Wie lässt sich die Depalettierung von Leersäcken in der Zementindustrie prozesssicher automatisieren?

In der Zement- und Baustoffproduktion entscheidet ein stabiler, durchgängiger Materialfluss über Effizienz, Durchsatz und letztlich über die Wirtschaftlichkeit einer Anlage. Je schneller ein Produkt die einzelnen Prozessschritte durchläuft, desto zügiger steht es versandbereit auf der Palette - und umso höher ist die Auslastung der gesamten Produktion. Umgekehrt gilt: Ist ein Abschnitt langsamer als der nächste, entsteht ein Rückstau, der die Wertschöpfungskette ausbremst und Taktverluste sowie unnötige Kosten verursacht.

Genau an diesem Punkt wurde beim slowenischen Zementhersteller Salonit Anhovo Optimierungsbedarf sichtbar. Das Unternehmen, Teil der Alpacem-Gruppe, betreibt leistungsfähige Anlagen zur Zementproduktion und Sackabfüllung. Im Produktionsprozess werden leere Papiersäcke palettenweise angeliefert, entnommen, vereinzelt und anschließend der Abfüllmaschine zugeführt, wo sie befüllt und verschlossen sowie anschließend wieder palettiert werden. Gerade bei Hochleistungs-Absackanlagen mit mehreren tausend Säcken pro Stunde ist diese vorgelagerte Bereitstellung ein sensibler Baustein innerhalb der End-of-Line-Automatisierung.

Engpass in der Sackbereitstellung: Manuelle Depalettierung bremst die Produktion

Der bislang manuell ausgeführte Schritt der Leersackdepalettierung stellte einen zentralen Engpass im Produktionsprozess dar. Die Mitarbeitenden mussten die Bündel einzeln entnehmen und für die Abfüllmaschine bereitstellen - ein zeitintensiver und personalaufwendiger Vorgang, der den Produktionsfluss maßgeblich beeinflusste. Schon kleine Verzögerungen reichten aus, damit die Maschine nicht kontinuierlich versorgt wurde und der gesamte Durchlauf ins Stocken geriet. Vor diesem Hintergrund wurde schnell klar: Für eine stabile, effiziente und hochverfügbare Produktion musste die Depalettierung konsequent und durchgängig automatisiert werden.

Für die Entwicklung einer vollautomatischen Lösung entschied sich Salonit Anhovo bewusst für KOCH Robotersysteme. Das Unternehmen verfügt über langjährige Erfahrung in der Palettier- und Depalettiertechnik sowie in der industriellen Robotik für anspruchsvolle Produktionsumgebungen.

KOCH automatisiert Sackbereitstellung für Hochleistungs-Absackanlagen
Ziel war es, den kompletten Prozess - von der Sackbereitstellung bis zur Befüllung und Verpackung - in eine durchgängige Automatisierung für Zement- und Baustoffwerke zu überführen. Ein manueller Eingriff sollte dauerhaft ausgeschlossen sein. "Wenn wir automatisieren, dann kompromisslos - nicht halbautomatisch und nicht mit Nacharbeit. Es musste durchgängig funktionieren", lautete die klare Vorgabe aus dem Werk.

Die Qualität der angelieferten Paletten erschwerte jedoch das Vorhaben direkt zu Beginn der Linie beim Bereitstellen der Leersäcke. Während des Transports verrutschten die Leersackbündel, da die Paletten weder foliert noch umreift waren. "Teilweise kamen Paletten an, bei denen die oberen Bündel um bis zu 150 Millimeter verschoben waren - das sah teilweise aus wie der schiefe Turm von Pisa", erinnert sich Andreas Lehmler aus der Konstruktion von KOCH Robotersysteme. Für die Greifertechnik bedeutete das höchste Präzision bei der Positionierung - selbst bei instabilen und engen Palettierbildern.

Gleichzeitig waren die Leistungsanforderungen eindeutig definiert: Pro Palette mussten 435 bis 500 Leersackbündel verarbeitet werden, verteilt auf 83 bis 87 Lagen. Die Anlage sollte 4.000 bis 6.000 Säcke pro Stunde bewältigen. "Alle 8,5 Sekunden muss der Roboter ein Bündel greifen und dem Prozess zur Verfügung stellen - inklusive Positionierfahrt und Greifvorgang", beschreibt Projektleiter Stephan Boll die Rahmenbedingungen. Bei dieser Taktzeit blieb kein Spielraum für Verzögerungen. Prozesssicherheit und hohe Anlagenverfügbarkeit standen im Mittelpunkt.

