Mehr als nur leere Hülle – Dosierung und Verpackung

Aus der Schüttgut & Prozess 2/206

Gedanken meines letzten Einkaufs: Was regelmäßig medienwirksam unter dem Stichwort Shrinkflation diskutiert wird, betrachten wir natürlich durch die prozesstechnische Brille: Wenn statt 500 g Müsli nur noch 400 g in einer Verpackung landen, bedeutet das, fernab von Schlagzeile und Aufregung, bei gleichem Austrag 25 % mehr Dosier- und Verpackungsprozesse in der gleichen Zeit. Genau an diesem Punkt wird Verpackungstechnik interessant. Denn Dosierung und Verpackung sind verfahrenstechnische Prozesse, in denen sich Produktschutz, Dosiergenauigkeit und Wirtschaftlichkeit unmittelbar begegnen und teils widersprechen.

Produktschutz: kein Marketing, sondern Mechanik und Chemie

Ein guter Einstieg in dieses Spannungsfeld findet sich im Chipsregal. Die einen liegen ordentlich gestapelt in der Dose – als hyperbolisches Paraboloid, was so manchem Leser vielleicht noch aus Mathematikunterricht oder -vorlesung in Erinnerung blieb. Die anderen reisen lose in der Tüte, geschützt durch ein Gaspolster. Beides funktioniert, entweder indem man das Produkt „diszipliniert“ oder man gibt ihm Raum. Gerade bei Stückgütern kann die Verpackungstechnik schnell teuer werden. So wurden in Projekten Transportschäden an Elektronikkomponenten untersucht. Denn Simulation macht die Dynamik und die resultierenden Kräfte sichtbar und zeigt sehr schnell, ob und wie Schutzmaßnahmen wirken. So konnte von der kostspieligen Einzelverpackung auf eine Schüttung übergegangen werden, ohne dass Beschädigungen zu erwarten sind. Ob im Karton oder in der Tüte, spielt dabei keine Rolle (s. Abb. 1).

Neben der Mechanik können chemische Reaktionen dem Produkt schaden. Eine gasdichte Verpackung entscheidet daher oft über Produktqualität und Haltbarkeit. Wussten Sie zum Beispiel, lieber Leser, dass in 10–20 % der medizinischen Blisterverpackungen keine Luft, sondern Schutzgas enthalten ist? Dies wird bei sensiblen Medikamenten eingesetzt und auch beim Einblasen des Gases konnten Kollegen mit Simulation die Industrie bereits unterstützen. Neben der Mechanik können chemische Reaktionen dem Produkt schaden. Eine gasdichte Verpackung entscheidet daher oft über Produktqualität und Haltbarkeit. Wussten Sie zum Beispiel, lieber Leser, dass in 10–20 % der medizinischen Blisterverpackungen keine Luft, sondern Schutzgas enthalten ist? Dies wird bei sensiblen Medikamenten eingesetzt und auch beim Einblasen des Gases konnten Kollegen mit Simulation die Industrie bereits unterstützen.

Eine Alternative ist die Vakuumverpackung. Durch sie kann ebenfalls der Abschluss vor Luft und Feuchte gewährleistet werden und bei kompaktierbaren Schüttgütern bietet sie einen deutlichen Volumenvorteil (s. Abb. 2).

Dosierung: Genauigkeit auch bei schlechtem Fließen

Zweite Hürde ist die Dosiergenauigkeit. Viele Schwierigkeiten entstehen nicht in Beutel oder Karton, sondern vorher. Besonders unterschätzt wird dabei die Partikelform. Ob ein Schüttgut kugelig, splitterig, flockig oder faserig ist, entscheidet über Fließverhalten, Brückenbildung und Dosiergenauigkeit meist stärker als jede Maschineneinstellung.

Bei empfindlichen oder schlecht fließenden Produkten, etwa Früchten oder Schinkenwürfeln ist Dosieren besonders anspruchsvoll. Zu hohe Fallhöhen, kantige Übergänge oder schlicht die falsche Austragsgeometrie führen schnell zu Quetschung, Bruch oder instabilem Fluss. Genau in solchen Szenarien ersetzt die Simulation den aufwändigen Versuch und den Angstschweiß bei Inbetriebnahme. Auch die Entmischung stark unterschiedlicher Komponenten, etwa in Tütensuppen ist ein klassisches Problem. Häufig wird daher möglichst spät gemischt oder getrennt dosiert und erst in der Verpackung zusammengeführt. Das erhöht die Anlagenkomplexität, sorgt aber dafür, dass nicht nur jeder fünfte Kunde die Gemüseeinlage erhält, dann vor allem in fünffacher Menge.

Taktzeiten: Luft, Staub und andere Nebenwirkungen

Der dritte Konflikt entsteht bei kleinen Gebinden mit hohem Durchsatz. Hohe Taktzahlen lassen wenig Zeit für Beruhigung oder Entlüftung. Besonders kritisch ist dies bei feinen Produkten: Staubbildung und elektrostatische Aufladung beginnen häufig bereits in der Dosierung und setzen sich in der Verpackung fort. Gerade dort, wo eine Erdung konstruktiv nicht möglich ist, zeigen sich diese Effekte deutlich. Werden sie nicht berücksichtigt, bleiben Probleme verborgen – und das Produkt haftet überall dort, wo es nicht soll.

Kurzum: Verpackung ist der Punkt, an dem Produktschutz, Dosierbarkeit und Wirtschaftlichkeit gleichzeitig Bestand haben müssen. Wer Verpackung als nachgelagerten Prozess betrachtet, begegnet Problemen meist erst dann, wenn sie teuer werden. Wer sie als integralen Teil des Prozesses begreift, kann Probleme mitdenken bevor sie entstehen. Jetzt erstmal was Süßes!