automationsbranche in Europa und darüber hinaus geworden. Diese starke, internationale Ausrichtung ist für ein global operierendes Unternehmen wie Epson ein wichtiger Pluspunkt für ein Engagement auf der AUTOMATICA."

Dem stimmt auch KUKA Key Technology Manager Peter Fornoff zu: "Die AUTOMATICA ist zweifellos die europäische Leitmesse der Robotik. Sie zeigt das vielfältigste Angebot der Branche im internationalen Wettbewerb. Weil sie für unser Augsburger Unternehmen quasi die Hausmesse ist, war es für KUKA Roboter selbstverständlich, sich auf der AUTOMATICA 2008 besonders zu präsentieren. Mit einem Auftritt ganz ohne Roboter haben wir uns bewusst vom klassischen Messe-Konzept gelöst. So stand nicht der Roboter als Produkt im Mittelpunkt, sondern der Kunde. Die Besucher waren begeistert und die Qualität der Kundengespräche hatte ein extrem hohes Niveau."

Frank-Peter Kirgis, Geschäftsbereichsleiter Robotics der ABB Schweiz AG, erhofft sich von der AUTOMATICA 2010 neue Impulse für den Markt: "Die AUTOMATICA erfüllt für uns alle Voraussetzungen einer erfolgreichen Messe: Fokussierung auf Kernfelder, interessantes Rahmenprogramm, Steigerung der Ausstellerzahlen sowie ein gutes Besuchermarketing."

Moderne Prozess-Software vereinfacht die Applikationen

Der Lebensmittelbereich ist eine von der AUTOMATICA stark fokussierte Anwenderbranche. ABB Roboterspezialist Kirgis weist darauf hin, dass nicht nur innovative Roboterlösungen für vermehrte Automatisierung in Verpackung und Logistik sorgen, sondern auch die Software eine entscheidende Rolle spielt. Er erklärt: "Speziell entwickelte Prozess-Software - wie zum Beispiel der ABB PickMaster fürs Picken, Packen und Palettieren - erlaubt dem Anwender, in sehr kurzer Zeit eine Applikation zu realisieren. Von großer Bedeutung ist außerdem die Erweiterung der entsprechenden Schnittstellen zu anderen Steuerungsplattformen, die ebenfalls im System angewendet werden. Schließlich möchte der Anlagenbauer ein einheitliches Bedienkonzept von Verpackungsmaschine und Roboter erreichen."

Praxisbeispiele überzeugen die Skeptiker

Viele Produktionsleiter, die dem Robotereinsatz im Lebensmittelbereich mit Skepsis begegnet sind, stehen der Anwendung positiv gegenüber, sobald sie Referenzen im Markt begutachtet haben. Ein typisches Beispiel ist der Einsatz eines ABB FlexPickers, bei dem es um die Wurst ging. Genauer gesagt, um deren effiziente Verschweißung, Sortierung und Palettierung. Aufgaben, die bei der Wurstwarenfabrik Heinrich Nölke im ostwestfälischen Versmold bisher manuell erledigt wurden. Nölke schweißt für die Kundenbelieferung fertige Verpackungen zu Lagen unterschiedlicher Größen zusammen. Aufgrund der stetig steigenden Warenmenge entschloss sich der Lebensmittelproduzent, diesen Arbeitsschritt zu automatisieren. Bestandteil der komplexen Anlage ist ein ABB IRB 340 FlexPicker, der die einzelnen Produkte in der gewünschten Anordnung in der Einschweißvorrichtung platziert. Dort wird die Lage eingeschweißt, etikettiert und auf einen Lagentisch befördert. Von dort fällt die Ware in eine Satte, die zur weiteren Verwendung palettiert wird. Tobias de Man, Projektverantwortlicher des externen Systemintegrators de Man Industrie-Automation GmbH, urteilt: "Was für mich bei der Roboterwahl - neben Reinigungsmöglichkeiten und Abdichtung - entscheidend war, ist die Schnelligkeit und Präzision des ABB-Roboters. Auch der Arbeitsbereich dieses Roboters ist für die Applikation wie geschaffen."

Verpackungstechnik: Schwerpunkt auf der AUTOMATICA 2010

Das Thema Verpackungstechnik wird einen Schwerpunkt auf der AUTOMATICA 2010 darstellen, deren ideellfachlicher Träger der VDMA Robotik + Automation ist. Geschäftsführer Thilo Brodtmann erklärt: "Da die AUTOMATICA als internationale Fachmesse den Fokus grundsätzlich auf innovative Applikationslösungen legt, werden für diesen wichtigen Bereich der Automatisierung viele neue Einsatzmöglichkeiten zu sehen sein."

Das Ausstellungsprogramm ist umfangreich: Roboterhersteller zeigen Lösungen an ihren Ständen, Montageanbieter aus dem Verpackungsbereich werden erstmals räumlich zusammengefasst, und es gibt einen Gemeinschaftsstand des Packaging Excellence Center (PEC). Auf dem AUTOMATICA Forum gibt es ein eigenes Vortragsprogramm, beispielsweise zu vollautomatischem Verpacken und Palettieren von Lebensmitteln oder zu den besonderen Anforderungen der Lebensmittelindustrie an Roboter- und Komponentenhersteller.

Informationen im Internet unter: www.automatica-munich.com

Über die AUTOMATICA

Internationale Fachmesse für Automation und Mechatronik

Die AUTOMATICA ist die internationale Fachmesse, die alle Segmente des Bereiches Robotik + Automation unter einem Dach vereint. Sie findet seit 2004 im zweijährigen Rhythmus auf dem Gelände der Neuen Messe München statt. Fokus der Messe ist, die komplette Wertschöpfungskette darzustellen. Hinter dem industriegetriebenen Konzept der AUTOMATICA stehen die Messe München GmbH und VDMA Robotik + Automation, ideellfachlicher Träger der Messe. Die Aussteller- und Besucherzahlen der AUTOMATICA sind von einem unabhängigen Wirtschaftsprüfer im Auftrag der Gesellschaft zur Freiwilligen Kontrolle von Messe- und Ausstellungszahlen (FKM) geprüft und international durch UFI (Global Association of the Exhibition Industry) zertifiziert.