Gemeinsam entwickelt: Motion-Control-Lösung von Kollmorgen und Schleuter

Etiketten für Batterien haben zwei wesentliche Funktionen: Sie transportieren erstens Informationen wie Typbezeichnung, Leistung und Marke. Zweitens isolieren sie den Aluminiumkörper und verhindern damit Kurzschlüsse. Die Außenhülle bildet bei Mignon-Zellen den Pluspol, in den der Minuspol bei der Montage hineingeschoben wird. Nur wenn das Etikett nach der Batteriemontage präzise platziert ist, kann das Folienmaterial die kleinen Energiespeicher nach dem Aufschrumpfen wirksam isolieren.

Die Anlage GU/BATII-DUO S von Schleuter wird durchgängig mit Servotechnik von Kollmorgen angetrieben. „Für uns war der Einsatz von Servotechnik beim Etikettieren von Batterien gleichbedeutend mit einem Quantensprung bei Produktivität und Präzision“, sagt Heinz-Jörg Fischer, Vertriebsleiter bei Schleuter. Das Automatisierungsherz der Etikettiermaschine schlägt in einem AKD-PDMM-Servoregler. Gemeinsam mit Schleuter hat Kollmorgen in diesen intelligenten und frei programmierbaren Servoregler die komplette Etikettiersteuerung integriert. Die Gerätereihe bietet durch einen selbst entwickelten Controller auf Basis der Power-PC-Architektur und ein darauf abgestimmtes Betriebssystem die Rechenleistung eines Industrie-PCs unter dem Dach einer kompakten Antriebssteuerung. Mit dieser Performance ist der Servoregler als Masterantrieb in der Lage, gleich zwei Highspeed-Etikettierer parallel zu steuern. Darüber hinaus stehen Leistungsreserven für eine Erweiterung zur Verfügung. Der Servoregler hat ferner die Aufgabe, den Antrieb des Vorschubbandes zu regeln, das den Materialfluss durch die einzelnen Etikettierstationen der Maschine sicherstellt. Diese Achse wurde elektromechanisch mit einem Cartridge-DDR-Motor von Kollmorgen realisiert. Der Synchronservomotor arbeitet bei Schleuter als dreiphasiger rotativer Direktantrieb (Torquemotor) und sitzt daher direkt auf der Antriebswelle des Rollenförderbandes. Dieses sorgt beim Transportieren der Batterien dafür, dass sich diese ohne Unterbrechungen zur Etikettierrichtung drehen. Durch den Einsatz der Direktantriebstechnik mit diesen Motoren konnte Schleuter komplett auf die bisher notwendigen Getriebe und Lager beim Rollenförderer verzichten. Dieser Aspekt spart Platz, steigert die Wartungsfreundlichkeit und sorgt für Bewegungen mit mehr Präzision und Dynamik aufgrund sinkender Massen und nicht vorhandenem Getriebespiel. In der Maschine wurde der Rotor im Rahmen des genannten Redesigns auf die Antriebswelle des Kettenbandes geklemmt und der Stator direkt mit dem Maschinengehäuse verbunden.

17 Batterien pro Sekunde
Weitere Mitglieder des per Ethercat miteinander synchronisierten Achsverbundes sind sechs einphasige Servoachsen. Sie bestehen aus Reglern der Kollmorgen-Reihe AKD und Synchron-Servomotoren des Typs AKM. Insgesamt vier Aufgaben haben sie zu erfüllen: Der Antrieb des Einlaufsterns vereinzelt die Batterien aus dem darüberliegenden Speicher und führt diese auf das darunterliegende Rollenband. Zwei weitere Achsen übernehmen den Antrieb des ersten Etikettierers und eines sogenannten Massagebandes, das das Etikett vor dem Schrumpfen fest an die Batterie drückt. Diese beiden Prozesse wiederholen sich beim zweiten Etikettierer. Die sechste Achse treibt einen Auswerfer an, der Batterien mit Produktionsmängeln nach Analyse durch eine Inline-Highspeed-Bildverarbeitung ausschleust.

Der Gesamtverbund arbeitet unter Nennlast mit einer Maschinengeschwindigkeit von 25,4 m pro Minute. Die GU/BATII-DUO S erreicht so eine Produktionsmenge von 1.000 Stück pro Minute – was 17 etikettierten Batterien pro Sekunde entspricht. Diese Produktivität wird erreicht, weil Schleuter im Gesamtverbund keinen einzigen Prozess taktend ausführt, sondern ausschließlich kontinuierlich fährt. An dieser Stelle greift auch die Entscheidung des Unternehmens aus Oyten bei Bremen, die Maschine mit zwei Etikettiereinheiten auszurüsten. Diese arbeiten nicht parallel, sondern abwechselnd. Aufgrund der hohen Produktionsgeschwindigkeit gehört der Etikettennachschub zu den wesentlichen Aufgaben des Maschinenbedieners.

