Weniger Rohstoffverluste und mehr Präzision dank automatischer Dosierung

Der Unternehmensbereich Druckfarben der Zeller+Gmelin GmbH & Co. KG ist auf die Herstellung von UV-härtenden Farben und Lacken für das Marktsegment des Verpackungs- und Etikettendrucks spezialisiert. Ein großer Teil wird zur Bedruckung von Lebensmittelverpackungen eingesetzt.

In der Lebensmittelindustrie ist in den letzten Jahren eine kontinuierlich steigende Sensibilisierung der Konsumenten und Verbraucherorganisationen hinsichtlich möglicher Migrationsrisiken zu beobachten. Dabei wird befürchtet, dass Bestandteile von Druckfarben durch das Verpackungsmaterial in Lebensmittel übergehen könnten. Deshalb sind bei der Rezeptierung von Druckfarben, die für Lebensmittelverpackungen eingesetzt werden, besonders hohe Anforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus ist aufgrund neuer gesetzlicher Vorgaben immer häufiger eine Optimierung von Farbrezepturen erforderlich.

Die stetige Herausforderung, die Formulierung der Farben und Lacke an die Anforderungen anpassen zu müssen, bedingt gleichzeitig den Optimierungsbedarf beim Herstellungsprozess. Die moderne Farbenproduktion unterliegt der Verpflichtung zur Guten Herstellungspraxis gemäß europäischer GMP-Verordnung (Good Manufacturing Practice). Demnach hat der Druckfarbenhersteller ein Qualitätssicherungssystem für sämtliche Produktionsabläufe festzulegen und anzuwenden. Speziell bei der Einwaage von Rohstoffen, bei der das Risiko von Rohstoffverwechslungen und Kontaminationen besteht, dient es dazu, möglicherweise weitreichende Auswirkungen bis zum Endverbraucher zu vermeiden. Weiterhin bietet das Qualitätssicherungssystem die Möglichkeit, durch die verbesserte Beherrschung der Produktionsprozesse die Ressourceneffizienz zu steigern.

Aus diesem Grund setzte sich Zeller+Gmelin zum Ziel, alle Dosierungen von Flüssigrohstoffen nicht mehr durch manuelle Verwiegung, sondern direkt über ein computergestütztes, vollautomatisches Dosiersystem vorzunehmen, welches an das hausinterne ERP-System angebunden ist. Auf diese Weise wird auch die Basis für Industrie 4.0 bei Zeller+Gmelin gelegt.

Zur Lösung dieser anspruchsvollen Aufgabe wurde ein neues Rohstofflager mit entsprechend temperierten Vorratstanks konzipiert. Um die Transportwege der flüssigen Dosierkomponenten so kurz wie möglich zu halten, wurde das Lager mit direktem Anschluss zur Dosieranlage geplant. Weiterhin galt es, Pumpen zu finden, die besonders scherarm und energieeffizient arbeiten, um bei relativ hohen Dosiermengen die Bindemittel trotzdem schonend zu fördern.

In enger Abstimmung mit Pumpen- und Dosieranlagenherstellern wurden über einen längeren Zeitraum an einer Einzel-Pilotdosieranlage verschiedene Pumpensysteme und Dosierventilsysteme erprobt. Nach einer über einjährigen Testphase wurde zusammen mit der Firma Füll Systembau GmbH ein Lager- und Dosieranlagenkonzept entwickelt und mit den entsprechend schonenden und erfolgreich getesteten Pumpensystemen geplant. Zur tatsächlichen Realisierung des Konzeptes war am Ende noch zusätzlich der Bau einer neuen Lager- und Fertigungshalle notwendig, die um das Dosiersystem herum geplant und erstellt wurde. In diesem neuen Gebäude wurden zwei Tanklagereinheiten installiert und speziell für die hochviskosen Produkte ein Wärmelager in unmittelbarem Anschluss an die Dosiereinheit angebracht. Dieses Wärmelager wird über eine Wärmepumpe beheizt, welche im Kühlwasserkreislauf installiert ist und die Prozessabwärme der bisherigen Fertigung nutzt.

