Innovation aus der Tube: Wie ein KMU seine Produktionsprozesse optimiert
Ein von Innosuisse unterstütztes Innovationsprojekt macht die Herstellung von Laminattuben bei Hoffmann Neopac stabiler, effizienter und nachhaltiger. Bei einer Einführung der neuen Technologie auf allen Produktionslinien sieht das Unternehmen ein wesentliches Einsparpotenzial bei Materialverbrauch und CO₂-Ausstoss.
Was haben Zahnpasta, Wundsalbe und Hautcrème gemeinsam? Sie werden häufig in Tuben verpackt – unter anderem in mehrschichtigen Laminattuben, sogenannten Polyfoil-Tuben. Solche Tuben stellt das Schweizer KMU Hoffmann Neopac AG in Oberdiessbach her. Das Laminat besteht aus mehreren Materialschichten, die den Inhalt beispielsweise vor Licht, Luft und Feuchtigkeit schützen.
Die Herausforderung: Auf einer Anlage werden verschiedene Arten von Tuben mit unterschiedlichen Materialien verarbeitet, was Einstellzeiten verlängert und Materialkosten erhöht. Darum hat das KMU mit Unterstützung von Innosuisse eine Technologie entwickelt, die diesen Herstellungsprozess von Laminattuben stabiler, effizienter und nachhaltiger machen soll.
Mit Forschungskompetenz auf die Tube gedrückt
Gemeinsam mit dem Institut für Automation der FHNW entwickelte das Unternehmen eine Technologie zur automatisierten Einrichtung und Regelung der Laminattubenproduktion. «Die Idee und der Kontakt zur FHNW waren bereits vorhanden. Dank Innosuisse hatten wir die Sicherheit, direkt mit dem Projekt starten zu können», erklärt Mario Schüpbach, Head of Process Development bei Hoffmann Neopac.
Die Förderung beschleunigte den Projektstart und reduzierte das finanzielle Risiko. Diese Planungssicherheit ist für KMU wichtig: Sie müssen für Innovationsvorhaben Personal und Geld einsetzen, bevor feststeht, ob eine neue Technologie tatsächlich funktioniert und sich wirtschaftlich einsetzen lässt.
Von der Farbtube zur Hightech-Verpackung
Hoffmann Neopac ist ein innovatives und im Bereich Herstellung von Verpackungsmaterial führendes Unternehmen. Die Tube erfunden hat allerdings ein anderer: Der Maler John Rand ärgerte sich darüber, dass seine Farben austrockneten. Deshalb entwickelte er eine zusammendrückbare Tube aus Blei und liess sie 1841 in den USA patentieren.
Heute werden Tuben in grossen Mengen produziert. Bei Polyfoil-Tuben wird ein mehrschichtiges Laminat zu einem runden Tubenrumpf geformt und längs verschweisst. Anschliessend wird der Endlosrumpf auf die gewünschte Tubenlänge zugeschnitten. Zusammen mit Tubenkopf und Verschluss entsteht die leere Tube. Hoffmann Neopac füllt die Tuben nicht selbst: Das Produkt wird später durch das noch offene Tubenende eingefüllt, das danach verschlossen wird.
Der kritische Schritt: das Laminat unter Spannung
Doch was ist das Innovative an der neuen Technologie? Wie konnte bei diesem komplexen Prozess so viel Material und CO₂ eingespart werden? Im Zentrum steht dabei ein besonders anspruchsvoller Prozessschritt: Der Moment, in dem das Laminat von einer Rolle abgewickelt, über zahlreiche Rollen geführt, zu einem runden Endlosrohr geformt und längs verschweisst wird. Hier ist entscheidend, dass das Laminat vor dem Schweissen mit einer möglichst konstanten Spannung und Geschwindigkeit durch die Maschine läuft.
«Ausschuss entsteht bei uns hauptsächlich während der Einrichtung, wenn der Maschinenbediener die Maschine einstellt», erklärt Projektleiter Basil Ruch. Da ein und dieselbe Maschine unterschiedliche Laminate verarbeitet, muss sie bei jedem Umrüstvorgang – also bei jedem Materialwechsel – neu eingestellt werden. Die bis zur richtigen Einstellung produzierten Tubenrümpfe sind nicht verwendbar, sondern Ausschuss. Die neue Technologie soll diesen Vorgang automatisieren. «Der Maschinenbediener fädelt das Laminat ein, drückt auf Start und lässt die Maschine vollautomatisch durchlaufen. Das verkürzt die Einrichtzeit, und wir verbrauchen deutlich weniger Laminat», erklärt Basil Ruch.
Das Modell rechnet, die Regelung reagiert
Grundlage der Technologie ist ein detailliertes physikalisches Simulationsmodell. Es bildet das dynamische Verhalten der Rollen und der dazwischenliegenden Laminatabschnitte ab. Damit lassen sich geeignete Maschineneinstellungen bereits vor Produktionsbeginn berechnen.
Während der Produktion kommen selbstlernende Algorithmen und eine modellprädiktive Regelung zum Einsatz. Das System kann dadurch laufend auf Veränderungen reagieren. Beim Abwickeln wird die Laminatrolle beispielsweise immer kleiner und leichter, wodurch sich das Verhalten der Maschine verändert. Die Regelung passt die Einstellungen in Echtzeit an und hält Spannung und Geschwindigkeit des Laminats möglichst konstant.
Grosses Innovationspotenzial bereits im Testbetrieb
Das Innovationsprojekt zeigt, wie sich die praktische Erfahrung eines Industrieunternehmens mit der Forschungskompetenz einer Fachhochschule verbinden lässt. Im Testbetrieb konnte der Ausschuss nach Angaben von Hoffmann Neopac um drei Prozent reduziert und die Umrüstzeit halbiert werden. Bei einer Einführung auf allen Produktionslinien rechnet das Unternehmen mit grossen Einsparungen beim Material und einer starken Reduktion des CO₂- Ausstosses.
Aktuell befindet sich die Technologie noch im Testbetrieb. «Wenn sich die bisher gemachten Erfahrungen bestätigen, werden die Technologie auf allen Produktionslinien einsetzen», sagt Mario Schüpbach. Damit könnte das erfolgreiche Innovationsprojekt eine Lösung für die gesamte Tubenproduktion von Hoffmann Neopac werden.
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Über das Unternehmen
Die Neopac Group ist ein privat geführtes Unternehmen mit Hauptsitz in der Schweiz. Sie ist auf die Entwicklung und Herstellung von Polyfoil®-, Laminat- und Kunststofftuben spezialisiert. Mit vier Produktionsstandorten in Europa, Nordamerika und Asien beliefert das Unternehmen weltweit Hersteller aus der Pharma-, Kosmetik- und Konsumgüterindustrie. Mit einer jährlichen Produktionskapazität von 1,3 Milliarden Tuben steht die Neopac Group für Innovation, Qualität und Nachhaltigkeit. Dazu gehören der Einsatz erneuerbarer Energien sowie die Entwicklung recyclingfähiger Verpackungslösungen.
Das Projekt auf einen Blick: