Integrierte Roboterverpackungslinie der Zukunft

Der Autowaschanlagenlieferant Sonny's wusste, dass ein halbautomatisches Altsystem nicht ausreichen würde, um seine ehrgeizigen Verkaufsziele für ein schnell wachsendes 2,5-Gallonen-Waschmittelformat zu erreichen. Die daraus resultierende integrierte Roboterverpackungslinie ist das Juwel der neu eröffneten Anlage

Im Jahr 1978 startete Sonny's The Car Wash Factory als Kleinteilehersteller mit der Mission, Autowaschanlagenbesitzern und -betreibern „das Autowaschen einfach zu machen“ und zum weltweiten Branchenführer zu werden. Sonny's ist heute der größte Hersteller von Autowaschanlagen mit Förderbändern und bietet 12 Autowasch-Geschäftslösungen als One-Stop-Shop für alle Autowaschbedürfnisse. Sonny's erwarb strategisch ergänzende Unternehmen, darunter Diamond Shine mit Sitz in Cleveland, der Branchenführer für hochwertige Reinigungs- und Lösungsmittel.

Die Bullseye™-Linie von Diamond Shine mit industrietauglichen Reinigungsmitteln und Wachsen für gewerbliche Autowaschanlagen ist um einiges wirksamer als die Eimer voll Seifenlauge, mit denen sich Wochenendkämpfer abmühen, wenn sie ihre Autos in der Einfahrt waschen. Der größte Unterschied besteht darin, dass es sich um konzentrierte Chemikalien handelt, die sorgfältig abgemessen und in Wasser verdünnt werden müssen, und nicht direkt aus der Flasche verwendet werden. Mit 2,5 Gallonen sind diese Flaschen im F-Stil klar portioniert für den gewerblichen Gebrauch. Sobald die starren HDPE-Flaschen mit integriertem Griff in die Hände des Autowaschprofis gelangen, sind sie speziell dafür konzipiert, in das mechanische, tankbasierte Reinigungsmittelabgabesystem Bullseye des Unternehmens eingesetzt zu werden, das die Seifenlösung mit Wasser mischt und für die richtigen Verdünnungsverhältnisse des Autowaschmittels sorgt.

Leckagen sind ein Hauptfeind jeder Flüssigkeitsabfüllung, aber diese Meinung gilt in doppelter Hinsicht für die konzentrierten chemischen Produkte von Diamond Shine. Aufgrund des industrietauglichen Inhalts der Flaschen müssen die 2,5-Gallonen-Waschmittelflaschen beim Verschließen per Infrarot mit Folie versiegelt werden. Und auch die Sekundärverpackung in doppellagig bedruckten Kartons ist dank doppelwandiger Wellpappe und einer Z-förmigen Wellpappe-Trennwand so robust, wie es nur geht. Zwei Flaschen pro Karton sind parallel verpackt, so dass sie in einem dicht gepackten, unterteilten Verpackungssystem nebeneinander liegen. Das Gewicht der Koffer variiert je nach Produkt, aber jedes einzelne wiegt etwa 50 Pfund.

In einem dünnen Arbeitsmarkt treibt Wachstum die Automatisierung voran. Seit Diamond Shine vor einigen Jahren von Sonny's übernommen wurde, ist das Unternehmen schnell gewachsen.

Dieses schnelle Wachstum führte im Jahr 2021 zu einem Umzug von einem bestehenden Standort in Wickliffe, Ohio, zu einer größeren Industriebrache in Mentor, Ohio, im Rahmen eines 109.000 Quadratfuß großen, 20 Millionen Dollar teuren Renovierungsprojekts, um eine höhere Produktion zu ermöglichen. Der Hauptanstoß für den Umzug lag auf der Verarbeitungsseite des Betriebs, indem die Mischkapazität durch größere Mischtanks erhöht und Großlagertanks für die am häufigsten verwendeten Massenchemikalien hinzugefügt wurden. Durch diese Massenlagerung von Chemikalien entfällt die Notwendigkeit, beim Mischen des Produkts viele der Chemikalien in großen Mengen manuell über Fässer und Behälter hinzuzufügen. Aber wie es oft der Fall ist, wenn sich vorgelagerte Prozesse verbessern und schneller werden, müssen nachgelagerte Verpackungsbetriebe mitziehen, damit sie nicht zum Engpass werden.

Video mit freundlicher Genehmigung von Sonny's Direct

Die 2,5-Gallonen-Waschmittelverpackungsbetriebe, intern als Bullseye-Linie bekannt, landeten bei der Verpackungsautomatisierung ganz oben auf der Wunschliste des Unternehmens. Bisher handelte es sich bei diesem Format um einen manuellen Verpackungsprozess, der nicht sehr arbeitsfreundlich war. In der Sekundärverpackung war es schwer und führte beim Einfüllen von konzentriertem Waschmittel zu einigen chaotischen Situationen.

