Arbeitseffizienz um über 300 % gesteigert! So effizient ist das neue Zigarettenschachtel-Inspektionsgerät!

Im Februar 2025 betonte Zhang Jianmin, Parteisekretär und Direktor der staatlichen Tabakmonopolverwaltung und General Manager der China National Tobacco Corporation, bei einer Inspektion in Hunan Tobacco, dass man „Reformen und Innovationen weiter vertiefen, der qualitativ hochwertigen Entwicklung und Modernisierung neuen Schwung verleihen und industrielle Innovationen durch technologische Innovationen fördern und gleichzeitig die digitalen Entwicklungskapazitäten kontinuierlich verbessern“ solle. Diese Richtlinie weist den Weg für technologische Innovationen in der Zigarettenverpackungsindustrie. „Klebeleistung“ ist ein wichtiger Indikator für die Anpassungsfähigkeit von Zigarettenpackungsmaschinen, da die Stärke der Klebeschicht direkt die strukturelle Stabilität von Zigarettenpackungen während der Lagerung, des Transports und des Verkaufs bestimmt. Laut einer Umfrage des Tobacco Packaging Committee der China Packaging Federation aus dem Jahr 2024 liegt die durchschnittliche Ausschussquote inländischer Zigarettenpackungen aufgrund von Kleberproblemen bei 5,7 %, wobei einige kleine und mittlere Unternehmen über 15 % liegen, was zu einem jährlichen direkten wirtschaftlichen Verlust von über 200 Millionen Yuan führt.

Derzeit erfolgt die Prüfung der Klebeleistung fertiger Zigarettenpackungen ausschließlich manuell. Der Testprozess umfasst drei Hauptschritte: Materialvorbereitung, Papierhaftung und Abziehbewertung. Er umfasst mehr als zehn Schritte wie das Ausschneiden von Proben, das Auftragen von Klebstoff, das Pressen, das Abbinden, das Abziehen und die Bewertung, die alle vollständig auf manueller Arbeit basieren. Bei dieser traditionellen Methode gibt es Probleme wie ungenaue Leimmengen, ungleichmäßiges Auftragen, falsch ausgerichtetes Papier und unzureichendes Anpressen, was zu langen Testzeiten, wiederholten Versuchen, hoher Arbeitsintensität und geringer Effizienz führt. Einige Heizgeräte bergen auch Sicherheitsrisiken. Um diese Probleme anzugehen, verfolgte Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (im Folgenden als „Changde Jinpeng“ bezeichnet) einen „gemeinsamen Ansatz vor- und nachgelagerter Industrieunternehmen“ und entwickelte durch Benchmarking vor Ort und gemeinschaftliche Innovation erfolgreich ein Gerät zum Testen der Klebeleistung von Verpackungspapier. Dieser Artikel erläutert systematisch den Hintergrund, den technischen Plan, die Implementierungsergebnisse und den Werbewert des Geräts und soll als Referenz für die Qualitätsprüfung technologischer Innovationen in der Branche dienen.

Technischer Hintergrund und Problemanalyse

01/ Technische Bedeutung der Klebeleistung

Die Klebeleistung bezieht sich auf den Prozess, der auf dem Mechanismus des Klebeversagens basiert und den Klebepressschritt bei der Bildung von Zigarettenpackungen simuliert. Zwei Proben werden miteinander verbunden und dann zerstörerisch auseinandergezogen. Werden die Papierfasern durch den Kleber auseinandergezogen, gilt die Klebeleistung als bedingt. Dieser Leistungsindikator spiegelt direkt die Verträglichkeit zwischen Klebstoff und Papiersubstrat wider und ist ein wichtiger Parameter zur Gewährleistung der Stabilität der Verpackungsstruktur.

