Ist eine vollautomatische Tubenfüllmaschine für kurze Produktionsläufe geeignet?

Wie vollautomatische Tubenfüllmaschinen funktionieren und ihre zentralen Vorteile

Definition und zentrale Funktionen einer vollautomatischen Tubenfüll- und -versiegelungsmaschine

Eine vollautomatische Tubenfüllmaschine integriert das Zuführen von Tuben, die präzise volumetrische Befüllung und die dichte Versiegelung in ein einziges, PLC-gesteuertes System. Diese Maschinen verarbeiten Viskositäten von dünnflüssigen Seren bis zu dickflüssigen Cremes (0,5–500.000 mPa·s) und gewährleisten dabei eine Dosiergenauigkeit von ±0,5 % – entscheidend für die Pharmazie und hochwertige Kosmetik.

Wichtige Automatisierungsfunktionen: SPS-Steuerung, Touchscreen-Oberfläche und Rezeptverwaltung

Moderne Systeme basieren auf drei zentralen Automatisierungstechnologien:

• SPS-gesteuerte Bewegungssteuerung gewährleistet konstante Füllmengen über 10.000+ Zyklen mit minimaler Abweichung
• 15-Zoll-Touchscreen-HMIs ermöglichen die einstufige Anpassung von Tubendurchmessern (10—50 mm) und Füllmengen (5—500 ml)
• speicherkapazität für über 500 Rezepte reduziert die Rüstzeit bei Produktwechseln um 83 % im Vergleich zu manuellen Einstellungen

Halbautomatische vs. vollautomatische Tubenfüller: Vergleich von Automatisierungsgrad und Effizienz

Bei halbautomatischen Maschinen müssen Arbeiter weiterhin das Be- und Entladen der Rohre sowie die manuelle Anpassung verschiedener Einstellungen vornehmen, was die tatsächliche Laufzeit der Anlagen verringert und die Produktkonsistenz zwischen den Chargen beeinträchtigt. Vollautomatische Versionen hingegen zeichnen sich durch eine Verfügbarkeit von rund 97 Prozent aus, dank moderner Closed-Loop-Sensoren und integrierter Diagnosesysteme, die Probleme erkennen, bevor sie auftreten. Ein aktueller Bericht von PMMI aus dem Jahr 2023 zeigte etwas Beeindruckendes über die Umstellung auf vollständige Automatisierung: Die Personalkosten gingen im Vergleich zu älteren halbautomatischen Anlagen um nahezu drei Viertel zurück, während die Produkte eine um etwa die Hälfte verbesserte Konsistenz aufwiesen. Und bei Dauerbetrieb über mehrere Wochen hinweg erzeugen diese automatisierten Systeme praktisch keinen Ausschuss – manchmal weniger als ein Prozent über einen ganzen Monat Produktion, ohne auch nur einen Takt zu verpassen.

Herausforderungen beim Einsatz vollautomatischer Systeme in Umgebungen mit kurzfristiger Produktion

Hohe Anfangsinvestition im Verhältnis zur Auslastung bei geringer Produktionsmenge

Industrielle Automatisierungssysteme haben laut dem Ponemon-Bericht aus dem Jahr 2023 in der Regel Kosten in Höhe von etwa 740.000 US-Dollar, weshalb die Kapitalrendite stark von der Nutzungshäufigkeit abhängt. Bei vollautomatischen Tubenfüllmaschinen liegt die Schwelle, ab der sich die Investition amortisiert, meist bei mindestens 65 bis möglicherweise 80 Prozent Auslastung. Dies stellt eine erhebliche Hürde für Unternehmen dar, die weniger als 50.000 Einheiten pro Monat produzieren. Laut Branchendaten nutzen rund 58 Prozent der Hersteller ihre automatisierten Verpackungsanlagen bei kleinen Losgrößen unter 10.000 Einheiten oft mit weniger als 40 Prozent Kapazität. Dies führt offensichtlich zu Problemen bei der finanziellen Performance, da diese Maschinen nicht effizient genug genutzt werden, um ihre Kosten zu decken.

