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Mit Dosieranlagen für die Parfüm- und Aromenindustrie zählt Fricke Abfülltechnik zu den Weltmarktführern in diesem Segment. Für antriebstechnische Aufgaben nutzt Fricke aktuell die neuen Servoregler i700 von Lenze – Antriebsregler, die aufgrund ihrer Spezifikationen weltweit und für nahezu alle Antriebsmotoren einsetzbar sind.

Bis zu 800 unterschiedliche Ingredienzen lassen sich mit der von Lenze-Servotechnik angetriebenen Maschine vollautomatisch dosieren. (Foto: Lenze)

Bis zu 800 unterschiedliche Ingredienzen lassen sich mit der von Lenze-Servotechnik angetriebenen Maschine vollautomatisch dosieren. (Foto: Lenze)

Etwa ein Drittel aller weltweit verwendeten Aromen wird auf Fricke-Anlagen hergestellt. Weil das Unternehmen aus Minden international ausgerichtet ist, dreht es bei jeder Neu- und Weiterentwicklung an der Standardisierungsschraube. Dabei eine stets zentrale Frage: Welche Komponenten lassen sich am besten universell einsetzen und wie sind Baugruppen zu konzipieren, um mit ihnen viele Anforderungen zu lösen? Vergleichbar mit einem Musikstück ist auch ein Parfüm eine Komposition, ein Arrangement aus verschiedenen Zutaten: den Duftstoffen. Aus wie vielen Einzelingredienzen und Mischungsanteilen ein Duft besteht, bleibt das Geheimnis der Hersteller. Alles andere als ein Geheimnis ist, dass diese Unternehmen im internationalen Markt effizient und mit präziser Wiederholgenauigkeit arbeiten müssen – bei der Herstellung wie auch im kreativen Prozess. Fricke Abfülltechnik ist bei der Entwicklung von Anlagen kompromisslos hinsichtlich Standardisierung und Weglassen von allem, was nicht wirklich notwendig ist.

Mit wenig Platz schneller dosieren

Diese asketische Herangehensweise bei der Konstruktion und der technischen Ausstattung von Dosieranlagen bringt gerade für die an die Kreation angegliederten Musterlabore zahlreiche Vorteile mit sich. Zum einen sind die Anlagen weniger komplex – damit kleiner und im Rahmen von Wartungen leichter durchschaubar. Zum anderen macht der Platzgewinn es möglich, eine größere Zahl an Komponenten in einem Modul unterzubringen. Dies erweitert letztlich die Einsatzmöglichkeiten und den Kreativspielraum ohne Produktivitätseinbußen. Laboranlagen speichern bis zu 1.000 Komponenten, müssen diese mit enger Terminplanung vollautomatisch zu einer Mischung dosieren und dabei in einem ganz normalen Bürogebäude stehen. Mit der Laborabfüllanlage Dosingstar hat Fricke eine platzsparende Laboranlage entwickelt, die in maximaler Ausbaustufe mit acht Modulen bis zu 800 Komponenten in höchster Präzision automatisiert in Batches dosiert. Die Genauigkeit für Mischungen bis zu einem Volumen von 1.000 ml liegt in einem Toleranzfenster von ± 3 mg. Die kleinste Dosiermenge gibt Fricke mit 5 mg an – was dem Zehntel eines gewöhnlichen Regentropfens entspricht.

