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Automatisieren | Kontinuierliche Reitermaschinen aus dem hessischen Wettenberg verarbeiten bis zu 60 Reiterbeutel pro Minute. Die hohe Ausbringung ist das Ergebnis perfekt aufeinander abgestimmter Bewegungen von bis zu neun Servoachsen.

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Automatisieren | Kontinuierliche Reitermaschinen aus dem hessischen Wettenberg verarbeiten bis zu 60 Reiterbeutel pro Minute. Die hohe Ausbringung ist das Ergebnis perfekt aufeinander abgestimmter Bewegungen von bis zu neun Servoachsen. Diese sind elektronisch an eine Leitachse, teils im Getriebe-, teils im Kurvengleichlauf gekoppelt. Schnell, geschmeidig und extrem flexibel koordiniert wird das Ganze von einer SPS mit umfassenden, PLCopen-konformen Technologiefunktionen an Bord.

Innovative Verpackungsmaschinen kommen häufig aus dem Raum Gießen. Dazu zählt auch die Kopas Verpackungsmaschinen GmbH aus Wettenberg. Seit über 25 Jahren entwickelt und baut Josef Kopas in eigener Regie individuell auf die Produkte und die geforderte Ausbringung abgestimmte vertikale Schlauchbeutelmaschinen, wahlweise intermittierend oder kontinuierlich arbeitend. Dabei konzentriert er sich mit seinem zwölfköpfigen Team auf den technologischen Kern, lässt Bauteile bei qualifizierten Firmen in der Region fertigen, montiert, elektrifiziert und automatisiert die Maschinen im eigenen Haus, um sie dann getestet vor Ort in Betrieb zu nehmen. In punkto Automatisierungstechnik setzt das mittelständische Unternehmen seit etwa sechs Jahren durchgängig auf Komponenten von Siemens. „Anders als vorher gibt es damit keinerlei Diskussionen mehr mit unseren Kunden, zu rund 70 Prozent führende Unternehmen der Lebensmittelbranche. Die Steuerungs- und Antriebstechnik von Siemens ist weltweit bekannt, bei Bedarf bekommen die Anwender überall schnell Ersatzteile und auch Support dafür“, begründet Josef Kopas seine Präferenz.

Seit ihrer Markteinführung sind Simatic Technologie-CPUs neuer Standard an allen kontinuierlich arbeitenden „Speed“-Schlauchbeutel- und Reitermaschinen von Kopas. Die derzeit verfügbaren Technologie-Controller Simatic 315T-2DP und 317T-2 DP integrieren PLC- und umfassende Technologiefunktionen in einem Gerät. Darüber hinaus ist auch eine Variante mit integrierten Sicherheitsfunktionen erhältlich (317TF-2 DP). Die zusätzlichen, PLCopen-konformen Technologiefunktionen werden in Form der Bausteinbibliothek S7-Technology in das Engi-
neeringsystem Simatic Step 7 eingebunden und stehen dann wie Standard-Bausteine zur Verfügung. Genau das war für den Maschinenbauer ein wesentliches Argument, denn so kann jeder versierte Simatic-Programmierer damit umgehen und auch das Wartungspersonal der Anwender muss nicht erst lange geschult werden. Zur Auswahl stehen Funktionsbausteine für die einfache Umsetzung anspruchsvoller Motion-Control-Aufgaben wie lagegeregeltes Positionieren, Getriebegleichlauf, Kurvengleichlauf, Druckmarkenkorrektur, Fahren auf Festanschlag sowie weg- oder zeitabhängiges Nockenschalten.

Die Achsen aller kontinuierlich arbeitenden Maschinen sind mit Umrichtern der Baureihe Sinamics S120 und Servomotoren 1FK7 von Siemens ausgerüstet. Die Kommunikation zwischen Steuerung und der Sinamics Control Unit CU320 erfolgt über den taktsynchronen Profibus DP(Drive). Alle Achsen werden elektronisch, über eine „virtuelle Kurve“, wie Josef Kopas das nennt, von der Technologie-CPU präzise aufeinander abgestimmt. Das führt auch bei höchsten Produktionsgeschwindigkeiten zu einem extrem ruhigen, geschmeidigen Laufverhalten. Außerdem kann jede Achse separat und damit das Gesamtsystem hochflexibel an unterschiedliche oder schwankende Produktionsbedingungen angepasst werden. Auch dafür hat der gebürtige Slowake ein Faible: „Der schnellste Maschinentakt bringt nichts ein, wenn ich bei jeder kleinen Veränderung händisch irgendwelche mechanischen Komponenten nachjustieren muss. An unseren Speed-Maschinen kann alles komfortabel am Bedien-Panel eingestellt und beobachtet, nach einer Referenzfahrt die Produktion gestartet werden.“

