Zykluszeit bei der Absackung reduzieren: Taktung optimieren

Der Takt einer Absackanlage bestimmt, wie viele Säcke pro Stunde die Linie verlassen – und damit die Obergrenze dessen, was ein Auftrag in einer Schicht leisten kann. Bei 12 Sekunden Zykluszeit sind es 300 Säcke pro Stunde. Bei 8 Sekunden sind es 450. Vier Sekunden Unterschied pro Sack klingen nach wenig – hochgerechnet auf eine Achtstundenschicht sind es 1.200 Säcke mehr.

Aber die Zykluszeit ist keine Einzelzahl – sie setzt sich aus mehreren Teilzyklen zusammen, und der langsamste bestimmt den Gesamttakt. An einer Absackanlage sind das: Sackaufsteckung, Dosierung, Befüllung, Versiegelung, Abwurf. Wer den Engpass unter diesen fünf Schritten identifiziert, findet den größten Hebel – und vermeidet die häufigste Fehlinvestition: eine schnellere Dosierung zu kaufen, während die manuelle Sackaufsteckung den Takt begrenzt.

Dieser Artikel zerlegt die Zykluszeit einer Absackanlage in ihre Bestandteile, zeigt die typischen Engpässe und die Methoden, den längsten Teilzyklus zu verkürzen.

Die Zykluszeit – im Absackumfeld oft synonym mit Taktzeit verwendet – misst die Zeit für einen vollständigen Maschinenzyklus: vom Moment, in dem ein leerer Sack den Füllstutzen erreicht, bis zum Moment, in dem der gefüllte, verschweißte Sack die Station verlässt und der nächste Zyklus beginnen kann. Die Einheit ist Sekunden pro Sack. Die Umrechnung in Durchsatz ist direkt: 3.600 geteilt durch die Zykluszeit in Sekunden ergibt die Säcke pro Stunde. Bei 12 Sekunden sind das 300, bei 10 Sekunden 360, bei 8 Sekunden 450.

Die Abgrenzung zur Durchlaufzeit ist die Paar-Logik dieses Artikels: Die Zykluszeit als Teil der Durchlaufzeit misst nur die reine Maschinenzeit pro Sack. Die Durchlaufzeit misst die gesamte Auftragszeit inklusive Rüsten, Warten und Transportieren. Der Durchlaufzeit-Artikel zeigt, dass die Zykluszeit typischerweise nur 30 bis 50 Prozent der Gesamtdurchlaufzeit ausmacht – aber sie ist der Faktor, der den theoretischen Maximaldurchsatz bestimmt. Wenn die Zykluszeit den Bedarf nicht deckt, hilft keine organisatorische Optimierung der übrigen Zeitanteile.

Kletti und Schumacher verankern die Zykluszeit im OEE-Framework: Der Leistungsgrad als Verhältnis von Ist- zu Nenn-Zykluszeit zeigt, wie nah die Anlage an ihrem theoretischen Maximum arbeitet. Eine Anlage mit einer Nenn-Zykluszeit von 10 Sekunden, die tatsächlich 12 Sekunden braucht, hat einen Leistungsgrad von 83 Prozent – 17 Prozentpunkte gehen durch Kurzstillstände und reduzierte Geschwindigkeit verloren, ohne dass die Anlage jemals als „gestört“ gemeldet wird. Genau diese versteckten Leistungsverluste werden sichtbar, wenn man die Zykluszeit in ihre Teilzyklen zerlegt.

Jeder Sack durchläuft an einer Absackanlage eine feste Sequenz von Prozessschritten – und jeder Schritt hat seine eigene Zeitdauer, die von der Anlagenkonfiguration, dem Automatisierungsgrad und dem Schüttgut abhängt. Der Gesamttakt ist nicht die Summe aller Teilzyklen, sondern – bei modernen Anlagen mit Parallelisierung – die Dauer des längsten Einzelschritts plus der Übergabezeiten zwischen den Stationen. Aber um den Engpass zu finden, muss man jeden Teilzyklus einzeln kennen:

Die Tabelle zeigt zwei Muster, die für die Engpassanalyse entscheidend sind:

Erstens: Die Sackaufsteckung ist bei manueller Bedienung der mit Abstand längste Einzelschritt – 5 bis 10 Sekunden, während alle anderen Schritte zusammen 9 bis 20 Sekunden dauern. Der Bediener ist der Engpass, nicht die Maschine. Automatische Sackaufsteckung halbiert diesen Teilzyklus auf 2 bis 3 Sekunden und verschiebt den Engpass zur Dosierung – wo er hingehört, weil die Dosierzeit durch das Produkt bestimmt wird, nicht durch den Bediener.

