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Warum die Verpackung oft die Taktzeit bestimmt

🏭 Warum die Verpackung oft die Taktzeit bestimmt

In vielen Fertigungsanlagen bestimmt nicht die eigentliche Bearbeitungsmaschine, sondern der Verpackungsbereich die maximal mögliche Ausbringung. Gerade in der Lebensmittel-, Pharma- und Konsumgüterindustrie ist die Verpackungslinie häufig der engste Querschnitt der gesamten Prozesskette.

Funktionsprinzip: Von der Bearbeitung zur Verpackung

Typischer Wertstrom in einer verfahrenstechnischen oder montageorientierten Anlage:

  1. Herstellung/Bearbeitung (z.B. AbfĂĽllen, Mischen, Montieren)
  2. Zwischenpuffer (Behälter, Bandpuffer, Palettenpuffer)
  3. Primärverpackung (z.B. Beutel, Blister, Flaschen)
  4. Sekundärverpackung (z.B. Karton, Tray, Bündelung)
  5. Tertiärverpackung (z.B. Palette, Schrumpfhaube, Stretch)
  6. Versandbereitstellung (Etikettierung, Dokumentation)

Jede Stufe hat eine eigene Prozessgeschwindigkeit. Die Gesamtleistung der Linie wird durch das schwächste Glied bestimmt – in vielen Fällen ist das eine der Verpackungsstufen, weil dort:

  • mehr mechanische Teilschritte pro StĂĽck nötig sind (vereinzeln, ausrichten, formen, fĂĽllen, verschlieĂźen, bedrucken, kontrollieren)
  • viele Funktionen synchronisiert werden mĂĽssen (FĂĽllgut, Verpackungsmaterial, Kennzeichnung, Inspektion)
  • qualitätsrelevante Anforderungen besonders hoch sind (Dichtigkeit, Kennzeichnung, ChargenrĂĽckverfolgung)

Die Taktzeit der Gesamtanlage ist dann praktisch die Taktzeit des langsamsten Verpackungsaggregates, abzüglich der Stillstände durch Störungen und Umrüstungen.

Kerndaten und Parameter, die die Taktzeit in der Verpackung bestimmen

Nennleistung versus effektive Linienleistung

Hersteller geben fĂĽr Verpackungsmaschinen eine Nennleistung an, zum Beispiel:

  • 200 Packungen pro Minute
  • 50 Kartons pro Minute
  • 20 Paletten pro Stunde

Diese Werte gelten unter idealen Bedingungen und ohne Stillstände. Für die Linienauslegung entscheidend ist jedoch die effektive Leistung im Schichtbetrieb, also:

Effektive Leistung = Nennleistung × Verfügbarkeitsgrad × Leistungsgrad × Qualitätsgrad

Dies entspricht der Logik der Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Effectiveness, OEE), auch wenn OEE rechtlich nicht normiert ist, sondern als Stand-der-Technik-Kennzahl verwendet wird.

Typische Einflussgrößen:

  • VerfĂĽgbarkeitsgrad: geplante und ungeplante Stillstände (RĂĽstzeiten, Störungen, Reinigungen, Materialwechsel)
  • Leistungsgrad: reduzierte Geschwindigkeit, Mikrostopps, Blockierungen/Staus
  • Qualitätsgrad: Ausschuss durch schlechte Siegelung, Faltschachteldefekte, Etikettierfehler

In der Praxis liegt die reale Linienleistung von Verpackungsanlagen – je nach Branche und Automatisierungsgrad – meist deutlich unter der Nennleistung, oft bei 60–85 % der möglichen Stückzahl.

Verpackungsmaterial und Produktverhalten

Technisch anspruchsvoll wird die Verpackung, wenn Produkt und Material „nicht brav“ laufen:

  • SchĂĽttgĂĽter: ungleichmäßiger Produktfluss, Entmischung, Staubentwicklung
  • Klebrige oder feuchte Produkte: Anhaftungen an ZufĂĽhrungen, Rutschen, Folien
  • Empfindliche Produkte: Bruch, Quetschungen, Deformationen bei hohen Bandgeschwindigkeiten
  • Folien mit kritischem Siegelverhalten: enge Temperaturfenster, Empfindlichkeit gegenĂĽber Verschmutzung oder Falten
  • Kartons/Faltschachteln: schlechte Rillqualität, verzogene Zuschnitte, wechselnde Steifigkeit

Solche Effekte erzwingen oft niedrigere Geschwindigkeiten oder zusätzliche Kontrollschritte – die Taktzeit steigt.