Für mehr Freiraum hat Fricke Abfülltechnik die Aktorik der Dosingstar im Fußraum der Anlage platziert. (Foto: Lenze)

Für mehr Freiraum hat Fricke Abfülltechnik die Aktorik der Dosingstar im Fußraum der Anlage platziert. (Foto: Lenze)

Portalsystem mit Mehrachsservoreglern

Ob großvolumig oder Kleinstmenge: Bei der Dosingstar kommt nicht das Produkt zum Behälter, sondern der sogenannte Batchbecher aus Edelstahl zum Dosierventil des Vorratsbehälters – und zwar wird dieser exakt darunter positioniert. In welcher Reihenfolge die Rezeptur abgearbeitet wird, legt eine Rechenlogik im Hintergrund fest. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel eilige Aufträge besser dazwischenschieben und Dosierabläufe zeitlich optimieren. Beim Positionieren sind die Becher Teil eines kompletten Dosiermoduls, das sowohl eine hochgenaue Waage als auch einen Elektromagneten zum Öffnen und Schließen des Behälterventils enthält. Das Ganze ist mit einem dreidimensionalen Portalsystem verbunden – angetrieben von Mehrachsservoreglern der Reihe i700 von Lenze.

In der Dosingstar sind 19 Achsen unter dem Dach eines zentralen Controllers vom Typ 3200C vereint. (Foto: Lenze)

In der Dosingstar sind 19 Achsen unter dem Dach eines zentralen Controllers vom Typ 3200C vereint. (Foto: Lenze)

Die Umsetzung der rotativen Motorbewegung in eine lineare Form realisiert Fricke mit Zahnriemenmodulen. „Kugelumlaufspindeln sind im Ex-Bereich nicht verwendbar“, erklärt Mario Markmann, Leiter Elektrotechnik bei Fricke. „Jede Komponente im Ex-Bereich kostet richtig Geld – vor allem, wenn wir noch einen Multiplikatoreffekt haben.“ Etwa die Hälfte aller Anlagen müssen nach den Atex-Richtlinien gefertigt werden. Die Mindener haben sich deshalb intensiv Gedanken darüber gemacht, wie sich Aufgaben mit weniger Technik geschickter bewältigen lassen.

Standardisierung im Ex-Bereich

In einer Dosingstar sind bis zu acht Dosiermodule mit jeweils zwei servomotorischen Positioniereinheiten unterwegs. Dazu kommen noch drei Achsen, die für das Portalsystem arbeiten. Damit befinden sich bis zu 19 Achsen unter dem Dach eines zentralen Lenze-Controllers vom Typ 3200C. Die in den Sprachen der IEC 61131-3 frei programmierbare Steuerung koordiniert den kompletten Achsverbund, wobei jede Achse für sich autark arbeitet. Mit diesem zentralen Aufbau aus Controller 3200C, Servoreglern i700 und einbaufertigen Linearachsen mit Servomotoren – oftmals für den Ex-Bereich – konnte Lenze im Rahmen eines gemeinsamen Engineering-Projektes eine standardisierte Antriebslösung bieten. Die Servoregler i700 werden außerhalb des Ex-Bereiches installiert und über Motorleitungen mit den Motoren verbunden.

Die Dosingstar wird von Mehrachsservoreglern der Reihe i700 angetrieben. (Foto: Lenze)

Die Dosingstar wird von Mehrachsservoreglern der Reihe i700 angetrieben.
(Foto: Lenze)

Durch die konsequente Vernetzung der gesamten Anlage mit Ethernet und Ethercat für die Antriebstechnik kann Fricke sehr einfach eine zentrale Steuerungsarchitektur einsetzen. In jedem Modul steuern weitere Controller die Abläufe. Die übergeordnete Ebene kümmert sich darum, welche Aufträge in welcher Reihenfolge zu mischen sind. Insgesamt sind in einer Dosingstar bis zu zehn Steuerungen verbaut. Angesichts der starken internationalen Ausrichtung der Abfüll- und Dosierexperten ermöglicht es die enge Verzahnung von Antriebscontroller und Servoregler, Komponenten auszutauschen, ohne dass speziell ausgebildete Techniker um den Globus jetten müssen. Die Anlagenverfügbarkeit ist für die Endkunden von Fricke Abfülltechnik entscheidend: Zum Teil sind diese rund um die Uhr im Einsatz. Mit den i700-Doppelachsen konnte Lenze die Anzahl der verbauten Komponenten zusätzlich reduzieren. Weiterhin können die Schaltschränke sehr kompakt aufgebaut werden.