Aufgrund des Mangels an veralteter Automatisierung gab es jedoch nur wenige Verpackungsanlagen oder Infrastruktur vom vorherigen Standort, die verlagert oder ersetzt werden mussten. Als die Unternehmensleitung darüber nachdachte, ihre neue Anlage entsprechend ihren Bedürfnissen zu renovieren, einschließlich eines nahezu unbeschriebenen Projekts einer Verpackungslinie für 2,5-Gallonen-Reinigungsmittel, wandte sich das Unternehmen an den Verpackungs- und Verarbeitungslinienintegrator Patrick Coakley von der Plant Automation Group (PAG). Er analysierte die Zahlen anhand von Faktoren wie den Anforderungen an die Liniengeschwindigkeit, der Robustheit der Verpackung, dem Wunsch nach Redundanz und dem Wunsch, in Verpackungslinien hineinwachsen zu können, wenn die Geschwindigkeit oder die Nachfrage steigen würden. Coakley empfahl einen Ansatz, bei dem er und PAG die Primärverpackungslinie integrieren würden.

„Als wir begannen, die langfristigen Anforderungen für die Automatisierung der Verpackung dieses Zweieinhalb-Gallonen-Krugs zu untersuchen, wurde uns klar, dass es sich um ein interessantes Projekt handeln würde“, sagt Coakley. „Die Hersteller, die wir an den Tisch gebracht haben, wurden alle sorgfältig ausgewählt, um die optimale Ausrüstung für diese einzigartige Reihe von Wünschen und Bedürfnissen zu bieten.“

Mittlerweile ist PAG auch in großem Umfang mit der Integration nachgelagerter Sekundär- und Endverpackungsanwendungen beschäftigt. Doch in diesem Fall deuteten die Umstände auf eine eher lokale Lösung hin. Coakley beauftragte den häufigen Projektpartner Hamrick Packaging Systems, einen OEM aus Ohio, der nicht weit von Diamond Shine entfernt ist, mit der Integration des Boxshops und der Sekundärverpackung bis hin zur Palettierung am Ende der Linie. Der Handshake zwischen den beiden parallelen Integrationsbemühungen würde bei der Kartonverpackungsfunktion stattfinden. Hier erzählen sie, wie die Zusammenarbeit zustande kam.

„Hamrick macht einfach einen fantastischen Job“, sagt Coakley. „Jordan baut sein Unternehmen aus und tut das Richtige für seine Kunden. Für mich lag es unter anderem daran, dass Hamrick physisch in der Nähe des Herstellers war, aber auch über die Fähigkeit verfügt, Behälter mithilfe von Robotern zu platzieren. Und aufgrund des Gewichts der Behälter brauchten wir eine robotergestützte Platzierungslösung.“

Da es sich um ein robustes Verpackungssystem zur Handhabung von 50-Pfund-Kisten handelt, würde weniger Wert auf die Gesamtgeschwindigkeit gelegt – sechs Kisten pro Minute, pro Linie (die Linie ist gespiegelt) oder 15 Kisten pro Minute für das gesamte System. würde auf absehbare Zeit mehr als genug sein.

„Patrick fragte uns: ‚Könnt ihr das in einen Koffer packen? Können Sie die Trennwand aufrichten, versiegeln, palettieren und einsetzen?‘“, erinnert sich Jordan Hamrick. „Und ja, das könnten wir. Wir hatten schon früher das Einfügen von Partitionen mit Robotern durchgeführt, nur nicht für einen Z-Stil. Das war ein neues Gerät, das wir uns ausdenken mussten. Den Kartonaufrichter hatten wir bereits gemacht, aber nicht für einen doppelwandigen Karton, also haben wir einige Komponenten hinzugefügt, um das ausführen zu können. Aber wir hatten den Plan, die gesamte Linie im eigenen Haus einrichten zu können. Es waren nur ein paar kleinere Anpassungen und technische Maßnahmen erforderlich, um die Arbeit zu erledigen.“

Zunächst hatte Hamrick darüber nachgedacht, die Kartonaufrichter eines anderen Anbieters zu verwenden, die sie häufig für ihre eigenen Kunden verkaufen und integrieren. Aber Hamrick erkannte, dass es bei diesen Geschwindigkeiten möglicherweise besser wäre, diesen Schritt auch intern zu unternehmen.

„Sie liefen mit einer Geschwindigkeit von 25 Kisten pro Minute, und das war ein wenig übertrieben für das, was wir brauchten, um fünf oder sechs Kisten pro Minute pro Linie zu verarbeiten. Und wir hatten unser eigenes Kartonaufrichtermodell mit einer Leistung von 15 pro Minute, das wir vor ein paar Jahren neu entwickelt haben“, sagt Hamrick.

Als nächstes wurden Roboterkonfigurationen und End-of-Line-Operationen besprochen, und eine weitere Änderung der Pläne erfolgte nicht lange, nachdem Hamrick in den Kampf eingestiegen war. Ursprüngliche Entwürfe sahen eine einzige Sekundärverpackungslinie vor. Aber das Vertriebsteam von Sonny's hat sich gleichzeitig das ehrgeizige, langfristige Ziel gesetzt, seinen Mix an Waschmittelverpackungsformaten zwischen Fässern und 2,5-Gallonen-Packungen umzustellen. Diese Veränderung wird bei weitem nicht über Nacht geschehen. Wenn das Vertriebsteam jedoch beginnt, sein Umsatzmix-Ziel zu erreichen, würde eine einspurige Sekundärverpackungslinie für das prognostizierte Volumen sehr schnell überflüssig werden. Der neue Angriffsplan wurde also zu einem gespiegelten Zweiliniensystem mit ausreichend Spielraum für das erwartete zukünftige Wachstum in diesem Paketformat. Der Plan würde in der Lage sein, einzelne Roboterinstallationen am Kartonpacker und Palettierer beizubehalten, obwohl in der Kartonfertigung weiterhin zwei gespiegelte Trennwandeinlegeroboter zum Einsatz kommen würden. Entzerrungsvorgänge am Anfang der Linie, aufrechte und ausgerichtete lose 2,5-Gallonen-HDPE-Flaschen eines Trichters. Die Linie wird nach einer einzelnen Entschlüsselungseinheit gespiegelt, aber nur eine Linie wird regelmäßig verwendet, bis die Produktion auf die erwarteten zukünftigen Mengen hochgefahren ist.

