Innovation aus der Tube: Wie ein KMU seine Produktionsprozesse optimiert, Hochschule für Technik und Umwelt FHNW

Bei der Herstellung von Laminattuben verarbeitet Hoffmann Neopac unterschiedliche Laminate auf denselben Produktionsanlagen. Je nach Materialaufbau verändern sich dadurch die Systemdynamiken der Maschine. Dies erschwert die stabile Prozessführung und führt insbesondere bei Materialwechseln zu hohen Ausschussmengen.

Im Fokus des Forschungsprojekts steht der Prozessschritt, bei dem das Laminat von einer Rolle abgewickelt, ausgerichtet, auf die richtige Breite geschnitten, zu einem runden Tubenrumpf geformt und längs zu einem Endlosrumpf verschweisst wird. Für eine hohe Prozessqualität müssen dabei insbesondere Spannung und Geschwindigkeit des Laminats konstant gehalten werden.

Bisher wird die Maschine bei jedem Umrüstvorgang manuell und auf Basis der Erfahrung der Maschinenbedienenden neu eingestellt. Die während dieser Einstellphase produzierten Tubenrümpfe können nicht weiterverarbeitet werden und fallen als Ausschuss an.

Gemeinsam mit Hoffmann Neopac entwickelt das Institut für Automation der FHNW eine automatisierte Lösung zur Einrichtung und Regelung des Produktionsprozesses. Ziel ist es, die Umrüstzeiten deutlich zu verkürzen, den Ausschuss zu reduzieren und gleichzeitig eine stabile Produktion unterschiedlicher Laminate zu ermöglichen.

Dazu wird ein detailliertes Simulationsmodell entwickelt, mit dem optimale Reglereinstellungen bereits offline vor dem Produktionsstart ermittelt werden können. Während der laufenden Produktion reagieren selbstlernende Algorithmen und moderne Regelungsverfahren adaptiv auf veränderliche Prozessbedingungen – beispielsweise auf den zunehmenden Abrollfortschritt und das damit veränderte Gewicht der Laminatrolle.

Im Gegensatz zur bisherigen Lösung mit voneinander entkoppelten Regelkreisen werden die Aktoren zentral über eine kaskadierte Mehrgrössenregelung koordiniert.

Die entwickelte Technologie konnte im Testbetrieb erfolgreich erprobt werden. Der Ausschuss konnte nach Angaben von Hoffmann Neopac um rund 3 Prozent reduziert und die Umrüstzeit etwa halbiert werden.

Die Ergebnisse zeigen, dass durch die automatisierte Einrichtung und adaptive Regelung sowohl die Prozessstabilität als auch die Ressourceneffizienz deutlich verbessert werden können. Bei einer Übertragung der Technologie auf alle Produktionslinien erwartet Hoffmann Neopac ein Einsparpotenzial von rund 10,7 Millionen Tuben beziehungsweise 520 Tonnen CO₂.

Unter der konservativen Annahme einer Ausschussreduktion von 3 Prozent würden sich die notwendigen Investitionskosten bereits nach rund 11 Monaten amortisieren.

Die Technologie befindet sich aktuell noch im Testbetrieb. Die nächsten Schritte umfassen die weitere Validierung unter unterschiedlichen Produktionsbedingungen sowie die Übertragung der entwickelten Regelungsstrategie auf weitere Produktionsanlagen.

Bestätigen sich die bisherigen Ergebnisse, soll die Technologie auf allen geeigneten Produktionslinien von Hoffmann Neopac eingesetzt werden. Damit eröffnet das Forschungsprojekt nicht nur Potenzial für eine effizientere und stabilere Laminattubenproduktion, sondern leistet auch einen konkreten Beitrag zur Reduktion von Materialverbrauch und CO₂-Emissionen.