Zweitens: Die Dosierung (Grob- plus Feinphase) ist der Teilzyklus, der am stärksten vom Schüttgut abhängt. Ein frei fließendes Granulat mit 600 g/l Schüttdichte ist in 4 bis 5 Sekunden dosiert. Ein kohäsives Pulver mit 50 g/l, das zur Brückenbildung neigt und nach dem Dosierstopp nachströmt, braucht 8 bis 11 Sekunden – nicht weil die Maschine langsamer ist, sondern weil das Produkt langsamer fließt und der Nachstrom länger dauert. Höhere Messauflösung beschleunigt die Dosierung, weil die Wägesteuerung den Umschaltpunkt zwischen Grob- und Feinstrom präziser setzen und den Dosierstopp früher auslösen kann – jede Millisekunde genauere Messung spart Sekunden in der Feinphase.

Die Versiegelung ist selten der Engpass – Ultraschallverschweißung mit 1 bis 2 Sekunden ist schneller als jeder andere Teilzyklus. Aber sie kann zum Engpass werden, wenn thermische Schweißung eingesetzt wird (3–5 Sekunden) oder wenn die Sonotrode verschlissen ist und die Schweißenergie nicht mehr ausreicht, sodass Doppelschweißungen nötig werden.

Der Engpass ist der Teilzyklus, der den Gesamttakt bestimmt – alle anderen Stationen warten auf ihn. Ihn zu identifizieren ist die Voraussetzung für jede sinnvolle Optimierung, weil jede Sekunde, die am Engpass gewonnen wird, den Durchsatz der gesamten Linie erhöht – während eine Sekunde, die an einer Nicht-Engpass-Station gewonnen wird, nur die Wartezeit dieser Station verlängert.

An Absackanlagen verschiebt sich der Engpass je nach Anlagenkonfiguration und Produkt:

Bei manueller Bedienung dominiert die Sackaufsteckung. Mit 5 bis 10 Sekunden pro Sack ist sie der längste Einzelschritt und gleichzeitig der variabelste – Ermüdung über die Schicht, Sackformat, Erfahrung des Bedieners. Automatische Sackaufsteckung verkürzt den Teilzyklus auf 2 bis 3 Sekunden und verschiebt den Engpass zur Dosierung. Damit löst sie nicht nur ein Zeitproblem, sondern ein Varianzproblem: Der Takt wird reproduzierbar, weil er nicht mehr vom Menschen abhängt.

Bei feinen Pulvern dominiert die Feindosierung. Je leichter und kohäsiver das Schüttgut, desto länger dauert die Feinphase – weil der Materialstrom bei niedrigem Förderdruck langsamer fließt und der Nachstrom nach dem Dosierstopp länger anhält. Bei ultrafeinen Pulvern unter 50 µm kann die Feinphase allein 5 bis 8 Sekunden dauern – mehr als die Sackaufsteckung, die Versiegelung und der Abwurf zusammen. Der Hebel liegt dann nicht in der Mechanik, sondern in der Wägesteuerung: Höhere Messauflösung beschleunigt die Dosierung, weil der Umschaltpunkt zwischen Grob- und Feinstrom präziser gesetzt und der Dosierstopp bei geringerem Restnachstrom ausgelöst werden kann. Wie Genauigkeitsklassen die Dosiergeschwindigkeit beeinflussen, beschreibt der Fachartikel zu Eichfehlergrenzen und Überfüllung.