„Die Art und Weise, wie wir und Hamrick die Linie entworfen haben, bestand darin, eine einzige Roboterinstallation bereitzustellen, die zwei Linien unterstützt“, erinnert sich Coakley. „Obwohl es keine Redundanz im Sinne eines eindeutigen Eins-zu-eins-Verhältnisses gibt, reduzieren wir den Platzbedarf. Und da Hamrick in den letzten drei Jahren mit Fanuc-Robotern so fantastische Arbeit geleistet hat und das Vertrauen bei mir so groß war, empfehlen wir Jordan, es auch zu schaffen, einen Roboterpalettierer für seine Bedürfnisse zu bauen.“

Nachdem die Rollen und Verantwortlichkeiten geklärt waren, konnten schnell endgültige Pläne für die Linie erstellt werden. PW sprach Ende 2022 mit Sonnys Automatisierungsingenieur Adam Harper, dem markenseitigen Gegenstück zu PAG und Hamrick bei der Installation. Wie zu erwarten war, gab es unterwegs einige Probleme, denn „nicht alles in 2D- oder 3D-CAD stimmt immer.“ „Alles ist perfekt“, scherzt Harper, aber die drei Parteien arbeiteten sich an einer mittlerweile ziemlich raffinierten, kompletten Verpackungslinie.

Die von PAG integrierten Primärverpackungsvorgänge beginnen mit leeren 2,5-Gallonen-F-Style-HDPE-Flaschen, die auf Paletten mit etwa 60 Flaschen pro Reihe in acht Reihen hoch in die Mentor-Anlage eintreffen, wobei jede Reihe durch Zwischenlagen getrennt ist. Die Bediener depalettieren manuell, indem sie den Palettenschrumpf durchschneiden und jede Flaschenreihe auf ein Schrägaufzugsband legen, das eine einzelne Entzerrerbaugruppe von Pace, einer Marke von ProMach, beschickt, die mit einem Ringtrichter beginnt, der sich parallel zum Boden auf einer Zwischenebene dreht. Der Trichter richtet die Flaschen auf ihren Seiten aus und platziert sie auf einer Reihe von Zahnriemen. Die Richtung, in die sie sich bewegen (vom Boden her oder vom Verschluss her), bleibt jedoch zufällig, bis die Flaschen eine mechanische Drehhakenanordnung passieren, die sie ausrichtet in der gewünschten Bottom-Leading-Haltung. Nach der Ausrichtung erfasst eine mechanische Lippe an den Bändern die flache Oberfläche der vorderen Böden der vorbeifahrenden Flaschen und richtet sie von der Seite her auf.

„Der nächste Schritt besteht darin, dass alle Düsen in die gleiche Richtung zeigen müssen, wobei die Düse vorne liegt“, sagt Harper. „Ganz am Ende der Flaschenentschlüsselungsbaugruppe befindet sich also ein Flaschenausrichter. Es verfügt über zwei Allen-Bradley-Laserfotoaugen, von denen eines den Raum im Inneren des Griffs und das andere die Düse überwacht. Wenn die Flasche in die richtige Richtung zeigt und die Düse voraus ist, erkennen die Sensoren sowohl den Griff als auch die Ausrichtung als korrekt und die Flasche wird nicht gedreht. Wenn die Flasche falsch ausgerichtet ist und die Düse nach hinten zeigt, erkennt ein Fotoauge den Griff als richtig, das andere erkennt die Düse jedoch als falsch. Wenn das der Fall ist, wird es entlang der Linie leicht nach oben bewegt, um von einem rotierenden Arm um 180 Grad gedreht zu werden, und alle Flaschen verlassen den Pace-Entschlüsseler in der richtigen Ausrichtung.“ Die Befüllung erfolgt an Sechskopffüllern, bei denen Lanzen auf Kugelumlaufspindeln in die leeren Flaschen absinken. Abhängig von den Produkteigenschaften kann die Befüllung der Flaschen durch Oberbefüllung, Bodenbefüllung oder eine Hybridmethode namens Tracking erfolgen. Jede Flasche sitzt auf einer einzelnen Wägezelle und die Befüllung erfolgt nach Gewicht und nicht nach Volumen oder Fülllinie.