Rüstzeiten und eingeschränkte Flexibilität bei häufigem Produktwechsel

Automatisierte Systeme benötigen aufgrund der Neukalibrierung von servogesteuerten Düsen und Verschließköpfen oft 45 bis 90 Minuten für Produktwechsel, im Vergleich zu 15 bis 20 Minuten bei manuellen Maschinen. Dies stellt ein Engpassproblem für kosmetische Verpackungsauftragnehmer dar, die täglich mehr als 10 Artikelnummern (SKUs) verwalten – eine Situation, die laut dem Automation Integration Report 2023, 73 % solcher Anlagen betrifft.

Betriebsbedingte Ausfallzeiten aufgrund komplexer Rüstvorgänge bei kleinen Losgrößen

Eine präzise Ausrichtung zwischen Tubenpositionierung und Füllmechanismen erhöht die Anfälligkeit für Fehler bei häufigen Produktwechseln. Einrichtungen, die Chargen mit weniger als 5.000 Einheiten produzieren, weisen 23 % mehr ungeplante Ausfallzeiten auf als Hochvolumenoperationen (PMMI 2023), hauptsächlich aufgrund von Sensorfehlausrichtungen und Kalibrierungsproblemen beim Wechsel der Materialien.

Strategien zur Optimierung vollautomatischer Maschinen für kleine oder variable Losgrößen

Reduzierung der Rüstzeit durch Schnellverstellmechanismen und standardisierte Werkzeuge

Neuere vollautomatische Maschinen reduzieren die Rüstzeiten um 30–50 % durch werkzeuglose Justiersysteme. Selbstzentrierende Spannfutter und Schnellspannvorrichtungen ermöglichen Durchmesserwechsel in weniger als 10 Minuten, während standardisierte Verschließköpfe für mehrere Behältertypen einsetzbar sind. Diese Funktionen verringern den mechanischen Umrüstaufwand im Vergleich zu älteren Modellen um 65 % (Packaging Digest 2023).

Einsatz von Rezepturspeicher und programmierbaren Einstellungen für schnelle Produktwechsel

Integrierte SPS-Systeme speichern über 200 Parametersätze – einschließlich Viskositätskompensation und Drehmomentbegrenzungen – und ermöglichen dadurch das einmalige Abrufen verschiedener Produkte per Knopfdruck. In einer sechsmonatigen Erprobung mit einem europäischen Vertragsfertiger wurden manuelle Neukalibrierungen bei 89 % der gängigen Materialwechsel in kosmetischen und pharmazeutischen Anwendungen eliminiert.

Wartung und Bediener Schulung für zuverlässige Leistung in Umgebungen mit hohem Produktmix

Umfassende Schulungsprogramme, die Simulationswerkzeuge und praktische Übungen kombinieren, senken die Fehlerquote in Umgebungen mit geringem Volumen und hoher Variantenvielfalt um 42 %. In Kombination mit vorausschauender Wartung, die auf den Grundsätzen der Automatisierungs-ROI-Optimierung basiert, tragen diese Maßnahmen dazu bei, eine Anlagenverfügbarkeit von über 95 % aufrechtzuerhalten – selbst dann, wenn wöchentlich zwischen mehr als 15 Produktformaten gewechselt wird.

Skalierbarkeit und langfristige Flexibilität vollautomatischer Tubenfüllanlagen

Modulares Design und zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten für wachsende Produktionsanforderungen

Modular aufgebaute vollautomatische Tubenfüller ermöglichen eine schrittweise Skalierung, ohne das gesamte System ersetzen zu müssen. Austauschbare Dosierköpfe, Verschließstationen und Etikettiermodule erlauben Kapazitätssteigerungen von 30–50 % durch Plug-in-Upgrades. Dadurch werden künftige Investitionskosten im Vergleich zu fest konfigurierten Systemen um 22–35 % reduziert, wie modulare Flüssigkeitsbefülllösungen in sich verändernden Produktionsumgebungen bereits gezeigt haben.

Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Anpassungsfähigkeit: Kann vollständige Automatisierung agile Produktion unterstützen?

Herkömmliche automatisierte Systeme wurden für maximale Geschwindigkeit konzipiert und verarbeiteten typischerweise etwa 1.200 bis 2.000 Tuben pro Stunde. Neuere Geräte verfügen jedoch über intelligente adaptive Steuerungen, die sich besser für kleine Produktionschargen eignen. Diese Maschinen sind heute mit Echtzeit-Viskositätssensoren sowie Pumpen ausgestattet, die sich automatisch neu kalibrieren. Das Ergebnis? Die Füllgenauigkeit bleibt auch beim Wechsel von beispielsweise 10 ml Seren bis hin zu 100 ml Klebstoffen innerhalb von plus/minus einem halben Prozent. Und diese Art von Flexibilität macht einen großen Unterschied. Betriebe, die viele verschiedene Produkte herstellen, verzeichnen etwa 18 % weniger Materialverschwendung im Vergleich zu den alten starren Automatisierungslösungen, die sich nicht so gut anpassen ließen.