Bei Produktwechseln unterbricht die Rüstzeit den Takt vollständig. Das ist streng genommen kein Teilzyklus der Zykluszeit, sondern ein Einbruch in die Durchlaufzeit – aber er wirkt sich auf den effektiven Durchsatz pro Schicht genauso aus wie eine langsame Dosierung. Ein Betrieb mit vier Produktwechseln à 40 Minuten verliert 160 Minuten pro Schicht – bei 300 Säcken pro Stunde sind das 800 Säcke, die nicht produziert wurden. Produktwechsel als Taktunterbrecher sind deshalb der Grund, warum SMED in der Zykluszeit-Optimierung eine Rolle spielt, obwohl SMED eigentlich ein Durchlaufzeit-Thema ist.

Die Analysemethode ist einfach: Jeden Teilzyklus einzeln messen, über mindestens 50 Zyklen mitteln, den längsten identifizieren – dort liegt der Hebel. Die Messung zeigt häufig, dass der wahrgenommene Engpass nicht der tatsächliche ist: Produktionsleiter vermuten den Engpass bei der Dosierung, weil sie die technisch komplexeste Station ist – die Messung zeigt, dass die manuelle Sackaufsteckung oder die Wartezeit auf den Palettenwechsel den Takt bestimmt.

Drei Methoden wirken direkt auf den Maschinentakt – jede an einer anderen Stelle des Engpasses:

Parallelisierung: Teilzyklen überlappen statt aneinanderreihen. In einer sequenziellen Linie wartet jede Station, bis die vorherige fertig ist. In einer parallelisierten Linie beginnt die nächste Sackaufsteckung, während der gefüllte Sack noch abtransportiert wird. Der Abwurf fällt aus dem kritischen Pfad – er kostet keine Zykluszeit mehr, weil er parallel zum nächsten Aufsteckvorgang läuft. Die automatische Sackaufsteckung verkürzt den Teilzyklus direkt und ermöglicht diese Parallelisierung gleichzeitig, weil der Automat den nächsten Sack bereitstellt, ohne auf den Bediener zu warten.

Dosieroptimierung: Präzisere Messung statt schnellerer Förderung. Die intuitive Antwort auf eine langsame Dosierung ist: mehr Förderdruck, schnellerer Materialstrom. In der Praxis führt das zu Überfüllung, erhöhtem Nachstrom und schlechterer Reproduzierbarkeit. Der wirksamere Hebel ist die Messseite: Eine Wägesteuerung mit höherer Auflösung kann den Umschaltpunkt Grob/Fein früher setzen und den Dosierstopp präziser auslösen. Die Feinphase wird kürzer, weil die Waage schneller erkennt, wann der Sollwert erreicht ist. Nachstromkorrektur – die automatische Kompensation des Materials, das nach dem Dosierstopp noch in den Sack rieselt – verkürzt die Feinphase zusätzlich um die Wartezeit auf den stabilen Messwert.

Abfüllprinzip: Physikalische Grenzen durch Technologiewechsel verschieben. Wenn die Dosierzeit durch das Produkt begrenzt ist – kohäsives Pulver, das nicht schneller fließen kann –, hilft keine Parameteroptimierung mehr. Dann ist die Frage, ob ein anderes Abfüllprinzip den physikalischen Engpass umgeht. Vakuumabsackung erzeugt einen Unterdruck, der das Pulver aktiv in den Sack zieht, statt es passiv einrieseln zu lassen – bei ultrafeinen Pulvern kann das die Eintraggeschwindigkeit erheblich steigern. Das ist keine Optimierung im Rahmen der bestehenden Anlage, sondern eine Technologieentscheidung – aber sie löst einen Engpass, den keine Parameteranpassung lösen kann.

Wer die Zykluszeit kennt, kennt den Maximaldurchsatz. Wer die Teilzyklen kennt, weiß, wo der Engpass liegt. Und wer den Engpass kennt, weiß, welche Maßnahme den größten Effekt hat: automatische Sackaufsteckung, wenn der Bediener den Takt begrenzt. Dosieroptimierung, wenn das Produkt den Takt begrenzt. Technologiewechsel, wenn die Physik den Takt begrenzt. Die systematische Verkürzung des längsten Teilzyklus hat mehr Effekt als die Optimierung aller anderen zusammen. Die Absackoptimierung der Produktion beginnt am Engpass – nicht am Durchschnitt.

Quellen

Kletti, Jürgen / Schumacher, Jochen: Die perfekte Produktion. 2. Auflage, Springer Vieweg, Berlin Heidelberg 2014.