Fragen Sie sich: „Moment, nur ein einziger Entschlüsseler?“ Ich dachte, das wäre eine gespiegelte, zweigleisige Operation?“ Wenn ja, guter Fang; Hier teilt sich die Linie in zwei Teile. Nach der Ausrichtung verzweigt ein Umlenkförderer von Wrabacon Inc., einem PAG-Unternehmen, den einzelnen Förderer in eine „Y“-Form mit zwei nachgeschalteten Linien. Eine Schleuse am Spalt leitet die Flaschen flussabwärts in die Linie um, die zugeführt werden muss.

Die beiden Linien laufen parallel zu zwei gespiegelten Sechskopffüllern der PASE-Gruppe von Massman, wo Lanzen auf Kugelumlaufspindeln in die leeren Flaschen hinabsteigen. Jeder der beiden Füller verarbeitet sechs Flaschen gleichzeitig. Jede Flasche sitzt auf einer einzelnen Wägezelle und die Befüllung erfolgt nach Gewicht und nicht nach Volumen oder Fülllinie.

„In einer idealen Welt schaffen wir 12 Flaschen pro Minute auf jeder Seite, also etwa 30 Sekunden pro Zyklus“, sagt Harper. „Aber wir stellen Seifen her, die extrem konzentriert sind, sodass sie sehr schaumig und steif sein können. Ein realistischeres Ziel für die schaumigeren Chemikalien besteht darin, über den gesamten Lauf hinweg etwa 10 Flaschen pro Minute zu füllen. Aber wir streben 12 an.“

Die Füller mit sechs Köpfen können abhängig von der Viskosität und den Schaumeigenschaften des einzufüllenden Reinigungsmittels von oben, von unten oder nachgeführt befüllt werden. Die Befüllung von oben geht am schnellsten, und wie der Name schon sagt, erfolgt die Befüllung von oben in die Flasche, wo die Lanzen während der gesamten Befüllung verbleiben. Die Füllung von oben eignet sich für Wachse und Produkte ohne Tenside und verträgt daher einige Bewegungen ohne Schaumbildung. Chemische Produkte, die Tenside enthalten, können jedoch aufgrund ihrer schäumenden Eigenschaften nicht einfach von oben abgefüllt werden. Hier kommt die Bodenbefüllung ins Spiel. Die Lanzen werden bis zum Boden der leeren Flasche eingetaucht und bleiben dort für die Befüllung. Dies ist die langsamste Methode, wenn man bedenkt, dass sich beim Füllen bis zu 25 Pfund Flüssigwaschmittel über der Lanze sammeln und gegen den Fluss arbeiten. Aber es ist auch am schonendsten für schaumigere und schaumanfälligere Produkte. Um bei einem Bottom-Fill etwas Zeit aufzuholen, kann die Tracking-Fill-Option verwendet werden. Bei dieser Methode werden die Lanzen pro fünf Pfund eingefülltem Flüssigwaschmittel etwas mehr als 2,5 cm angehoben. Dabei handelt es sich um eine Art „Best-of-Bides-Worlds“-Ansatz, der das Produkt schont und immer noch schneller als die Bodenbefüllung ist, aber eine Eingabe durch den Bediener erfordert. Letztendlich ist die Wahl zwischen den dreien eine Funktion des Produkts, des Bedieners und der gewünschten oder erforderlichen Abfüllgeschwindigkeiten. Die Flexibilität, die Methoden für unterschiedliche Produkte und Anforderungen zu ändern, ist für Sonny's ein wichtiger Faktor. Gefüllte Flaschen werden zu einer speziell angefertigten Steuerschnecke mit Frontklappe befördert, wo sie eine nach der anderen beschleunigt und dosiert werden, bis sie eine stationäre Tasche erreichen Die Schraube und ein Schraubverschluss im Chuck-Stil drücken einen Verschluss auf die Flasche. Das Verschlussdrehmoment muss präzise sein, um eine innere Folienversiegelung des Verschlusses zu ermöglichen, die stromabwärts mit der Flasche per Infrarot abgedichtet wird.

Die gefüllten Flaschen werden dann zu einer speziell angefertigten Steuerschnecke mit Fronteinlass befördert, wo sie eine nach der anderen beschleunigt und dosiert werden, bis sie eine stationäre Tasche an der Schnecke erreichen. Obwohl das Förderband weiterhin unter der vorübergehend stationären Flasche läuft, wird sie unter einem von All-Fill gekauften Balpack-Schraubverschließer im Chuck-Stil an Ort und Stelle gehalten, bis ein pneumatischer Arm erfolgreich einen Verschluss auf die Flasche drückt. Die Verschlüsse selbst werden über einen Trichter und einen Schrägförderer in den Schraubverschließer eingeführt und dann über eine Rutsche in eine Verschlusstasche ausgegeben, wo jeder Verschluss genau auf die wartende, gefüllte, aber unverschlossene Flasche trifft. Der pneumatische Luftzylinder treibt dann den positionierten Verschluss nach unten und dreht ihn auf das Gewinde des Flaschenhalses. Noch bevor die verschlossene Flasche die erste Verschlusstasche verlassen hat, hat die nachfolgende, unverschlossene Flasche die Sperre am Kopf der Steuerschnecke passiert und ist bereits auf dem Weg durch die Schraube, um verschlossen zu werden.

