Die Entwicklungen des Fraunhofer IVV ermöglichen den Einsatz innovativer, nachhaltiger Materialien, den Umgang mit veränderten Verarbeitungseigenschaften und die Anpassung bestehender Maschinen und Anlagen. Zur nachhaltigen Sicherung der Expertise im Unternehmen stellt das Fraunhofer IVV ein digitales Wissensmanagementsystem vor, das auch bei Fachkräftemangel zu einem reibungslosen Prozessablauf beiträgt, sowie digitale Lösungen für effiziente Prozesse und Strategien zur Erleichterung der Datenführung im Materiallebenszyklus.

»Mit unserem interdisziplinären Know-how – vom Maschinenbau über Materialwissenschaften, Digitalisierung und Automatisierung bis hin zur Ingenieurpsychologie – begleiten wir die Verpackungsindustrie bei der Transformation zu geschlossenen Wertstoffkreisläufen«, freut sich Prof. Dr.-Ing. habil. Marek Hauptmann. Er leitet am Fraunhofer IVV die Abteilung Verpackungs- und Verarbeitungstechnologien und präsentiert auf der interpack mit seinem Team Innovationen für alle Prozessstufen – vom sicheren Material über die Anwendung und Strategien für die Datenführung im Materiallebenszyklus.

Technologien im Stoffstrom Rezyklatmaterialien  

Zum zuverlässigen und effizienten Siegeln von Monofolien hat das Fraunhofer IVV die patentierte innovative Technologie »HIS« entwickelt. Im Vergleich zu herkömmlichen Wärmekontaktverfahren spart diese Methode 95 % Energie und ist flexibel einsetzbar – etwa bei anspruchsvollen Anwendungen wie Hochgeschwindigkeitsprozessen, temperatursensitiven Produkten oder bei stark limitierten Prozessfenstern.

Um die geforderten Rezyklatquoten zu erreichen, ist bei variierenden Rezyklatgehalten und -qualitäten eine belastbare Bewertung der Verarbeitbarkeit der Materialien entscheidend. Die flexible Entwicklungs- und Testanlage »MoTiV« des Fraunhofer IVV ermöglicht die Analyse von Materialeigenschaften, gezielte Tests von Prozessparametern und Werkzeugen sowie die Realisierung von Prototypen ab Stückzahl 1. Die Ergebnisse lassen sich durch eine datengestützte Überführung in konkrete Maschineneinstellungen direkt für die Produktion nutzen.

Die tiefziehfähigen Barrierelacke des Fraunhofer IVV vereinen Produktschutz und Tiefziehfähigkeit in einem recyclingfähigen Monomaterial-Konzept – ohne Prozess- oder Qualitätseinbußen und geeignet für den sicheren und lebensmittelkonformen Einsatz von Rezyklaten bei PP und PET in tiefgezogenen Verpackungen.

Kreislauffähige Verpackungslösungen: faserbasiert, funktional, PPWR-konform

Mit dem neuen Fügeverfahren »Papure« können 100 % recycel- und kompostierbare und gleichzeitig 100 % sicher gesiegelte Papierverpackungen hergestellt werden. »Papure« ermöglicht erstmals das Fügen von Papier ohne Fremdstoffe wie Kunststoffschichten oder Kleber. Dabei wird Papier mittels Laser vorbehandelt und anschließend mithilfe eines speziellen Wärmekontaktsiegelverfahrens gefügt.

Darüber hinaus zeigt das Fraunhofer IVV mit einer Auswahl innovativer, faserbasierter Verpackungsdemonstratoren seine Expertise bei der Entwicklung neuer kreislauffähiger Verpackungslösungen. Dazu zählen tiefgezogene Papierverpackungen mit funktionierender Barrierebeschichtung, sich autonom trennende Multimaterialverpackungen, alternative Verpackungskonzepte aus regionalen Moorpflanzen sowie Beutelverpackungen mit funktionalen Barrieren.

