IWK Verpackungstechnik: Marktführer im Tubenfüllen hält Wettbewerb auf Abstand

Die Herausforderung bei der IWK Verpackungstechnik GmbH

In Zeiten der sich ständig ändernden Verbrauchertrends stehen die Hersteller von Verpackungsmaschinen in der Pflicht, innovative Designs in immer kürzerer Zeit bereitzustellen. Die IWK Verpackungstechnik GmbH will seinen Kunden stets die beste Lösung bieten und den Wettbewerb auf Abstand zu halten.

Bei der Verpackung von Produkten muss es schnell gehen – sehr schnell. Die sehr kurzen Zykluszeiten verlangen viel Fingerspitzengefühl bei der Prozessgestaltung und Maschinentechnik, schließlich geht es um die Automatisierung von Abläufen im Zehntel-Sekunden-Takt. Hierbei müssen alle Register der CAx-Unterstützung gezogen werden, um im Vorfeld der Funktionsabsicherung auf der sicheren Seite zu sein.

Nehmen wir die Abfüllung von Zahnpasta-Tuben als Beispiel. Die Einmalbehälter werden im Labyrinth der Abfüllmaschine in Windeseile immer wieder gedreht, gewendet und punktgenau platziert. Hierbei kommen 3D-Druckteile aus verschiedenen Kunststoffen zum Einsatz, weil diese eine geringe beschleunigende Masse aufweisen.

Die hohe Kunst des Engineerings hierzu beherrscht der Hidden Champion IWK Verpackungstechnik GmbH aus Stutensee seit Jahrzehnten aus dem Effeff. Damit gelingt es IWK, in den Branchen Pharma und Kosmetik genau das zu bieten, was gerne als „Leading Edge“ bezeichnet wird. Früh hat man erkannt, dass nur mit 3D-CAD inklusive tief integrierter Simulation und Berechnung das Beste für die Kunden herauszuholen ist. Deshalb setzt man bereits seit 1999 quasi als Pionier auf SOLIDWORKS. Von Anfang an perfekt unterstützt von der DPS Software GmbH.

„Zum Abfüllen einer Zahnpasta-Tube wird die Füllnadel bis auf den Boden der Tube geführt, dann die Tube nach unten abgesenkt. Mit derselben Geschwindigkeit muss von oben Zahnpasta eingefüllt werden, damit keine Luftblasen in der Paste eingeschlossen werden. Präzise Synchronisation in einem Zyklus von 0,6 Sekunden ist vonnöten, wobei nur die Hälfte davon fürs Befüllen der Tube zur Verfügung steht”, lässt Engineering Director von IWK, Rudolf Hörter, in den Konstruktionsalltag blicken.

Es lasse sich Schritt für Schritt mit der SOLIDWORKS Suite genau nachvollziehen, wie die Maschine (tatsächlich) arbeitet. Neue Ideen könnten unmittelbar in konstruktive Lösungen umgesetzt und beispielsweise Pick-&-Place-Anwendungen von Delta-Roboter sorgfältig auf die Transportprozesse abgestimmt werden. Und auch dies geht im Nu, weil SOLIDWORKS sehr intuitiv bedienbar ist. Die Zeit drängt – eben auch im Konstruktionsprozess.

Wettbewerb im Rückspiegel

Seit 125 Jahren ist IWK im Geschäft. Genau genommen ist es derjenige Sondermaschinenbauer, der am längsten die Verpackungsbranche geprägt hat. Angefangen hat es mit dem Befüllen von Tuben, das zweite Standbein Kartonieren kam später hinzu.

„Wir finden für jede Applikation die richtige Lösung“, sagt Hörter stolz,
zitiert damit das Motto des Unternehmens:
„Mit Leidenschaft zielorientiert die beste Lösung für den Kunden erarbeiten“, ohne den Hinweis dedizierte Services über den gesamten Lebenszyklus der installierten Anlagen zu vergessen.