„Sobald es die erste Station durchlaufen hat, an der der Verschluss angebracht wurde, wird es von der Steuerschraube etwas weiter bewegt, um die Flasche zu einer zweiten Drehmomentstation zu bringen, wo eine zweite Drehmomentprüfung an der Oberseite des Verschlusses durchgeführt wird, um sicherzustellen, dass sie richtig sitzt die richtige Drehmomenteinstellung“, sagt Harper. „Es ist wichtig, dass es das richtige Drehmoment hat, da sich auf der Innenseite der Kappe ein Foliendeckel befindet, der fest genug sitzen muss, damit die Folie beim Durchlaufen eines Infrarot-Versiegelungsgeräts weiter unten in der Linie richtig positioniert ist, um ausgerichtet zu sein und zu versiegeln an der Oberseite der Flasche und nicht am Verschluss. Wenn es zu fest ist, knittert die Folie, was zu einer schlechten Infrarot-Dichtung führt. Und wenn es zu locker sitzt, dichtet es überhaupt nicht auf der Flasche ab.“ Mehr zu diesem Infrarotsiegel später.

Nach dem Verlassen der zweiten Torque-Station durchläuft jede Flasche zwei separate Keyence-Sensoren. Zunächst bestätigt ein Folienerkennungssensor, dass sich eine Folie in der Kappe befindet, und weist diejenigen aus, bei denen keine Folie vorhanden ist, und legt diese auf ein Ausschussfach. Als nächstes kommt ein Kappenhöhensensor; Harper erklärt seinen Zweck.

„Die Gewichte unserer Chemikalien unterscheiden sich erheblich, da sich die Flaschen auf unterschiedliche Weise leicht ausdehnen und die Höhe des Verschlusses bei jeder einzelnen leicht verändert wird, selbst bei Flaschen gleicher Größe“, erklärt Harper. „Der richtige Höhenbereich wird bei jedem Lauf vom Bediener angepasst. Anhand der ersten sechs Flaschen, die bei einem Produktionslauf den Sechs-Kopf-Füller verlassen, als repräsentative Stichprobe dessen, was folgt, legt der Bediener die Drehmomenthöhenbegrenzung für die verbleibenden Flaschen fest. Dann werden alle, die außerhalb der Spezifikation liegen, plus oder minus ein oder eineinhalb Millimeter, ebenfalls aussortiert.“ Die Etikettierungsvorgänge sind von Produkt zu Produkt ziemlich einheitlich.

Im Anschluss an die Verschlussvorgänge und die damit verbundene Qualitätssicherung erfolgt die Anbringung der selbstklebenden Etiketten auf einem NITA-Etikettierer, einer Maschine, die laut Harper einfach zu bedienen ist und nur sehr wenig Schulung erfordert. Während diese Ausrüstung sicherlich für komplexere Aufgaben und viele Rezepte geeignet ist, sind die Etikettierungsvariationen bei der 2,5-g-Flüssigchemikalienlinie ziemlich begrenzt. Anpassungen der Etikettenpositionierung während des Wechsels sind selten und basieren normalerweise auf einer geringfügigen Aufblähung oder Verformung der Flasche, die bei schwereren Flüssigwaschmitteln oder gelegentlich heiß abgefüllten Produkten auftreten kann.

Nach der Etikettierung finden wir das einzige nennenswerte Altgerät, das von der vorherigen, größtenteils manuellen Verpackungslinie in Wickliffe stammt. Dabei handelt es sich um ein Infrarot-Versiegelungsgerät von Enercon, das die Flaschen überhaupt nicht berührt. Erinnern Sie sich, wie wichtig das richtige Drehmoment beim Verschließen war? Während die verschlossenen Flaschen unter diesem Gerät vorbeilaufen, erwärmt das Enercon-Gerät den präzise positionierten Foliendeckel, der auf dem Flaschenrand unterhalb des Verschlusses aufliegt, ausreichend, sodass Folie und Flasche aneinander haften. Dies ist ein wichtiger Schritt, denn wenn ein Autowaschmitarbeiter schließlich den Deckel öffnet, um das Waschmittel in einem Bullseye-Gerät zu mischen, findet er unter dem Deckel eine Folienversiegelung vor. Die Bullseye-Verdünnungsstation bricht dann diese Versiegelung auf, um das Reinigungsmittel in der Anlage freizusetzen, was bedeutet, dass der Autowaschwärter nicht mit den konzentrierten flüssigen Chemikalien hantieren muss. Während die verschlossenen Flaschen unter dieser Anlage hindurchgehen, erwärmt ein Infrarot-Versiegelungssystem sie ausreichend Positionieren Sie den Foliendeckel, der auf dem Flaschenrand aufliegt, unter dem Verschluss, sodass Folie und Flasche aneinander haften.

Nach der Folienversiegelung kommt es zu einer gewissen Ansammlung, und die Flaschen werden erneut ausgerichtet, diesmal um sie für das Roboterverpacken in Kartons vorzubereiten. Mithilfe einer einfachen, aber raffinierten mechanischen Drehhakenanordnung werden die Flaschen so gedreht, dass sie mit der Breitseite voran und mit den Düsen nach außen stromabwärts transportiert werden. Die geneigten Produktförderer von Lagrotta Packaging liefern die Zahnriemen und die Fördermittel für diesen Teil der Linie.