Bei Reitermaschinen weltweit führend
Zu den komplexesten Maschinen und den Spezialitäten von Kopas zählen sogenannte Reitermaschinen, das sind Schlauchbeutelmaschinen mit einer oder zwei integrierten Reiteraufsetzeinrichtungen (Mono/Duplex). Damit werden auf die Beutel gleich nach dem Siegeln beschichtete oder unbeschichtete (meist bedruckte und mit Rund- oder Euroloch versehene) Pappreiter gefaltet, aufgesetzt und verschweißt.

Der Arbeitsablauf einer kontinuierlich arbeitenden „Speed“-Reitermaschine setzt sich zusammen aus folgenden – über einzelne Servoachsen realisierten – Schritten, die abhängig vom Ausbaugrad von einer Simatic 315T (bis acht Achsen) oder 317T (bis 32 Achsen) koordiniert werden:

Folienvorabzug zur Entlastung des eigentlichen Abzugs und Einhaltung einer konstanten Bahnspannung (über eine Tänzerrolle). Mit integrierter Bahnkantensteuerung über Lichtschranken und Linearmotor für die Querverstellung.

Folienabzug über eine Formschulter und beidseitig am Füllrohr ansetzende Bänder. Hierbei sorgen zwei im Getriebegleichlauf drehende Servomotoren über Planetengetriebe bei Abzugsgeschwindigkeiten von etwa 12 m/min (ohne Reiter theoretisch bis 32 m/min) für absolut parallelen Abzug und damit hochwertige Beutel. Der Folienabzug ist Master für alle anderen Achsbewegungen.

Längssiegelung über eine mitfahrende Einheit.

Quersiegelung über den in Durchlaufrichtung mitfahrenden Balkenstuhl. Wahlweise initiiert über ein Messrad (Inkrementalgeber) oder Druckmarken. Kopas bevorzugt die zweite, schlupffreie Variante und eine Photozelle als externen Geber (bei unbedruckten Folien macht man sich mit dem ohnehin vorhandenen Thermodrucker oft selbst eine Druckmarke). Das Befüllen startet schon in der Abwärtsbewegung, was die absolute Füll-/Fallgeschwindigkeit reduziert und somit das Produkt schont.

Abtrennen des verschlossenen Beutels durch ein pneumatisches Messer, gesteuert über eine elektronische Nocke.

Beim Schließen erfolgt schon die Übernahme des befüllten Beutels in die Zange des Querschlittens zum abwechselnden Transport zur linken bzw. rechten Reiteraufsetzeinrichtung. Der Querschlitten wird über eine doppelt wirkende Zugstange servomotorisch bewegt. Dabei kommt es auf hochdynamischen und zugleich ruckfreien Transport sowie auf eine präzise Übergabe an. Zum einen, um keinen der bis zu zwei Kilogramm schweren Beutel zu verlieren, zum anderen, damit Beutel und Reiterlasche exakt (geforderte Abweichung in der Regel unter 1 mm) übereinander liegen. Diese Bewegung wird im Kurvengleichlauf gesteuert und eine approximierte Sinusbewegung realisiert.

Falten, Aufsetzen und Verschweißen der beschichteten Reiter und Übergabe der Beutel auf ein darunter liegendes Transportband.

Sobald der Reiter aufgesetzt ist, kann die Zange geöffnet werden und der Querschlitten zurück in die Ausgangsposition fahren und den nächsten Beutel übernehmen. Währenddessen wird in der jeweils gegenüberliegenden Station bereits der nächste Reiter aufgesetzt.

Bis zu 30 Prozent mehr Durchsatz
Kopas hat die Möglichkeiten der Technologie-CPU intensiv genutzt und einen hoch dynamischen und flexibel an diverse Produkte anpassbaren Bewegungsablauf geschaffen. Alle Servoachsen sind an die Leitachse (Folienabzug) in der T-CPU gekoppelt, so dass sämtliche Achsbewegungen und auch Schaltnocken automatisch an die jeweilige Abzugsgeschwindigkeit angepasst werden. Jede Achsbewegung kann für sich flexibel am Simatic Multi Panel MP277B Touch eingestellt und bei Bedarf verändert werden. Beschleunigungs- und Bremsrampen sind mit individueller Ruckbegrenzung feinfühlig einstellbar, so dass sich auch bei höchster Produktionsgeschwindigkeit ein harmonischer, die Mechanik schonender Lauf ergibt. Auf diese Weise wird eine Dynamik des gesamten Ablaufs erreicht, die mit starren mechanischen Lösungen über Königswelle und mechanische Kurvenscheiben (wenn überhaupt) immer nur für ein stark eingeschränktes Produktspektrum möglich wäre.