02/ Traditionelle Testmethoden und ihre Probleme

Derzeit müssen alle Zigarettenschachteln vor Verlassen des Werks auf ihre Klebeleistung getestet werden. Der Testprozess kann in drei Hauptphasen unterteilt werden: „Materialvorbereitung“, „Papierhaftung“ und „Abziehbewertung“. Zu den spezifischen Arbeitsschritten gehören: Entnehmen der zu testenden Probe aus dem Probenbeutel → Schneiden Sie den Klebebereich der Probe auf 20 mm × 50 mm ab → Ziehen Sie Kleber mit einer Spritze auf (wie in Abbildung 1 gezeigt) → Tropfen Sie Kleber auf den Klebebereich → Verteilen Sie den Kleber gleichmäßig mit einer sauberen Pipette → Richten Sie die Papierrückseite am Klebebereich aus → Heißpressen mit einem Siegelgerät (wie in Abbildung 2 gezeigt) → Lassen Sie es 30 Minuten lang horizontal stehen → Ziehen Sie die beiden verklebten Oberflächen manuell vollständig voneinander ab → Sichtprüfung um zu sehen, ob die Papierfasern beschädigt sind.

Abbildung 1 Manuelles Absaugen von Gel

Abbildung 2 Heißsiegelpresse

Nach der Analyse weist der obige vollständig manuelle Betriebsprozess die folgenden Probleme auf:

(1) Geringe Effizienz: Einzelne Tests im Labor dauern zu lange, der gesamte Prozess dauert etwa 35 Minuten. Nach einer Inspektionsanfrage muss lange auf Feedback gewartet werden, was den Anforderungen einer Echtzeit-Produktionsüberwachung nicht gerecht wird.

(2) Sicherheitsrisiken: Bei einigen Testschritten sind Heizgeräte erforderlich, und der manuelle Betrieb birgt Risiken wie Verbrennungen und elektrische Gefahren.

(3) Unzureichende Genauigkeit: Aktuelle Testmethoden sind relativ grob. Die Kontrolle der Leimmenge hängt von der Erfahrung des Bedieners ab und die Gleichmäßigkeit der Beschichtung kann nicht garantiert werden, was zu einer geringen Präzision der Testdaten führt und es schwierig macht, eine verfeinerte Qualitätskontrolle zu unterstützen.

(4) Hohe Nachprüfungsrate: Der gesamte Prozess wird manuell durchgeführt und wichtige Schritte (wie Leimabkratzen, Ausrichten und Pressen) sind fehleranfällig und führen zum Scheitern des Experiments. Die Nachprüfungsrate beträgt bis zu 50 %, was nicht nur die Arbeitsbelastung erhöht, sondern auch Testressourcen verschwendet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass herkömmliche manuelle Prüfmethoden den Anforderungen der modernen Zigarettenpackungsindustrie an eine präzise und effiziente Qualitätskontrolle nicht mehr gerecht werden. Es besteht ein dringender Bedarf, ein standardisiertes, automatisiertes Prüfgerät zu entwickeln, um menschliche Eingriffe grundsätzlich zu eliminieren.

Lösung und technische Prinzipien

01/ Forschungsziele und Gesamtansatz

Um die oben genannten Probleme anzugehen, hat sich unser Projektteam das folgende Entwicklungsziel gesetzt: die Entwicklung eines Geräts zum Testen der Klebeleistung von Verpackungspapier, das den Testprozess standardisiert und automatisiert, die Menge und Gleichmäßigkeit des aufgetragenen Klebers effektiv kontrolliert, ein sicheres und festes Heißpressen gewährleistet und die Testeffizienz und Datenzuverlässigkeit erheblich verbessert. Der technische Gesamtansatz besteht darin, Funktionen wie Leimabstreifen, Übertragen, Erhitzen und Pressen in einem einzigen Gerät zu integrieren und so vereinzelte manuelle Vorgänge in einen kontinuierlichen automatisierten Prozess umzuwandeln; eine präzise Steuerung wichtiger Prozessparameter durch eine präzise mechanische Struktur erreichen; und menschliche Faktoren durch standardisierte Betriebsabläufe eliminieren.