„Es gibt verschiedene Methoden, mit denen man diese Flaschen umdrehen kann“, sagt Hamrick. „Es gibt ein Sternrad, Steuerschrauben und andere Optionen, aber der kostengünstigste Weg für diese spezielle Flasche auf Linien mit niedrigerer Geschwindigkeit ist die Verwendung der Drehhakenbaugruppe.“

Zu diesem Zeitpunkt erfolgt der Übergang der Linie von der Primär- zur Sekundärverpackung, und dort übergab PAG die Linienintegrationsschlüssel an Hamrick. Zu Beginn des Kartonverpackungsvorgangs arbeiten zwei linkshändige, mechanische Hamrick-Kartonaufrichter mit Festo-Pneumatik im Tandem, wobei einer geschickt in einem 45-Grad-Winkel zum anderen ausgerichtet ist, um einen Strukturpfeiler in der Anlage aufzunehmen. Aber warum sollte man für diese langsameren Geschwindigkeiten und ein einziges Packungsformat zwei separate, unabhängige Boxshops nutzen? Zu den Tätigkeiten im Kartonladen gehören das Aufrichten einer schweren, doppelwandigen, bedruckten Wellpappschachtel, das automatische Kleben und das Einsetzen von Trennwänden durch Roboter.

„Anfangs haben wir bei diesen Geschwindigkeiten versucht, einen Kartonaufrichter und einen Trennwandeinleger zu betreiben und die Kartons dann umzuleiten, um sie entweder der einen oder der anderen Linie zuzuordnen, je nachdem, welche Linie mehr Kartons benötigt. Schließlich ist das Verpackungsformat auf beiden Linien festgelegt, es handelt sich ausschließlich um 2,5-Gallonen-Flaschen“, erinnert sich Hamrick. „Aber die Formel der Seifen und die Gestaltung der Hüllen können zwischen den beiden Linien variieren. Ein Füllstoff könnte ein Waschmitteltyp sein, der andere ein anderer Typ. Und wenn wir nur einen Kartonladen hätten, müssten wir gemischte Paletten oder gemischte Kistenmagazine herstellen. Am Ende war es einfacher, für jede Linie einen eigenen Box-Shop einzurichten. Und dann konnten wir den Roboter nutzen, um synchron zwischen beiden zu verpacken, selbst wenn sie auf jeder Linie ein anderes Produkt verarbeiten.“

Die Boxshops sind für die Handhabung extrem schwerer doppelwandiger 48-ECR-Wellpappen ausgelegt, um Flüssigkeitsladungen von 50 Pfund aufzunehmen. Jeder Kartonaufrichter verfügt über ein 6-Fuß-Magazin (ca. 100 ct Wellpappenzuschnitte), einen Ausrichtungsmechanismus und ein Servo-Indexierungssystem mit Bedienelementen auf der Rückseite. Ein Bandkopf von DEKKA, einem ProMach-Unternehmen, klebt auf jedem dieser Kartonaufrichter den Boden der aufgerichteten Kartons ab; Ein Servoarm schiebt das aufgerichtete Gehäuse einfach entlang einer Vorrichtung zum Schließen der Bodenklappe und an einem Bandkopf vorbei. Ein Roboterarm mit Sauggriff (A) nimmt einen 2D-Trennzuschnitt aus einem Magazin und (B) biegt die Trennwand in eine 3D-Form Legen Sie die Trennwand in Z-Form um einen flachen Dorn, bevor Sie sie in das wartende, aufgestellte Gehäuse darunter eintauchen.

Unmittelbar darauf folgt ein Roboter-Trenneinsetzer, der mit jedem Kartonaufrichter gekoppelt ist. Hamrick wählte für diesen Vorgang zwei 6-Achsen-LR Mate 200iD/7L von Fanuc.

„Hier ist keine hohe Nutzlast erforderlich, da es nur um das Einfügen der Partition geht; Sie brauchen nur Geschwindigkeit und Reichweite“, sagt Hamrick. „Die Trennwand könnte nur einen Bruchteil eines Kilogramms betragen. Kleine Vakuumplatten nehmen flache, vorgekerbte 2D-Trennwände von einem Stapel auf, laufen dann durch einen gebogenen Dorn, um das Z-Format zu erzeugen, und tauchen sie dann in das Gehäuse ein.“

Aufgerichtete, am Boden versiegelte Kartons werden auf einem von TGW Case Conveyors angetriebenen Rollenförderer unter den beiden Flaschenzuführungslinien transportiert und um 90 Grad gedreht, um sie auszurichten und parallel zueinander zu laufen, als zwei paarweise Produkt-/Kartonzuführungen. Zwischen den beiden parallelen Linien befindet sich ein fünfachsiger M-710iC/50H-Roboter von Fanuc. Eine sechste Achse ist dort nicht erforderlich, da die gesamte Arbeit auf derselben Ebene erfolgt – Flaschen müssen weder gedreht noch weiter manipuliert werden. Das von Hamrick entwickelte End-of-Arm-Werkzeug ist eine Mischung aus Vakuum- und mechanischen Klammern, die Flaschen am Griff greift und zwei Flaschen gleichzeitig aufnimmt. Während der Roboter die Flaschen aus der Produktzuführung aufnimmt und transportiert, senkt sich ein mechanischer Kragen über die offenen Klappen des nächsten zu verpackenden Kartons, um sicherzustellen, dass er ordnungsgemäß in den geteilten Kartons platziert wird und verhindert wird, dass sich die Flaschen an den Klappen des Wellpappkartons verfangen.