Es versteht sich von selbst, dass Klebstoffe unter ganz anderen Bedingungen abgefüllt werden (Stichwort: „Ex-Schutz“) als beispielsweise Zahncreme oder pharmazeutische Salben, die aseptische Maschinen und Reinraumbedingungen fordern.

Stolz ist IWK auch darauf, die schnellsten Verpackungsmaschinen der Welt herzustellen. Ein Zahlenbruch legt beeindruckend Zeugnis ab: Die Abfüllung von 750 Tuben pro Minute sind möglich. Da bleibt weniger als 1/10 Sekunde Zeit pro Tube!

Auch der Vertrieb leistet vorzügliche Arbeit: Mehr als die Hälfte aller Zahnpasta-Tuben werden weltweit auf IWK-Maschinen hergestellt. Etliche Auszeichnungen wurden abgeräumt, unter anderem für die herausragende User Experience von Maschinen-Panels. Das alles geht auch auf das Konto eines klugen Investments in F & E von jährlich ca. 6% vom Umsatz. Seit Jahren arbeiten die IWK-Entwickler am Einsatz von kollaborativen 6-Achs-Robotern („Cobots“). Damit sind sie führend in der Branche. Cobots werden ganz bewusst als Automatisierungselement eingesetzt, was der Markt goutiert. Inzwischen gibt es fünf derartiger Anwendungsbereiche im Portfolio der IWK, die die Wirtschaftlichkeit von Verpackungsanlagen durch schnelles, unterbrechungsfreies Handling signifikant steigern, den Menschen dabei aber nicht gefährden.

Wertvolle Hilfe durch SOLIDWORKS Motion

IWK setzt auf Durchgängigkeit von der Entwicklung bis in die Fertigung. Insgesamt 120 CAD-Workstation stehen im Dienste der Ingenieure, auch für Elektrokonstruktion, Dokumentation und Software-Programmierung. 50 SOLIDWORKS Standard-Lizenzen und 5 Premium-Lizenzen sind unermüdlich im Einsatz für Innovationen, alle sind übers Netzwerk abrufbar. Zudem ist SOLIDWORKS Simulation Professional im Haus. Es ermöglicht, die Konstruktion zu verbessern, in Hinsicht auf mechanische Beständigkeit und Lebensdauer, die Topologie und Eigenfrequenzen zu bestimmen sowie Wärmeübertragung und Knickinstabilitäten zu testen. Aus der Modellierung mit SOLIDWORKS werden die Massen der Bauteile abgeleitet und für die Auslegung der Kinematik benutzt. Wir wollten es genau wissen und haben bei Stephan Klein vom Berechnungsteam von IWK nachgefragt:

„Die Kinematik legen wir mit SOLIDWORKS Motion fest. Hierzu wird das 3D-Modell vereinfacht, etwa von Schraubverbindungen und überflüssigen Verknüpfungen einzelner Bauteile befreit. Ein Preprocessing im engeren Sinne ist nicht nötig, denn die Funktionsüberprüfung findet direkt in der SOLIDWORKS Umgebung statt.“

Es lassen sich Kennlinien für Antriebe ableiten, die dann als Vorlage in den herstellerspezifischen Tools für die explizite Auslegung genutzt werden.

„SOLIDWORKS ist einfach unschlagbar, weil der Modellierungsaufwand zur Erstellung der Kinematik sehr gering ist“,
sagt Klein begeistert.

Auf Basis von SOLIDWORKS Motion kann entschieden werden, ob eine Aufgabenstellung, zum Beispiel das Design eines Tubeneinlegers ein oder mehrere Servomotoren benötigt. Dabei müssen komplexe Bewegungsabläufe beurteilt werden, die die Vorstellungskraft ohne Hilfsmittel übersteigen:

„SOLIDWORKS Motion und die 3D-Modellierung helfen uns, Zeit, Kosten und Energie zu sparen. Und dies bei einer Vielzahl von Optionen. Die Entscheidungsfindung ist ein iterativer Prozess ohne Datenaustausch und ohne der sonst damit verbundenen Fehlerquellen. Weiterer Vorteil der integrierten Entwicklungsumgebung ist, dass die Kinematikdaten nicht separat verwaltet werden müssen, sondern direkt mit dem SOLIDWORKS Modell verknüpft sind“, erklärt Klein.