02/ Gerätestrukturdesign

Das entwickelte Gerät zum Testen der Klebeleistung von Verpackungspapier gehört zum Bereich der Verpackungsklebetechnik und umfasst hauptsächlich drei Funktionsmodule, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3 Gerät zum Testen der Klebstoffleistung von Verpackungspapier (links: schematisches Diagramm, rechts: reales Gerät)

(1) Basis: Dient als tragende Plattform für das gesamte Gerät und integriert die Installation des Schabemechanismus, des Rollmechanismus und des Laminiermechanismus. Es sorgt dafür, dass die räumliche Positionierung jedes Funktionsmoduls genau aufeinander abgestimmt ist und ermöglicht so kontinuierliche Testprozesse.

(2) Schabemechanismus: Wird verwendet, um überschüssigen Leim aus der Leimbürstenrinne in die Überlaufrinne zu kratzen und den Leim zu nivellieren. Dieser Mechanismus verfügt über eine präzise Einstellvorrichtung für den Schaberspalt, um die Dicke der Leimschicht innerhalb eines voreingestellten Bereichs zu steuern und so eine gleichmäßige und gleichmäßige Dicke sicherzustellen.

(3) Rollmechanismus: Wird verwendet, um das Verpackungspapier nach dem Schaben auf die Leimschicht zu drücken und so den Leim auf das Papier zu übertragen. Der Mechanismus wird von einer Antriebseinheit gesteuert, die dafür sorgt, dass die Walze den Leim mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Druck aufträgt, wodurch Probleme wie Geschwindigkeitsschwankungen oder ungleichmäßiger Druck beim manuellen Rollen vermieden werden.

(4) Laminiermechanismus: Wird bei Klebetests verwendet, um einen kontrollierten Druck und ein kontrolliertes Timing auf das geklebte Verpackungspapier auszuüben, das in der Laminiermulde platziert ist, und so den Laminiervorgang in der tatsächlichen Druck- und Verpackungsproduktion zu simulieren. Dieser Mechanismus umfasst ein elektrisches Heizmodul zur präzisen Steuerung von Presstemperatur und -zeit.

03/ Standardisierter Testprozess

Basierend auf dem entwickelten Gerät wurde folgender standardisierter Prüfprozess etabliert:

(1) Probenahme: Pro Charge sollten mindestens 5 Blätter beprobt werden. Die Proben sollten flach, unbeschädigt und frei von Anhaftungen sein und die Größenanforderung von mindestens 300 mm × 300 mm erfüllen. Jede Probe sollte die Papierlaufrichtung und Vorder-/Rückseite aufweisen und in einem Beutel versiegelt sein.

(2) Temperatur- und Feuchtigkeitskonditionierung: Proben sollten unter den in GB/T 10739 angegebenen Bedingungen konditioniert werden, um Umwelteinflüsse auf die Ergebnisse auszuschließen.

(3) Probenschneiden: Schneiden Sie die Proben in Probe 1 (98 mm × 42 mm) und Probe 2 (98 mm × 50 mm) und stellen Sie sicher, dass die lange Seite (98 mm) parallel zur Faserrichtung verläuft, um eine Übereinstimmung mit der Produktionsspannungsrichtung zu gewährleisten.

(4) Kleberauftrag: Nehmen Sie mit einem Kleberabsauger eine festgelegte Menge Kleber und injizieren Sie ihn in den Punktkleberbehälter des Kleberprobenvorbereitungsmoduls.

(5) Schaben: Der Schaber bewegt überschüssigen Kleber automatisch um den Punktbehälter herum in die Überlaufrinne und nivelliert den Kleber, sodass eine gleichmäßig dicke Schicht entsteht.

(6) Kleberübertragung: Legen Sie Probe 1 (98 mm × 42 mm) mit der Vorderseite nach oben in das Klebermodul. Starten Sie den Rollenmechanismus, um die Probe mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Druck auf die ebene Leimschicht zu drücken und so eine gleichmäßige Leimübertragung sicherzustellen.

(7) Laminierung: Entfernen Sie Probe 1 mit Klebstoff und legen Sie sie in den Steckplatz für das elektrische Heizmodul der Laminierungsfunktion ein, wobei die geklebte Seite nach oben zeigt und an der Vorderseite von Probe 2 ausgerichtet ist. Stellen Sie die Temperatur des elektrischen Heizmoduls ein und starten Sie die Heißpressvorrichtung, um Probe 1 und Probe 2 zusammenzupressen.