Die sechs Füllköpfe vor jeder Linie lassen darauf schließen, dass die meisten nachgelagerten Vorgänge in Sechsergruppen durchgeführt werden, wie der oben erwähnte Schritt zur Kalibrierung des Verschlusshöhensensors zeigt. Die Kartonverpackung erfolgt ebenfalls in Sechsergruppen, jedoch mit einem zusätzlichen Zwei-Flaschen-Puffer. Der einzelne Roboterarm verpackt eine Linie, bis die gegenüberliegende Linie acht (sechs plus einen Puffer von zwei) Flaschen ansammelt. Anschließend wird von einer Linie zur anderen gewechselt, um drei Mal zwei, zwei und zwei Flaschen auszuwählen, wobei die letzten beiden Flaschen an Ort und Stelle bleiben, während die Linie auf acht aufgefüllt wird. Anschließend wechselt der Roboter zur anderen Linie. Bis dahin haben sich acht Flaschen angesammelt, und dieser Vorgang wiederholt sich für die gesamte Strecke. Hier beginnen die Sekundärverpackungsvorgänge. Die Linien der aufgestellten Kartons mit Trennwand, die den Kartonladen verlassen (links), werden mit den Linien der gefüllten, etikettierten und verschlossenen Flaschen für die Roboterverpackung der Kartons verbunden.

„Das funktioniert gut, weil es acht Flaschen sind und der Roboter sechs davon aufnimmt“, sagt Harper. „Das sind zwei Flaschen pro Karton und drei Kartons pro Linie, die in jedem Zyklus nach unten geschoben werden, und das ist genau das, was der Palettierer bei jedem Pick erfasst. In diesem Design sind Komfort und Effizienz verankert.“

Die oberen Klappen der verpackten Kartons werden mechanisch geschlossen und auf einem weiteren DEKKA-Bandkopf festgeklebt, während sie zur Palettierung transportiert werden. Die automatisierte Kartonetikettierung erfolgt jetzt auch beim Handschlag zwischen Kartonverpackung und Palettierung. Sonny's hatte in den frühen Tagen der Produktion dieser Verpackungslinie die Wellpappzuschnitte voretikettiert, doch seitdem hat das Unternehmen in zwei weitere NITA-Etikettiermaschinen für Wellpappkartons investiert, die unmittelbar nach der Kartonverpackung, kurz vor der Palettierung, in die Linie integriert wurden. um eine Etikettierung bei Bedarf zu ermöglichen.

End-of-Line-Vorgänge werden von einem weiteren einzelnen Fanuc-Roboterarm durchgeführt, der beide Linien bedient, dieses Mal ein M-410/185-Kilogramm-Roboter, was einer potenziellen Nutzlast von etwa 370 Pfund entspricht. Bei diesem Vorgang nimmt der Arm jeweils drei Kisten auf, sodass bei einem Gewicht von etwa 50 Pfund pro Kiste ein Gewicht von 150 Pfund entsteht. Da jede Kommissionierung insgesamt sechs Flaschen oder drei Kartons umfasst, ist die Geschwindigkeit am Ende der Linie deutlich langsamer und übersteigt bei weitem die Primärvorgänge.

Hamrick überließ die Präferenzen für Palettenmuster Harper, der natürlich die Mitarbeiter konsultierte, die im Wickliffe-Werk manuelle Palettierungsvorgänge durchgeführt hatten. Diese Mitarbeiter wählten das 3x4- oder 12-ct-pro-Lagen-Muster in drei Reihen Höhe, das auch heute noch das bevorzugte Palettenmuster ist. Zwischenlagen werden über ein Portal nach der Palettenausgabe auf die leere Palette gelegt – zwischen den Lagen sind keine Zwischenlagen erforderlich. Die drei Reihen werden gestapelt, ohne dass die mittlere Reihe gedreht wird, wodurch ein Überhang vermieden wird. Laut Harper verhindert das hohe Gewicht zwar, dass die Paletten in die Höhe ragen, sorgt aber für stabile, robuste 36-ct-Einheitspaletten, die sich gut transportieren lassen. Was die Geschwindigkeit anbelangt, so produziert jede Linie alle sechs Minuten eine Palette mit Reisegeschwindigkeit, bei Bedarf besteht die Möglichkeit, die Geschwindigkeit zu erhöhen. Selbst am Ende der Produktionslinie wird im Verpackungsbetrieb nach der Sechserregel gearbeitet. Wie Sie sich erinnern, erfolgt die Abfüllung mit 10 bis 12 Flaschen pro Minute und Linie. Das entspricht einer 72-ct-Flaschenpalette oder einer 36-ct-Palette mit Kisten alle sechs Minuten. Ein fünfachsiger Roboterarm nimmt jeweils zwei gefüllte Flaschen auf und legt sie in unterteilte Wellpappkartons. Die Kartons werden verschlossen, mit Klebeband versehen und mit einem Etikett versehen, bevor sie am Palettierer ankommen.

Bei einer neueren Entwicklung wurde der Roboter darauf trainiert, Picks so zu drehen, dass die Etiketten auf beiden Seiten der Palette nach außen zeigen, da das natürlichste Palettenmuster dazu führen würde, dass alle Etiketten nur auf einer der Paletten sichtbar wären vier seiten.