Hohe Taktzeiten, instabile Palettenlagen und begrenzter Bauraum: Warum Standardlösungen an ihre Grenzen stoßen
Zu Beginn des Projekts erschien die Automatisierung der Leersackdepalettierung zunächst beherrschbar. KOCH Robotersysteme konnte auf Erfahrungen aus einem früheren Projekt zurückgreifen, bei dem bereits ein vollautomatisiertes System für die Depalettierung von Leersäcken realisiert worden war. Technisch hätte sich eine bestehende Greiferlösung adaptieren lassen - doch dort war die unterste Lage der Paletten manuell umgeschichtet worden, ein Kompromiss, der bei Salonit Anhovo ausgeschlossen war.

Schnell zeigte sich, dass die Rahmenbedingungen im Werk eine einfache Adaption unmöglich machten. Die Paletten waren dicht gepackt und boten keinen Freiraum für klassische Schnabelgreifer. Gleichzeitig reagierten die vergleichsweise steifen Papiersäcke empfindlich auf punktuelle Belastungen. Die Hochleistungs-Absackanlage verlangte einen konstant hohen Durchsatz, während der begrenzte Bauraum des bestehenden Layouts nur wenig Spielraum ließ. Unfallverhütungsvorschriften und die direkte Nähe zur Absackmaschine definierten exakt, wie viel Platz für die vorgelagerte Depalettierung zur Verfügung stand. Gesucht war daher eine Lösung, die kompakt, effizient und störungsfrei in das bestehende System integriert werden konnte.

Erschwerend kamen die anspruchsvollen Umweltbedingungen hinzu. "Wir sprechen hier von einem Zementwerk − extrem staubig, im Winter kalt, im Sommer brütend heiß", beschreibt Projektleiter Stephan Boll. "Das sind keine idealen Voraussetzungen für sensible Automatisierungstechnik - die Anlage musste robust und widerstandsfähig konstruiert sein."

Angesichts dieser Herausforderungen war klar: Der konventionelle Schnabelgreifer würde den Anforderungen nicht genügen. Dieses Greifprinzip benötigt Freiraum unterhalb der Bündel, um unter das Produkt eintauchen zu können - genau der fehlte auf den dicht gepackten Paletten. Zudem sind Schnabelgreifer eher für elastische Materialien ausgelegt, während die steifen Papiersäcke nur mit einem neuen, schonenden Greifprinzip zuverlässig aufgenommen werden konnten. Hinzu kam die geforderte Zykluszeit von 8,5 Sekunden pro Bündel, die mit der aufwendigen Flügelbewegung eines klassischen Schnabelgreifers nicht realisierbar gewesen wäre.

Die Aufgabe war damit klar umrissen: Es brauchte eine kompakte, flexible Roboterzelle mit einer neuen Greiferlösung, die sich präzise in das bestehende Layout einfügt, den hohen Durchsatz gewährleistet und zugleich robust genug für die rauen Bedingungen eines Zementwerks ist.

Vom konventionellen Schnabelgreifer zur patentierten Spirallösung
Vor dem Hintergrund der engen Platzverhältnisse, der steifen Papiersäcke und der hohen Taktanforderungen begann bei KOCH Robotersysteme die Suche nach einem neuen Greifprinzip. Ein interdisziplinäres Team aus Konstruktion, Projektleitung und Vertrieb entwickelte gemeinsam einen Ansatz, der sich grundlegend vom bisherigen System unterschied und die spezifischen Anforderungen von Salonit Anhovo vollständig erfüllte.

Die zündende Idee entstand aus einem einfachen mechanischen Prinzip: einer Spiralfeder. Inspiriert von der archimedischen Schraube - dem schrittweisen Fördern eines Mediums entlang einer Steigung - überlegte das Team, Leersackbündel kontrolliert "abzuschälen", anstatt sie zu unterfahren. Das Funktionsprinzip ist ebenso elegant wie wirkungsvoll: Die Spirale wird zwischen Palette und Bündel eingeführt und dreht sich kontrolliert unter das Produkt. So entsteht schrittweise Raum, wodurch das Bündel sauber gelöst und aufgenommen werden kann - ohne Verdrehung und Beschädigung der empfindlichen Papiersäcke.

Erste Prototypen wurden im 3D-Druck gefertigt und direkt am realen Produkt getestet. Anfangs zeigte sich, dass Materialfestigkeit und Dauerbelastbarkeit noch nicht ausreichten. In mehreren Iterationen wurden Geometrie, Werkstoffe und Drehrichtung optimiert, während Slow-Motion-Analysen die Bewegungsabläufe verfeinerten. Schließlich erwies sich eine spezifische Linksspindel-Geometrie als technisch überlegen und garantierte einen zuverlässigen, schonenden Greifvorgang - selbst für die unterste Lage der Bündel.

