UV-Technik für Verpackung und Abfüllanlagen

Auf einer Abfülllinie ist die Verweilzeit im Strahlungsfeld kurz und die Geometrie ungünstig: Ein Verschluss dreht sich, ein Falz liegt im Schatten, eine Folienbahn läuft mit mehreren Metern je Sekunde vorbei. Damit verschiebt sich die entscheidende Größe von der mittleren Leistung der Quelle zur örtlichen Dosis an der ungünstigsten Stelle des Produkts.

UV-Technik tritt in Verpackungs- und Abfüllprozessen in mehreren Rollen auf: als Entkeimung von Verschlüssen, Folien und Behälterhälsen vor dem Füllen, als Härtung von Farben und Lacken auf der bedruckten Verpackung, als Klebstoffhärtung im Zuschnitt und als Anregung fluoreszierender Marker in der Inspektion. Diese Rollen haben unterschiedliche Zielgrößen, teilen sich aber dieselbe Randbedingung – den Takt.

Der Takt ist es, der die Auslegung von der Laborsituation trennt. Wo ein Versuchsaufbau die Dosis über die Zeit erreicht, muss eine Linie sie über die Bestrahlungsstärke erreichen. Eine Verdopplung der Bandgeschwindigkeit halbiert die Dosis, ohne dass sich an der Anlage sichtbar etwas ändert. Deshalb gehört zu jeder Prozessfreigabe die Angabe, bei welcher Geschwindigkeit sie gilt.

Die zweite Eigenheit ist die Form. Eine ebene Folienbahn lässt sich gleichmäßig bestrahlen; ein Schraubverschluss, ein Falz, eine Deckelinnenseite oder eine strukturierte Oberfläche nicht. Diese Stellen erhalten je nach Lage einen Bruchteil der Dosis, die ein Sensor in der Mitte des Feldes anzeigt – und es sind häufig genau die Stellen, auf die es ankommt.

Konstruktiv hilft, was den Einfallswinkel verbessert: Bestrahlung von mehreren Seiten, Reflektoren, ein Drehen des Produkts im Strahlungsfeld, eine längere Bestrahlungsstrecke bei gleicher Geschwindigkeit. Messtechnisch hilft nur, an der ungünstigen Stelle zu messen statt an der bequemen. Für die Validierung heißt das: nicht ein Sensorwert, sondern eine Dosisverteilung über repräsentative Produktpositionen.

Ein Handmessgerät kommt in eine geschlossene, laufende Maschine nicht hinein. Es misst im Stillstand, an einer zugänglichen Stelle, ein paar Mal im Jahr – und damit genau dann nicht, wenn die Linie produziert. Ein fest eingebauter Sensor misst dagegen im Betrieb an einer festgelegten Position. Der absolute Wert an dieser Position ist selten der produktrelevante; sein Verlauf über Wochen ist es sehr wohl, weil Alterung und Verschmutzung der Quelle sich darin abbilden, lange bevor ein Ausfall auftritt.

Für den Einbau in die Anlage sind Inline-Sensoren und SPS-Sensoren mit analogem Ausgangssignal vorgesehen; digitale Anbindung an Steuerung und Chargendokumentation leisten PLC.D und PLC.net. Dass die Quelle über die Betriebsstunden nachlässt und dieser Rückgang messbar vorhersehbar ist, beschreibt die Alterung von UV-Lampen und UV-LEDs.

Für die Entkeimung liefert die Radiometrie die optische Randbedingung – wie viel Strahlung welcher Wellenlänge das Produkt erreicht. Sie ersetzt die mikrobiologische Validierung nicht. Welche Fluenz ein Zielorganismus braucht und wie diese Beziehung ermittelt wird, ist unter UV-Desinfektion beschrieben; die Sicherheitsseite dazu steht unter Sicherheit der UV-Desinfektion.

Für die Härtung von Druckfarben auf Verpackungen gelten die Zusammenhänge des industriellen Drucks; sie sind unter UV-Messung für den industriellen Druck dargestellt. Beide Fälle laufen auf dieselbe Frage hinaus: Welche Dosis hat das einzelne Produkt erhalten – nicht, welche Leistung die Anlage eingestellt hatte.

Was das Produkt tatsächlich erlebt, lässt sich unmittelbar aufzeichnen. Der tinyTracker ist mit 10 Millimetern Bauhöhe flach genug, um mit dem Produktstrom durch eine Bandanlage zu laufen, und zeichnet dabei Bestrahlungsstärke und Dosis auf. Das curelog erfasst bis zu 2000 Messwerte je Sekunde in vier Spektralbereichen und löst damit auch sehr kurze Durchläufe zeitlich auf.

Für wiederkehrende Prüfungen an Anlage und Mustern bleibt das RMD Pro das Arbeitsgerät. Die Kombination ist die übliche: ein mitlaufendes Gerät für die Abnahme und nach jeder Änderung, ein eingebauter Sensor für den laufenden Betrieb.

Angrenzende Anwendungsfelder: Automatisierung und Prozessintegration, UV-Desinfektion.