Brancheneinblick: 68 % der mittelgroßen Pharma-Verpackungshersteller priorisieren Skalierbarkeit vor Geschwindigkeit (PMMI 2023)

Laut einer kürzlichen PMMI-Studie aus dem Jahr 2023 legen etwa 70 Prozent der mittelgroßen Pharma-Verpackungsunternehmen mehr Wert darauf, ihre Anlagen aufrüsten zu können, als auf maximale Produktionsgeschwindigkeit. Das macht Sinn, wenn man bedenkt, was derzeit auf dem Markt geschieht. Rund 84 % der Vertragsverpacker haben derzeit monatliche Auftragsmengen von weniger als 5.000 Einheiten. Hier kommen modulare Tubenfüllsysteme ins Spiel. Diese Maschinen ermöglichen es den Betrieben, mit nur vier Bahnen zu beginnen und dann nach Bedarf auf bis zu zwölf Bahnen zu erweitern, wenn das Geschäft wächst. Die Möglichkeit, sich anzupassen, ohne die Ausrüstung komplett ersetzen zu müssen, trägt langfristig dazu bei, eine gute Kapitalrendite für die meisten Hersteller sicherzustellen.

Praxistauglichkeit: Fallstudie eines Kosmetikherstellers, der Automatisierung für Chargen unter 5.000 Einheiten einsetzt

Leistung bei unterschiedlichen Viskositäten, Tubengrößen und Materialien ohne umfangreiche Umstellung

Ein mittelständischer Kosmetikhersteller schaffte es, jährlich 187 verschiedene Chargen über 23 einzigartige Formulierungen hinweg ausschließlich auf einer vollautomatischen Tubenfüllmaschine herzustellen. Diese Anlage gewährleistete konstant eine Füllgenauigkeit innerhalb von plus/minus 0,5 % und arbeitete gleichermaßen gut mit Aluminium-, Laminat- und Kunststofftuben im Bereich von 15 bis 100 Milliliter. Beeindruckend ist vor allem, wie sie Produkte mit sehr unterschiedlichen Konsistenzen verarbeitet – von dünnen Seren mit 0,8 Zentipoise bis hin zu dicken Balsamen mit 450.000 Zentipoise. Das Geheimnis liegt in den fortschrittlichen Düsenkonstruktionen kombiniert mit druckgesteuerten Füllköpfen, die das Umschalten zwischen Produkten nahezu mühelos machen. Die Bediener können die Einstellungen über die Touchscreen-Oberfläche in weniger als drei Minuten pro Wechsel anpassen, was bedeutet, dass zeitaufwändige physische Umstellungen zwischen den Chargen der Vergangenheit angehören.

Bewertung der Rendite und betrieblichen Flexibilität in einer Umgebung mit hoher Variantenvielfalt und geringen Stückzahlen

Als sie die programmierbaren CIP-Systeme zusammen mit den modularen Versiegelungsköpfen installierten, verzeichnete die Fabrik erhebliche Verbesserungen. Die Rüstzeiten gingen dramatisch von 45 Minuten auf nur noch 12 Minuten zurück. Obwohl sie Chargen von jeweils etwa 4.200 Einheiten produzierten, waren ihre Maschinen rund 92 % der Zeit in Betrieb. Das Ergebnis? Etwa 18.700 US-Dollar Einsparung pro Monat allein bei den Arbeitskosten, und sie hatten ihre Investition nach etwas über einem Jahr wieder hereingeholt, da kleine Chargen 35 % schneller durchliefen als zuvor. Inzwischen werden die meisten Eilbestellungen innerhalb von drei Tagen versandt, ohne den regulären Produktionsplan zu stören. Dies zeigt die realen Ergebnisse dessen, was passiert, wenn Unternehmen in intelligente Automatisierungslösungen für die heutigen sich schnell ändernden Marktanforderungen investieren.