„Es erleichtert lediglich den Versand und ist für unsere Händler einfacher“, sagt Harper über das Upgrade.

Der Endeffektor dieses Palettierers wurde von Joulin, einem Piab-Unternehmen, geliefert und ist, vielleicht überraschend, in der Lage, mühelos Picks mit einem Gewicht von mehr als 150 Pfund durchzuführen, indem er nur Vakuumsauger und keine mechanischen Klammern verwendet.

„Der ursprüngliche Plan dahinter war, ein ähnliches Werkzeug zu verwenden, das wir für ein Flaschenwasserunternehmen verwendet hatten, das eher einer Gabel und einer Klemme ähnelte“, sagt Jeff Eckstein, technischer Leiter bei Hamrick. „Aber wir haben Joulin hinzugezogen, mit dem wir bei einer Reihe anderer Anwendungen zusammengearbeitet haben. Sie waren sehr zuversichtlich, dass wir diese mit einem einfachen Staubsauger aufnehmen könnten, was alles vereinfacht, da der Roboter schweben und diese Reihen ganz einfach herstellen kann, ohne irgendetwas anderes zu beeinträchtigen und ohne Klammern oder ähnliches öffnen zu müssen. Ende- Der Linienbetrieb wird von einem weiteren einzelnen Roboterarm erledigt, allerdings mit einer potenziellen Nutzlast von etwa 370 Pfund. Bei diesem Vorgang nimmt der Arm jeweils drei Kisten auf, sodass bei einem Gewicht von etwa 50 Pfund pro Kiste ein Gewicht von 150 Pfund entsteht. Es überrascht vielleicht, dass End-of-Arm-Werkzeuge problemlos Picks mit einem Gewicht von mehr als 150 Pfund durchführen können, indem sie nur Vakuumsauger und keine mechanischen Klemmen verwenden. Zu den Palettenförderern gehören ein Palettenspender, ein Bogeneinleger im Portalstil und ein Palettenförderer/-speicher.

Prime Conveyor lieferte für das Projekt Palettenförderer, darunter einen Palettenspender, einen Bogeneinleger im Portalstil und einen Palettenförderer/-speicher. Die Stretchverpackung erfolgt nicht inline; Paletten werden manuell von der Verpackungslinie zu einem Stretchwickler gerollt. Für 2023 ist ein Inline-Stretchwickler geplant.

Kein Projekt ist ohne Hürden, und diejenigen, denen sich das Sonny's-Waschmittelautomatisierungsprojekt gegenübersieht, verdienen es, erwähnt zu werden. Wie bei den meisten Automatisierungsprojekten während der Pandemie behinderten Probleme in der Lieferkette die Einhaltung der Zeitpläne. Eine Lösung, die sowohl für Hamrick als auch für Sonny's überraschend war, war die Umstellung auf Weintek-HMIs und Mitsubishi Electric-Antriebe sowie Antriebe und Servos. Standard-Allen-Bradley-SPS waren jedoch in allen Bearbeitungszentren integriert.

„Ich kannte sie noch nicht so gut, aber sie waren großartig. Sie sind sehr benutzerfreundlich und genauso gut wie alles andere, was wir bisher gesehen haben“, sagt Harper über die Schnittstellen und Laufwerke.

Hamrick seinerseits hatte vorgesehen, dass es sich bei diesem Projekt um den ersten vollständigen Fertigungs- und Werksabnahmetest (FAT) in seiner eigenen, brandneuen, 65.000 Quadratmeter großen Anlage handelt. Dies war jedoch nicht möglich, da Bau- und Lieferkettenprobleme den Bau der Anlage verzögerten. Während einzelne Maschinenzentren in der bestehenden Hamrick-Anlage getestet wurden, gab es keinen Platz für die FAT der gesamten Linie auf einmal, sodass die FAT letztlich auch ein Abnahmetest vor Ort war. Viele der Probleme, die Hamrick in seiner eigenen neuen Anlage hätte beseitigen müssen, müssten beim Kunden vor Ort auftreten. Aber Erfahrungen dieser Art waren im Jahr 2022 weit verbreitet, möglicherweise sogar typisch.

„Das ist einfach die Realität, mit der wir uns alle auseinandergesetzt haben, und es wird immer Startschwierigkeiten geben. Wir haben einfach mehr davon gesehen, seit wir hier angefangen haben“, sagt Harper. „Ganz zu schweigen davon, dass wir auch unsere eigene neue Produktionsanlage eröffnet haben. Wie gesagt, CAD-Pläne sind in der realen Welt nicht perfekt. So ist es in der Welt der Verpackungen.

„Aber ich würde nichts ändern“, schließt Harper. „Patrick und Jordan und wirklich jeder einzelne Hersteller und Lieferant, mit dem wir zu tun hatten, waren großartig. Ich habe bei niemandem, mit dem wir zusammengearbeitet haben, Bedenken. Und jedes Mal, wenn wir unsere Kunden oder Bruder- und Schwesterunternehmen in dieses Werk bringen, kann niemand den Blick von den Robotern lassen. Sie sind im Grunde ein Prunkstück.“ PW