Die vollautomatische Dosierung eliminiert im Hinblick auf Genauigkeit, Korrektheit und Schnelligkeit den Fehlerfaktor Mensch und stellt die vollumfängliche Reproduzierbarkeit sicher. Seit der Einführung ist die Fehlerquote bezogen auf Falscheinwaagen auf NULL-Fehler gesunken. In der Folge hat sich auch der Ressourceneinsatz spürbar reduziert. Das neue System hat neben dem Wegfall von Verlusten durch die manuelle Verwiegung auch die Entleerung der Gebinde mit hochviskosen Harzsystemen optimiert. Dadurch konnte außerdem die bis dahin erforderliche Fassbelieferung auf größere IBC-Gebinde (Intermediate Bulk Container) umgestellt werden, was zugleich den Transportaufwand reduziert und zu einer effektiveren Lagernutzung führt. In der Produktion ist zudem eine einfachere Handhabung mit verbesserten ergonomischen Arbeitsprozessen zu verzeichnen. Als zusätzlicher Nebeneffekt hat sich auch der Gebindeabfall reduziert.

Ein wichtiger Vorteil ist vor allem auch die Restentleerung der Container, die sich durch eine genaue Abstimmung mit dem Dosierkonzept deutlich verbessert hat. Die Produktanhaftung konnte von teilweise 3 bis 5 % auf unter 1 % gesenkt werden, so dass durch die fast vollständige Restentleerung nur noch geringe Mengen zu entsorgender Reststoffe anfallen und kaum noch Arbeitsmittel gereinigt werden müssen. Dementsprechend sinkt auch die Menge des durch Reinigungsprozesse belasteten Abwassers auf ein Minimum.

Insgesamt wurden die Produktionsprozesse erheblich rationalisiert, so dass Spielräume entstanden sind, dem steigenden Kostendruck entgegenzuwirken. Nach der Umstellung von manueller auf vollautomatische Verwiegung, die eine optimale Reproduzierbarkeit gewährleistet, ist die Prozessabteilung Einwiegerei nicht länger der Engpass im Produktionsablauf und Quelle von Fehlchargen, die aufwändig entsorgt werden müssen. Der Durchsatz hat sich deutlich erhöht, obwohl gleichzeitig von einem 3-Schichtbetrieb auf 2-Schichtbetrieb umgestellt werden konnte.

Die Einführung des neuen Systems hatte vielfältige Einsparungen zur Folge. So wurde der Rohstoffschwund um ca. 8 bis 10 t pro Jahr reduziert, was Rohstoffeinsparungen in Höhe von ca. 40.000 bis 60.000 Euro entspricht. Weiterhin konnte durch den Wegfall der Nachtschicht in den Bereichen Strom, Druckluft, Gas etc. etwa ein Drittel der Energie eingespart werden. Außerdem konnten Rohstoffbelieferungen durch kompaktere Gebindeeinheiten reduziert werden, so dass die CO2- Emissionen der Wareneingangslogistik um 20 % gesenkt wurden. Schließlich ist anzumerken, dass nun die anfallende Abwärme der Produktionsanlagen über eine Wärmepumpe im Kühlwasserkreislauf zur Raumluftbeheizung und als Prozesswärme in der Dosieranlage genutzt wird.

Die Umsetzung des Projekts hat zum einen gezeigt, wo Ressourcen eingespart werden können, und zum anderen zusätzliches Verbesserungspotenzial für die Arbeitsplatzgestaltung eröffnet, z. B. durch eine wesentliche Reduzierung der Hebe- und Tragetätigkeiten. Rationalisierungseffekte auf verschiedenen Ebenen sorgen inzwischen für eine Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit. Eine weitere Folge des automatischen Dosierkonzeptes ist die Steigerung der Prozesssicherheit und die Einhaltung der GMP-Anforderungen. Nachdem bis dato ein Umsetzungsgrad von 60 % erreicht ist, kann das Konzept für zukünftige Projekte und Anforderungen modular erweitert werden.

Die Zeller+Gmelin GmbH & Co. KG wurde 1866 gegründet und feiert in diesem Jahr ihr 150-jähriges Bestehen. Das mittelständische Unternehmen betreibt weltweit insgesamt 16 Tochterunternehmen. Die Produkte der Unternehmensbereiche Schmierstoffe, Industriechemie und Druckfarben nehmen im internationalen Markt Spitzenstellungen ein.

Ein fester Grundsatz des Unternehmens ist es, ökonomische, ökologische und gesundheitliche Aspekte bei der Entwicklung und Produktion neuer Produkte in Einklang zu bringen.

Am Hauptsitz in Eislingen arbeiten rund 20 % der Mitarbeiter in der Forschung und Entwicklung. Speziell in der Division Druckfarben sind seit Jahrzehnten strahlungshärtende Farbsysteme ein Spezialgebiet der Forschung und Entwicklung. Zeller+Gmelin gilt weltweit als Spezialanbieter von strahlungshärtenden Druckfarben und Lacken für die Anwendungsbereiche Akzidenz- und Werbedruck, Verpackungen, Etiketten und Metalldekoration.