(8) Probeninstallation: Nehmen Sie die laminierte Probe aus der Klebevorrichtung, legen Sie ein Ende von Probe 2 in den festen Schlitz des Schältestgeräts und klemmen Sie das andere Ende von Probe 1 mit der Zugvorrichtung fest.

(9) Schältest: Wie in Abbildung 4 gezeigt, verwenden Sie einen Schälwinkel von 150 Grad und eine Prüfgeschwindigkeit von 600 mm/s mit der Zugvorrichtung. Zeichnen Sie die Abziehkraftkurve auf und bestimmen Sie den Fehlermodus (Papierfaserfehler oder Fehler an der Klebeschnittstelle).

Abbildung 4: Zigarettenschachtel-Abschältest

04/ Wichtige technologische Durchbrüche

Dieses Gerät hat in den folgenden drei Bereichen technologische Durchbrüche erzielt:

(1) Integriertes Design: Durch die Integration der drei Hauptfunktionsmodule -Kleberabziehen, Rollen und Laminieren- in einer einzigen Basis wird der gesamte Prozess bei Klebstoffleistungsexperimenten standardisiert, einschließlich Auftragen von Klebstoff, Nivellieren der Klebstoffschicht, Übertragen von Klebstoff und Laminieren, wodurch Fehler zwischen den Schritten vermieden werden.

(2) Präzise Parametersteuerung: Der Schabemechanismus gewährleistet eine gleichmäßige Dicke der Klebeschicht (Fehler kleiner oder gleich 0,01 mm); Der von einem Servosystem angetriebene Rollmechanismus steuert die Rollen, um den Klebstoff mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Druck zu übertragen, mit einer Geschwindigkeitsgenauigkeit von ±0,1 mm/s und einer Druckgenauigkeit von ±0,5 N; Der Laminiermechanismus kann den Laminierdruck (±1 N), die Temperatur (±1 Grad) und die Zeit (±0,1 s) präzise einstellen und so die tatsächlichen Produktionsbedingungen genau simulieren.

(3) Standardisierter Betrieb: Alle Vorgänge werden über eine Mensch-{1}}Maschinenschnittstelle festgelegt und nach einem-Klickstart wird der gesamte Prozess automatisch abgeschlossen. Dadurch werden Fehler, die durch manuelle Bedienung verursacht werden, wie z. B. ungenaue Leimmenge, ungleichmäßiger Auftrag, falsch ausgerichtetes Papier oder unzureichendes Andrücken, vollständig eliminiert und die Wiederholbarkeit und Vergleichbarkeit der Testergebnisse gewährleistet. Der Vergleich des Vorher-und-Nachher-Testprozesses ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5 Vergleich des Erkennungsprozesses vor und nach der Verbesserung

Technische Effekte und Datenanalyse

01/ Analyse der Effizienzverbesserung

Nach mehreren computergestützten Überprüfungen und tatsächlichen Tests hat dieses Gerät erhebliche Verbesserungen bei der Erkennungseffizienz erzielt. Die Gesamtzeit für eine einzelne Erkennung verringerte sich von 2057 Sekunden bei herkömmlichen manuellen Methoden auf 442 Sekunden, was einer Steigerung der Arbeitseffizienz um 365,38 % entspricht. Die Erfolgsquote des gesamten Erkennungsprozesses erreichte 100 %, und die Rate der erneuten Inspektionen sank von 50 % auf 0, was den Arbeitsaufwand für die Bediener erheblich reduzierte.