Mechanik und Kinematik der Verpackungsmaschinen

Verpackungsmaschinen arbeiten häufig mit komplexen Bewegungsabläufen:

  • Kurvenscheibenmechanik oder Servoantriebe mit präzisen Beschleunigungs- und Bremsprofilen
  • ZufĂĽhreinrichtungen fĂĽr Produkt, Folie, Karton, Etiketten
  • Greifer, Sauger, Schieber, VerschlieĂźköpfe

Die maximal mögliche Taktfrequenz wird dabei begrenzt durch:

  • zulässige Massenkräfte und Vibrationen
  • VerschleiĂźgrenzen von Lagern, FĂĽhrungen und Antrieben
  • Zeitbedarf fĂĽr sichere Prozesse (z.B. Mindest-Druck- und Haltezeiten beim Siegeln)
  • notwendige Stabilisierung des Produkts (z.B. Ausschwingzeit bei loser SchĂĽttung)

Höhere Geschwindigkeit bedeutet oft überproportional steigenden Verschleiß und mehr Störungen. Viele Betriebe fahren Verpackungsanlagen daher bewusst unter der Nennleistung, um eine stabile Taktzeit zu erreichen.

Inspektion, Kennzeichnung und Dokumentation

In modernen Anlagen sind Inspektions- und Kennzeichnungssysteme integraler Bestandteil der Verpackung:

  • Kamerasysteme zur Kontrolle von Druckbild, Lesbarkeit und Lage
  • Kontrollwaagen mit Ausschleusung
  • Etikettierer mit variablen Daten (Chargennummer, Mindesthaltbarkeitsdatum, Seriennummern)
  • Codeverifikation (Barcode, Datamatrix, QR-Code)

Diese Systeme stellen zusätzliche Anforderungen an die Taktzeit:

  • Mindestverweilzeit im Sichtfeld von Kameras
  • sichere Ausschleusung fehlerhafter Packungen ohne Folgestau
  • Datenverarbeitung und RĂĽckmeldung an die Steuerung

Je strenger gesetzliche oder kundenseitige Anforderungen sind (z.B. Pharmabereich, Lebensmittelkennzeichnung), desto eher sind diese PrĂĽfstationen leistungslimitierend.

Warum die Verpackung zum Flaschenhals wird

Unterschiedliche Skalierbarkeit

Die Herstellungsebene (z.B. Mischer, Reaktoren, Füller) lässt sich oft durch:

  • größere Apparate
  • parallele Linien
  • Erhöhung von DrĂĽcken, Temperaturen, Volumenströmen

relativ gut skalieren, solange verfahrenstechnische Grenzen eingehalten werden.

Die Verpackungsebene muss jedoch in diskreten Einheiten arbeiten (StĂĽck, Beutel, Flasche, Karton). Man kann zwar:

  • mehr Bahnen (Mehrspurgatter) aufbauen
  • parallele Verpackungsmaschinen einsetzen

aber jede Spur benötigt saubere Zuführung, Vereinzelung und Synchronisation. Das wird konstruktiv aufwendig und platzintensiv und erzeugt zusätzliche Komplexität in Steuerung und Instandhaltung.

Hohe Varianz und häufige Formatwechsel

In vielen Betrieben ist die Verpackung der Bereich mit der höchsten Produktvarianz:

  • unterschiedliche Gebindegrößen
  • Kunden- und Ländervarianten (Sprache, Layout, Barcode)
  • unterschiedliche Packmuster auf Palette oder in Karton

Jeder Formatwechsel bedeutet:

  • mechanische UmrĂĽstungen (Formateile, Greifer, FĂĽhrungen)
  • Anpassung von Programmen, Rezepten und Sensorpositionen
  • Qualitätsfreigaben nach Umstellung (Probepackungen, PrĂĽfungen)

Diese Umrüstzeiten reduzieren die effektive Leistung und damit die nutzbare Taktzeit. Die Kernverfahrenstechnik (z.B. Reaktor, Mischer) bleibt oft deutlich länger im gleichen „Format“.

Störungskaskaden: Wenn die Verpackung „zieht“ oder „bremst“

Die meisten Linien sind logistisch betrachtet als Kette mit Bandpuffern aufgebaut. Typische Effekte:

  • Verpackung zu langsam → Puffer vor der Verpackung fĂĽllt sich → FĂĽller oder vorgelagerte Anlage geht in Blockung oder Teillast → gesamte Ausbringung sinkt
  • Verpackung zu schnell (im Vergleich zum Zufluss) → Puffer läuft leer → Verpacker läuft im Leerlauf oder muss stoppen → erhöhter VerschleiĂź durch Anfahrvorgänge, instabiler Betrieb

In der Praxis wird die Linie so eingestellt, dass der Verpackungsbereich möglichst kontinuierlich läuft – er „zieht“ das Produkt durch die Linie. Das bedeutet aber auch: sein maximal stabil fahrbarer Takt ist die faktische Obergrenze für die gesamte Anlage.