Der Durchsatz einer durchgängig mit Servomotoren ausgerüsteten Duplex-Reitermaschine ist um rund 20 bis 30 Prozent höher als der einer intermittierend arbeitenden Maschine mit Standardmotoren.

Einfaches Handling in allen Lagen
Für einfache Handhabung und Programmierung der Technologie-CPU(s) spricht auch, dass die Montage und Inbetriebnahme der Maschinen nur eine knappe Woche in Anspruch nimmt. „Schon bei der zweiten Maschine haben wir am Montag mit dem Aufbau begonnen, am Freitag den ersten Beutel verschlossen und mit Reiter versehen, wobei die eigentliche Inbetriebnahme nur wenige Stunden gedauert hat“, erinnert sich Josef Kopas. Dazu beigetragen haben auch die digitale Antriebsschnittstelle Drive-Cliq und die Siemens-Motoren 1FK7, die anhand ihres elektronischen Typenschilds von der zugehörigen Simatic Control Unit automatisch erkannt und immer richtig parametriert werden. Das beschleunigt sowohl die Erstinbetriebnahme als auch den Austausch eines Motors erheblich, verhindert Fehler und verkürzt die Stillstandszeiten auf ein Minimum. Ein zusätzlicher Faktor ist das perfekt funktionierende Zusammenspiel mit weiteren Systemkomponenten von Siemens, wie Siwarex-Waagen und Simatic-Temperaturregelbaugruppen für die Siegeleinheiten.

Bei aller Markentreue geht Kopas immer auch neue, innovative Wege. So ersetzten die Hessen erstmals die konventionelle, ständig arbeitende Siegelbackenheizung durch ein nur beim eigentlichen Schweißvorgang aktives Ultraschallschweißsystem. Ergebnis: Der Energieverbrauch dieser in der Speed-Ausführung ebenfalls von einer Simatic Technologie-CPU gesteuerten „Green Machine“ ist um bis zu 22 Prozent niedriger.

Für Sie entscheidend
Alles aus einer Hand

Die Kopas Verpackungsmaschinenfabrik GmbH entwickelt und baut maßgeschneiderte vertikale Schlauchbeutelmaschinen für rationelles Verpacken unter anderem von Snacks, Süßigkeiten, Bohnen, Reis, Zucker, Pulver, Cerealien, flüssigen Produkte, Tiefkühlware, Kaffee, Tee, pharmazeutischen und chemischen Produkte sowie Non-Food-Produkten in unterschiedlichsten Beutelformen.

Die Maschinen sind mit allen gängigen Optionen realisierbar wie Klotzbodeneinrichtung, Euroloch, Kantensiegelung, Zip-Verschluss, Einreißkerbe, Begasung und Reiteraufschweißaggregat, auch in Edelstahlausführung. Darüber hinaus liefert der Hersteller darauf abgestimmte Dosiersysteme und ein breites Spektrum an Zusatzaggregaten. Auf Wunsch plant, projektiert und baut er komplette Verpackungslinien, zu denen unter anderem Volumen-, Band- oder Schneckendosierungen, elektronische Waagen (Siwarex) und Zählmaschinen, Dreh- und Sortiertische sowie diverse Zuführ- und Abtransportmaschinen der industriellen Fertigung gehören.

  • Mit einer Simatic Technologie-CPU gesteuerte „Speed“-Maschinen erreichen bis zu 30 Prozent mehr Durchsatz als vergleichbare intermittierende Maschinen.
  • Bis zu 60 Reiterbeutel pro Minute beträgt die Ausbringung kontinuierlich arbeitender „Speed“-Reitermaschinen der Kopas Verpackungsmaschinen GmbH aus Wettenberg/Hessen.
  •  Am Simatic Multi-Panel MP277B Touch können sämtliche Maschinenparameter komfortabel eingestellt, beobachtet und flexibel angepasst werden.
  • Abhängig vom Ausbaugrad koordiniert eine Technologie-CPU Simatic 315T bzw. 317T von Siemens das perfekte Zusammenspiel aller Maschinenteile.

Unternehmen

Siemens AG

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Deutschland

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