Um ultradünne anorganische Barriereschichten auf Papier und biobasierten Folien aufbringen zu können, hat das Fraunhofer IVV eine spezielle Transferfolie konzipiert. Mit einem indirekten Metallisierungsverfahren werden stabile, reproduzierbare Barriereeigenschaften auch auf unebenen Oberflächen ermöglicht. Die Barriere wird durch einen Transferprozess von der wiederverwendbaren Trägerfolie auf das faserbasierte Material übertragen. Dadurch können selbst anspruchsvolle Produkte zuverlässig geschützt werden. Rezyklierbarkeit und Biobasiertheit bleiben vollständig erhalten, da nur minimale Kunststoffanteile erforderlich sind. Das Verfahren ist mit bestehenden Anlagen kompatibel und erfordert keine hohen Investitionen.

Digitale Lösungen für Unternehmen: Wissen sichern, strukturiert aufbereiten und intuitiv nutzen

Gemäß dem Motto »Ask your company’s chatbot« wurde am Fraunhofer IVV ein digitales Wissensmanagementsystem erarbeitet, damit die wertvolle Ressource Wissen für Unternehmen nicht durch Personalfluktuation oder Renteneintritte verloren geht. Die konkreten Wissensinhalte und -beziehungen werden mithilfe ingenieurpsychologischer Methoden systematisch erfasst und strukturiert. Ein unternehmensspezifisches Wiki mit integriertem Chatbot stellt das Wissen im Bedarfsfall allen Mitarbeitenden einfach und passgenau zur Verfügung.

Zur automatisierten optischen Qualitätsüberwachung und lückenlosen Dokumentation in der Produktion stellt das Fraunhofer IVV das Bedienerassistenzsystem »imageSAM« vor. Damit lassen sich Abweichungen und Fehler im Produktionsprozess automatisch erkennen, Fehlerursachen identifizieren und mit digitalisiertem Anwendungswissen verknüpfen. Bedienende erhalten bei Störungen in Echtzeit passgenaue Handlungsanleitungen zur Fehlerbeseitigung, sodass auch weniger erfahrenes Produktionspersonal Maschineneinstellungen sicher und fehlerfrei vornehmen kann.

Eine weitere digitale Lösung zur Qualifikation von Produktionspersonal sind die am Fraunhofer IVV entwickelten VR-Trainings. In der virtuellen Realität lassen sich Maschinenfunktionen, Prozesszusammenhänge sowie Störungsbeseitigungen zeitlich flexibel und abseits der Produktion trainieren. Individuell angepasste didaktische Konzepte tragen dazu bei, Fehlbedienungen zu reduzieren und Rüstzeiten zu verkürzen. Ein zusätzlicher Editor ermöglicht es zudem, VR-Trainings auch ohne Informatikkenntnisse zu erstellen, zu aktualisieren und zu erweitern.

Datengestützte Messung von Effizienz und Ressourcenverbräuchen sowie Vorhersagen von Produkthaltbarkeiten

Zur datengestützten Erhebung von Energie- und Ressourcenverbräuchen in Verbindung mit der Anlageneffizienz im Herstellungs- und Verpackungsprozess stellt das Fraunhofer IVV das Datenerfassungssystem »VERA« vor. Es kombiniert Verbrauchsmessungen mit den Betriebszuständen der Verarbeitungs- und Verpackungsmaschinen, sodass Verbrauchsdaten pro Verpackung, Maschine bzw. Verfahrensschritt bis auf eine Sekunde genau möglich sind. Damit liefert es Realdaten für Nachhaltigkeitsberichte, z. B. die Corporate Sustainability Reporting Directive (CSRD) und zeigt Optimierungspotenziale auf.

Auch für die komplexe Verpackungsentwicklung liefern digitale Tools für die Haltbarkeitsprognose des Fraunhofer IVV belastbare Entscheidungsgrundlagen. Schon kleine Änderungen an Material, Folienstärke oder Design können Haltbarkeit und Produktqualität beeinflussen. Mithilfe spezieller Simulationen lassen sich verschiedene Szenarien noch vor der industriellen Produktion der Materialien durchspielen, um zu entscheiden, wie die Verpackung konzipiert werden muss, damit Produktschutz und Kunststoffreduktion optimal ausbalanciert werden.

Fachlicher Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. habil. Marek Hauptmann
Abteilungsleiter Verpackungs- und Verarbeitungstechnologien
Heidelberger Str. 20 I 01189 Dresden
Telefon +49 351 43614-52
marek.hauptmann@ivv-dd.fraunhofer.de