Typische Fehlerbilder, die die Taktzeit in der Verpackung begrenzen

Mechanische Störungen

  • Produktstaus in ZufĂĽhrungen, Rutschen und Vereinzelungen
  • Verkanten von Faltschachteln oder Trays
  • Folienrisse oder Faltenbildung
  • Greifer, die Produkte falsch oder gar nicht aufnehmen
  • Fehlausrichtung von Packmitteln (Becher, Flaschen, Dosen)

Folge: Mikrostopps, Reduzierung der Geschwindigkeit, zusätzliche manuelle Eingriffe.

Prozessbedingte Qualitätsprobleme

  • unzureichende Siegelnähte (Temperatur, Zeit, Druck)
  • Leckagen bei Beuteln oder Blistern
  • unvollständig befĂĽllte oder ĂĽberfĂĽllte Packungen
  • Etikettenfehler (Schiefstellung, Blasen, falscher Code)
  • schlechte Lesbarkeit von Druckdaten

Um die Fehlerquote zu beherrschen, wird die Geschwindigkeit oft reduziert – die Verpackung gibt dann faktisch die Taktzeit vor, um die geforderte Qualität sicherzustellen.

Automatisierung und Sensorik

  • falsch justierte Lichtschranken, Kameras, Näherungssensoren
  • Empfindlichkeit gegenĂĽber Verschmutzung (Staub, Produktreste, Feuchtigkeit)
  • Verzögerte Signale oder ungeeignete Filtereinstellungen fĂĽhren zu Fehlauslösungen
  • unzureichende Pufferlogik in der Steuerung: Bandstopps statt sauberer Geschwindigkeitsanpassung

Gerade in der Verpackung ist die Sensorik sehr dicht und vielfältig – jedes zusätzliche Element kann zum Störfaktor werden, wenn es nicht robust ausgelegt und sauber gewartet ist.

Instandhaltung und Optimierung: Ansatzpunkte aus Sicht der Praxis

1. Verpackung als Engpass bewusst identifizieren

FĂĽr ein sauberes Bild empfiehlt sich:

  • Taktzeitmessungen an allen Hauptaggregaten
  • Erfassung von Stillstandsursachen mit ausreichend detaillierter Codierung (z.B. „KartonzufĂĽhrung leer“, „Formatwechsel“, „Siegelung Störung“)
  • Auswertung nach Schichten/Wochen: Wo geht die meiste Zeit verloren?

In vielen Anlagen zeigt sich: Mehr als die Hälfte der Stillstandzeit entsteht im oder vor dem Verpackungsbereich. Dann ist klar, wo Optimierung und Instandhaltungsfokus liegen müssen.

2. Zustandsorientierte Instandhaltung an kritischen Verpackungskomponenten

Statt nur zeitgesteuert zu warten, ist bei Verpackungsmaschinen oft ein zustandsorientierter Ansatz sinnvoll, zum Beispiel:

  • regelmäßige Schwingungs- und Temperaturmessung an schnelllaufenden Antrieben
  • Sicht- und FunktionsprĂĽfungen an Greifern, Saugern und FĂĽhrungen
  • Kontrolle von Siegelwerkzeugen (Verschmutzung, Belagbildung, VerschleiĂź der Teflonbeschichtungen)
  • gezielte Schmierung mit geeigneten Schmierstoffen (insbesondere im Lebensmittelbereich nur zulässige H1-Schmierstoffe nach einschlägigen Vorgaben)

Der Fokus liegt auf jenen Baugruppen, bei denen ein Ausfall unmittelbar die Taktzeit reduziert oder Stopps erzeugt.