IWK Verpackungstechnik GmbH: Tubeneinleger — Tubeneinleger

Etwa acht Ingenieure können bei IWK SOLIDWORKS Motion professionell bedienen, alles Experten für unterschiedliche Produktlinien. Klein zum Beispiel ist für das Produkthandling zuständig. In diesem Metier treten ganz andere Kinematiken auf als etwa im Bereich des Tubenfüllens.

„Die CAD-Lizenzen werden im Zwei-Jahres-Rythmus aktualisiert. Ende dieses Jahres ist es wieder soweit und wir werden auf die nächste SOLIDWORKS Version migrieren“, freut sich Thomas Nöltner, als Manager für die CAD-Administration bei IWK zuständig.

Die insgesamt 110 Lizenzen des Datenverwaltungssystem (SAP-DVS) öffnen Tür und Tor zur SAP-Welt und damit zu Informationen außerhalb des Engineerings. Für die Kopplung zwischen SOLIDWORKS und SAP ERP sorgt eine Direktschnittstelle des SAP-Partners Cideon.

Atemberaubende Erfolgsstory

SOLIDWORKS ist stark in der Verpackungsindustrie. Außerdem wird es im gesamten ATS-Konzern eingesetzt, zu dem die IWK Verpackungstechnik GmbH seit 2013 gehört. ATS Automation bietet kundenspezifische Automatisierungslösungen für viele der weltweit erfolgreichsten Unternehmen in den Bereichen Life Sciences, Elektronik, Energie, Transport-und Konsumprodukte. Weiterer Pluspunkt von SOLIDWORKS: Es ist im deutschen Maschinenbau sehr populär, sodass für Nöltner auf der Hand liegt:

„Wir haben eindeutig auf das richtige CAD-System gesetzt. Es erleichtert den Datenaustausch mit unseren Partnern. Besonderes Lob verdienen auch die leichtgewichtigen Neutralformate, die sich aus SOLIDWORKS exportieren lassen.“

SOLIDWORKS Composer auf dem Prüfstand Seit geraumer Zeit wird die Einführung und der damit verbundene Nutzen von SOLIDWORKS Composer intern diskutiert. „Das offiziell freigegebene Dokument ist nach wie vor die 2D-Zeichnung. Doch seit einigen Jahren nutzt unsere Fertigung auch 3D-Modelle. In der Montage sind Großbildschirme aufgestellt, um SOLIDWORKS Modelle zu visualisierten.

„Aber in naher Zukunft sollen auch 3D-Modelle über Composer mit speziellen Montageanleitungen angezeigt werden“, gibt Nöltner einen Ausblick.

Der CAD-Administrator kann sich gut vorstellen, dass in Zukunft auch Reparaturanleitungen und Ersatzteilekataloge damit bei IWK erstellt werden können. Die „Lokomotive Digitalisierung“ werde nicht stehen bleiben, sondern in verschiedene Richtungen eher noch schneller fahren, ist auch Rudolf Hörter der Ansicht. Deshalb sei man dabei, den Mehrwert anderer Anwendungen wie Virtual Reality für IWK und seine Kunden zu erkunden.

Zusammenfassung:

50 SOLIDWORKS Standard-Lizenzen und fünf Premium-Lizenzen sind bei IWK unermüdlich im Einsatz für Innovationen, alle über das Netzwerk abrufbar. Hinzu kommt SOLIDWORKS Simulation Professional inklusive SOLIDWORKS Motion für die sorgfältige Abstimmung der komplex ineinander verzahnten Bewegungsabläufe.

Die Ergebnisse für die IWK Verpackungstechnik GmbH:

Geringerer Modellierungsaufwand zur Erstellung der Kinematik
Leichterer Datenaustausch mit Partnern
Verbesserte mechanische Beständigkeit und Lebensdauer der Maschinen durch Simulation
Schnellere Umsetzung neuer Ideen, kürzerer Konstruktionsprozess