Damit der Rollenwechsel nicht zum Stillstand führt, sind beide Einheiten in der im Servoregler integrierten Etikettiersteuerung so eng miteinander synchronisiert, dass das Umschalten lückenlos und ohne Qualitätsverluste erfolgt. Die Anlage erkennt automatisch bis zu welchem Bereich die Batterien auf dem Rollenförderband etikettiert sind – und schaltet dann fliegend um. Nach dem Wechsel hat der Maschinenbediener ausreichend Zeit, die leere Einheit wieder mit einer neuen Rolle zu bestücken und betriebsbereit zu machen.

Hohe Leistung durch Co-Engineering
Die Leistungsfähigkeit der Maschine lässt sich allerdings nicht auf die Hardware allein reduzieren. Vielmehr ist sie das Ergebnis verteilter Intelligenz, hoher Rechenleistung und einer ausgeklügelten Software. Diese entstand in enger Zusammenarbeit von Kollmorgen und Schleuter. „Wir haben es hier mit einer sehr innovativen Partnerschaft zu tun“, sagt Udo Wildenblanck, Key Account Manager Industrial Automation bei Kollmorgen, der den Kunden Schleuter betreut und unterstützt. Die AKD-PDMM-Servoregler liefern für diese Anwendung mit einer Prozessorleistung von 800 MHz die notwendige Rechenperformance. Die ebenfalls zum Einsatz kommende Siemens-SPS hat bei Schleuter lediglich Visualisierungs- und Rezepturfunktionen. Der Datenaustausch zum Servoregler erfolgt über Profinet.

Die Programmierung erfolgt über die in den Servoregler integrierte Entwicklungsplattform „Kollmorgen Automation Suite“. Zum einen verfügen die Servoverstärker damit über eine SPS- und Motion-Control-Funktionalität, zum anderen sind über die bewährte grafische Programmierumgebung Pipe Network synchronisierte Bewegungsabläufe besonders schnell und einfach zu programmieren. Zusätzlich stehen die fünf standardisierten Sprachen der IEC 61131-3 für die Ablaufsteuerung sowie PLC-Open-Motion-Control-Funktionsbausteine zur Bewegungssteuerung zur Verfügung. Auf diesem Weg haben Schleuter und Kollmorgen innerhalb des Engineeringprojektes die Reglerdaten offengelegt. Damit lassen sich alle Informationen von der Anlagenvisualisierung aus einsehen und parametrieren. Schleuter spart sich auf diese Weise ein weiteres Engineering Tool. Von der Diagnose über die Inbetriebnahme bis hin zu Bedienung und Service: Schleuter arbeitet durchgängig mit dem gleichen System, inklusive Passwortschutz. „Eine bessere Technik, als die von Kollmorgen gibt es für diese Anwendung nicht“, so Fischer.

Die Anlage von Schleuter ist ein Beispiel für Anwendungen, bei denen zwar Rechenleistung gefragt ist, kostspielige Industrie-PC-Lösungen aufgrund vergleichsweise geringer Achszahlen aber ausscheiden. An dieser Stelle beginnt üblicherweise der Spagat: Erfordern Prozesse die Regelpräzision eines Industrie-PC, dann schlägt sich dieses als anteiliger Kostenblock von „Industrie-PC pro Achse“ nieder. Wenn stattdessen der naheliegende Weg einer Kompaktsteuerung auf der Hutschiene eingeschlagen wird, sinkt durch die begrenzten Prozessorressourcen die Maschinenleistung als Folge sinkender Zykluszeiten bei der Regelung. „Mit den AKD-PDMM-Servoreglern bieten wir für diese Art von Anwendungen eine Lösung, die hohe Leistung ohne Abstriche beim Preis-Leistungs-Verhältnis ermöglicht“, sagt Wildenblanck.

Für Sie entscheidend
Technik

• Die Anlage GU/BATII-DUO S von Schleuter wird durchgängig mir der Servotechnik von Kollmorgen angetrieben.

• In den frei programmierbaren Servoregler AKD PDMM haben Schleuter und Kollmorgen die komplette Etikettiersteuerung integriert.

• Der Servoregler ist als Masterantrieb in der Lage, zwei Highspeed-Etikettierer parallel zu steuern. Die Etikettiereinheiten selbst arbeiten abwechselnd.

• Der Servoregler AKD PDMM regelt außerdem den Antrieb des Vorschubbandes, das den Materialfluss durch die Etikettierstationen sichert. Durch Einsatz eines Cartridge DDR Motors konnte Schleuter Platz einsparen, der Verzicht auf Getriebe und Lager steigert die Wartungsfreundlichkeit. Aufgrund sinkender Massen laufen die Bewegungen präziser und dynamischer ab.

• Der Gesamtverbund arbeitet mit einer Maschinengeschwindigkeit von 25,4 m pro Sekunde.

• Die Anlage erreicht eine Produktionsmenge von 1.000 Stück pro Minute – dies entspricht 17 Batterien pro Sekunde.

• Betrieben wird das System mit einer darauf abgestimmten Software. Schleuter spart dadurch ein weiteres Engineering Tool.