3. Formatwechsel technisch und organisatorisch verschlanken

Technische MaĂźnahmen:

  • Schnellwechsel-Systeme fĂĽr Formatteile (Werkzeuglosigkeit, definierte Positionierungen)
  • Vermeidung unnötiger Formatteile durch intelligente Gestaltung der Packformate
  • Anpassungen in der Steuerung, damit Teilumstellungen ohne vollständigen Stopp möglich sind

Organisatorische MaĂźnahmen:

  • Standardisierte Formatwechsel-Checklisten
  • Schulung des Personals mit Fokus auf reproduzierbare, fehlerarme Abläufe
  • klare Vorgaben, wann Formatwechsel gebĂĽndelt werden, um die Anzahl der Umstellungen zu reduzieren

4. Zusammenarbeit von Produktion, Technik und Qualität stärken

Die Verpackung ist die Schnittstelle, an der:

  • Produktqualität
  • Materialqualität
  • Maschinentechnik
  • Kennzeichnung und Dokumentation

zusammenlaufen. FĂĽr eine stabile Taktzeit ist es wirksam, wenn:

  • Qualitätsanforderungen so formuliert sind, dass sie technisch stabil umsetzbar sind
  • Einkaufsentscheidungen zu Verpackungsmaterialien mit der Technik abgestimmt werden (z.B. keine „grenzwertigen“ Folien, nur weil sie billiger sind)
  • Ă„nderungsmanagement fĂĽr Verpackungsdesigns die technischen Auswirkungen explizit betrachtet (z.B. Kartonsteifigkeit, Bedruckung, Barcodetyp)

5. Rechtliche und normative Anforderungen berĂĽcksichtigen (Ă–sterreich-Bezug)

In Ă–sterreich ergeben sich fĂĽr Verpackungsanlagen vor allem Anforderungen aus:

  • ArbeitnehmerInnenschutzgesetz (ASchG, BGBl. Nr. 450/1994): Gefährdungsbeurteilung, sichere Gestaltung von Maschinenarbeitsplätzen
  • Verordnung ĂĽber die Verwendung von Arbeitsmitteln (Arbeitsmittelverordnung, AM-VO, BGBl. II Nr. 164/2000): Anforderungen an SchutzmaĂźnahmen, PrĂĽfungen von Arbeitsmitteln
  • Maschinenverordnung 2010 (Maschinen-Sicherheitsverordnung, 2010, BGBl. II Nr. 282/2008): Umsetzung der Richtlinie 2006/42/EG; relevant bei Neuanschaffung/UmrĂĽstung von Verpackungsmaschinen

Diese Vorschriften schreiben insbesondere:

  • sichere Vermeidung von Quetsch- und Scherstellen
  • SchutzmaĂźnahmen bei schnelllaufenden Förderanlagen
  • sichere Zugänge fĂĽr Reinigung und Instandhaltung

vor. Zwar regeln sie nicht direkt die Taktzeit, aber jede Veränderung der Geschwindigkeit oder Funktion (z.B. Leistungssteigerung der Verpackung) kann eine neue Gefährdungsbeurteilung und gegebenenfalls zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich machen. Eine Optimierung der Taktzeit muss daher immer mit der Arbeitssicherheit abgestimmt werden.

Fazit: Verpackung bewusst als Taktgeber auslegen

Wenn die Verpackung faktisch die Taktzeit der Anlage bestimmt, ist es sinnvoll, dies bei Planung und Betrieb aktiv zu berĂĽcksichtigen:

  • In der Planungsphase: Verpackungslinie bewusst als Engpass definieren und so auslegen, dass sie mit Pufferung, Reserven in der Nennleistung und robustem Design eine verlässliche Taktvorgabe liefern kann.
  • Im Betrieb: Laufende Datenerfassung, systematische Analyse von Störungen und UmrĂĽstzeiten, gezielte Instandhaltungsstrategie auf die kritischen Verpackungsaggregate.
  • Bei Ă„nderungen: Jede relevante Anpassung von Produkten, Verpackungsmaterialien oder Geschwindigkeiten mit Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen (insbesondere nach ASchG und AM-VO) abstimmen.

Wer die Verpackung als zentrales Taktelement der Anlage versteht und behandelt, erreicht eher eine hohe und vor allem stabile Ausbringung – und reduziert nebenbei Störungen, Ausschuss und Instandhaltungsaufwand. 🚀

Quellen (Auswahl)

  • DIN 8743:2014-03 – Verpackungsmaschinen – Begriffe und Definitionen, Beuth Verlag, 2014
  • VDI 4486 Blatt 1:2019-06 – Kennzahlen zur Beurteilung der Effizienz von Verpackungsmaschinen und -anlagen, VDI, 2019
  • Arbeitsmittelverordnung (AM-VO), BGBl. II Nr. 164/2000 idgF, Republik Ă–sterreich
  • ArbeitnehmerInnenschutzgesetz (ASchG), BGBl. Nr. 450/1994 idgF, Republik Ă–sterreich

Wenn du konkrete Beispiele aus eurer Anlage betrachten möchtest (Layout, Maschine, Produkt), beschreibe mir kurz Aufbau und Engpass – ich gehe dann Schritt für Schritt durch und zeige dir mögliche Optimierungsansätze.

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