Das Ergebnis ist eine speziell entwickelte Greifertechnik für Industrieroboter mit metallgedruckter Spirale und Kunststoff-Gleitteller, die erstmals die vollautomatische Depalettierung sämtlicher Lagen bei gleichzeitig hoher Taktleistung ermöglicht. Der Vereinzelungsmechanismus ist inzwischen patentiert: Das Design der Spirale und die Art des Untergreifens sind offiziell geschützt. "Ein tolles Produkt", kommentiert Projektleiter Stephan Boll, "und das Beste daran: Es ist ganz einfach - einfach und genial."

Vision-System: Präzise Lageerkennung für maximale Prozesssicherheit
Aufbauend auf der patentierten Spirallösung konnte KOCH Robotersysteme den nächsten Innovationsschritt realisieren: Die Integration eines kamerabasierten Vision-Systems zur kamerabasierten Lageerkennung der Leersackbündel. Gerade unter den widrigen Bedingungen im Zementwerk - staubige Umgebung, extreme Temperaturschwankungen und 24/7-Betrieb - war die präzise Lageerkennung der Bündel entscheidend für einen stabilen Materialfluss.

Das Vision-System arbeitet laserbasiert und nutzt leistungsfähige Laserscanner in der Produktionsautomation, um die exakte Position jedes Bündels auf der Palette zu erfassen. Dabei ist es komplett umgebungslichtunabhängig: Ob gleißender Sonnenschein, Schatten oder Nachtbetrieb - der Laserscanner liefert konstant präzise Ergebnisse. Über die Steuerungssoftware lassen sich zudem neue Lagenbilder integrieren, Plausibilitätsprüfungen durchführen und sogar Qualitätsmerkmale erfassen, wie etwa die korrekte Bestückung der angelieferten Paletten.

Dank der Kombination aus patentiertem Spiralgreifer und intelligenter Bilderkennung gelingt die Depalettierung heute vollautomatisch, ohne manuelle Eingriffe, Verdrehungen oder Beschädigungen. KOCH übernahm dabei nicht nur die Entwicklung der Greifertechnik, sondern auch das komplette Engineering, die Detailplanung, die Montage und Installation der Roboterzelle sowie die Softwareerstellung und Visualisierung über SPS- und Roboter-Steuerung. Zusätzlich wurden praxisorientierte Schulungen für das Bedien- und Instandhaltungspersonal durchgeführt, sodass die Anlage nahtlos in den bestehenden Produktionsprozess von Salonit Anhovo integriert werden konnte.

99,9 % Prozessstabilität durch robotergestützte End-of-Line-Automatisierung
In der Praxis erreicht die Anlage eine Verfügbarkeit von über 99,9 Prozent. Die vollautomatische Leersackdepalettierung läuft im 24/7-Betrieb stabil und ohne manuelle Eingriffe. "Ich war selbst überrascht, wie prozesssicher das am Ende funktioniert hat", berichtet Andreas Lehmler.

Der Footprint der Anlage beträgt rund 3 x 5 Meter und erfüllt damit die engen Platzvorgaben. Die kontinuierliche Versorgung der Hochleistungs-Absackanlage trägt zur Steigerung der Anlagenverfügbarkeit bei und ermöglicht eine deutliche Reduzierung manueller Prozesse im gesamten Bereitstellungsbereich. Für den Betreiber bedeutet dies eine spürbare Produktionsoptimierung und Effizienzsteigerung in der Abfülltechnik.

Auch wirtschaftlich zeigt sich der Effekt: Durch die optimierte Zuführung und hohe Packungsdichte lassen sich Transportkapazitäten besser ausnutzen - mehr Säcke pro Lkw bedeuten weniger Fahrten.

Bedeutung für die Baustoffindustrie
Die realisierte Lösung bei Salonit Anhovo zeigt exemplarisch, wie sich industrielle Robotik und innovative Greifertechnik in die Prozessautomatisierung in der Baustoffindustrie integrieren lassen. Darüber hinaus ist das System ein praktisches Beispiel für Industrie 4.0 in der Zementproduktion, da mechanische Innovation, sensorbasierte Datenerfassung und intelligente Steuerungstechnik nahtlos miteinander vernetzt sind. Die patentierte Spirallösung erweitert das Spektrum der End-of-Line-Automatisierung und ist auf weitere Hochleistungs-Abfüllanlagen übertragbar, bei denen hohe Taktzeiten, instabile Palettenlagen und empfindliche Verpackungen zusammentreffen.

Für Zement- und Baustoffwerke bedeutet dies einen konkreten Beitrag zur nachhaltigen Steigerung der Prozesssicherheit. Die Kombination aus mechanischer Innovation, sensorbasierter Überwachung und robuster Auslegung unter rauen Industriebedingungen verdeutlicht, wie Automatisierung für Zement- und Baustoffwerke praktisch umgesetzt werden kann - effizient, dauerhaft und wirtschaftlich.