02/ Erkennungsgenauigkeit und Zuverlässigkeit

Kundenfeedback: „Das Design dieses Geräts ist wissenschaftlich und vernünftig, einfach zu bedienen, hochpräzise und stabil. Es überwindet effektiv die Verzögerungen und Datenabweichungen, die bei früheren manuellen Testmethoden festgestellt wurden, und bietet starke technische Unterstützung für die Verbesserung unserer Kontrolle über die Klebequalität von Verpackungspapier.“

03/ Sicherheitsverbesserungen

Bei herkömmlichen manuellen Tests werden Heizgeräte wie Heißsiegelgeräte verwendet, bei denen die Gefahr von Verbrennungen und elektrischen Gefahren besteht. Dieses Gerät integriert das Heizmodul mittels Wärmedämmung und automatischer Temperaturregelung in eine geschlossene Verbundstruktur. Der Bediener muss Teile mit hoher-Temperatur nicht berühren, wodurch die Gefahr von Verbrennungen vollständig ausgeschlossen ist.

Sozialer Nutzen und Anwendungswert

01/ Direkte wirtschaftliche Vorteile

Durch die Vorhersage der Klebeleistung von Papier im Voraus reduziert dieses Gerät effektiv Abfall und Nacharbeit bei der Verpackungsproduktion. Es wird geschätzt, dass bei einer breiten Anwendung in der gesamten Branche die Ausschussrate fertiger Zigarettenpackungen aufgrund von Klebeproblemen von durchschnittlich 5,7 % auf unter 2 % gesenkt werden könnte. Gleichzeitig können durch die verbesserte Erkennungseffizienz erhebliche Arbeitskosten eingespart werden, sodass die Arbeitskosten pro Erkennung um etwa 80 % sinken.

02/ Technologische Führung

Durch den standardisierten Betrieb dieses Geräts kann die Klebeleistung verschiedener Leimarten gemessen und Formulierungen, die für Zigarettenpackungspapier, Tinten und Beschichtungsprozesse geeignet sind, effizient überprüft werden. Dies verkürzt den F&E-Zyklus für die Auswahl des Leims und die Verbesserung der Rezeptur, geht präzise auf praktische Probleme bei der Herstellung von Zigarettenpackungen wie Delamination, Abblättern, Leimüberlauf und Kleben ein und etabliert ein Kompatibilitätsbewertungssystem zwischen Leim und Zigarettenschachtelpapier.

03/ Industriekettensynergie

Das Projekt verfolgt einen gemeinsamen Ansatz in der gesamten vor- und nachgelagerten Industriekette und integriert die technischen, talentierten und ausrüstungsbezogenen Ressourcen der vorgelagerten Leimforschung und -entwicklung, des mittleren Zigarettenpackungsdrucks und der nachgelagerten Produktionsunternehmen für Zigarettenverpackungen. Dies überwindet die Informations- und Technologiebarrieren zwischen den einzelnen Gliedern und bildet ein vollständiges technisches Optimierungssystem-von den Rohstoffen bis zum fertigen Produkt, fördert die Effizienz, Präzision und Intelligenz der Zigarettenverpackungsindustrie und stärkt die zentrale Wettbewerbsfähigkeit der Branche.

04/ Beitrag zur Industriestandardisierung

Dieses Projekt entwickelte erfolgreich Chinas erstes Gerät zum Testen der Klebeleistung von Verpackungspapier und erreichte damit eine Branchenneuheit. Um die einheitlichen technischen Spezifikationen verschiedener Unternehmen und Prüfinstitutionen zu erfüllen, standardisierte das Projektteam die Forschungsergebnisse, förderte den technischen Fortschritt und die Qualitätsverbesserung von Faltschachteln und Rohstoffen (Papier) in der Verpackungs- und Druckindustrie und verbesserte die Ressourcenkoordination und Innovationsfähigkeiten in vor- und nachgelagerten Unternehmen.

Zukünftig wird das Forschungsteam die Intelligenz des Geräts weiter optimieren, indem es ein automatisches Bewertungssystem entwickelt, das auf maschinellem Sehen basiert und eine vollständig unbemannte Erkennung der Klebeleistung ermöglicht. Gleichzeitig wird es Anwendungen des Geräts zum Testen der Klebeeigenschaften anderer Verpackungsmaterialien (z. B. Kunststoff- und Metallfolien) untersuchen und so einen größeren Beitrag zur Innovation in der Technologie zur Prüfung der Verpackungsqualität leisten.