Austausch ohne erneutes Parametrieren

Der Controller erkennt automatisch, ob eine Achse getauscht wurde und spielt den kompletten Parametersatz nach dem Aus- und Wiedereinschalten des Netzes direkt ein. Auf diese Weise müssen beim Einbau von Ersatzgeräten weder Module getauscht noch Achsregler aufwendig parametriert oder Daten hin- und hergespielt werden. Markmann sieht als weiteren Vorteil dieses Konzeptes die Programmierung der gesamten Antriebstechnik an einem Ort: in dem Controller 3200C. Weil hierbei Codesys in der Version 3 durchgängig zum Einsatz kommt, „sind wir auch bei der Software zukunftssicher aufgestellt“, so der Fachmann.

Die Tatsache, dass Lenze in den standardisierten Sprachen fertig programmierte Bausteine nach PLC-open-Standard in einer Bibliothek anbietet, macht das Engineering komfortabler und mithilfe der praxisorientierten Lenze-Fast-Bausteine auch schneller.

Mit dem i700-Mehrachsservosystems machte Lenze die Labordosieranlagen für die Parfüm- und Aromenindustrie fit für zukünftige Anforderungen. Aufgrund der zentral geführten Automatisierungsarchitektur können die Dosierspezialisten von Fricke mit einem Antriebsregler einen weit gefassten Aufgabenraum abdecken – was die Standardisierung fördert. Der Einsatz von Ein- und Zweiachsgeräten sorgt zudem für einen platzsparenden Schaltschrankaufbau mit weniger Technik. „Wenn ich etwas weglassen kann, ist das aus Sicht der Standardisierung und Teilevielfalt von sehr hoher Bedeutung. Zeitgleich erhöhen wir die Standfestigkeit einer Maschine, weil weniger kaputtgehen kann. Die Genialität liegt immer noch im Einfachen“, fasst Markmann zusammen.

 

Vier Fragen an Dr. Thomas Cord, Geschäftsführer Lenze
Die Engineering-Prozesse unserer Kunden vereinfachen

Die Individualisierung von Produkten ist eine wesentliche Zielsetzung, die im Kontext von Industrie 4.0 diskutiert wird. Welche Unterstützung bietet die Automatisierungstechnik für Maschinenbauer und Produzenten?
Dr. Thomas Cord: Um die Anforderungen von Industrie 4.0 zu erfüllen, müssen Maschinen hochflexibel, intelligent und vernetzt sein, wodurch ihre Komplexität steigt. Das wiederum stellt Maschinenbauer und Produzenten vor große Herausforderungen, denn die Kosten und die Zeiten für das Engineering der Maschinen und Anlagen sollen ja nicht steigen. Als Technologiepartner unserer Kunden ist es nicht nur unsere Aufgabe, die passende Technik zu liefern, sondern die komplexe Technik zum Beispiel durch einfache Handhabung beherrschbar zu machen. Das hört im Zeitalter von Industrie 4.0 nicht bei der Automatisierungstechnik auf, sondern geht bis zur Software für die Vernetzung von Maschinen mit den übergeordneten IT-Systemen wie ERP und MES. So unterstützen wir Kunden zum Beispiel mit unseren vorgedachten Software-Modulen, Lenze FAST, mit denen Standard-Funktionen so weit wie möglich abgedeckt werden können.

Wie reduziert Lenze die Komplexität beim Engineering von Maschinen?
Dr. Thomas Cord: Unser Ziel ist es seit Jahren, die Engineering-Prozesse unserer Kunden zu vereinfachen, sodass sich ihre Engineeringzeiten und -kosten reduzieren. Wir tun das mit intelligenten, anwendungsorientierten Hardwarelösungen, zum Beispiel mit intelligenten Servoreglern für Einzelachsanwendungen und mit zentralen Bewegungssteuerungen für Mehrachsanwendungen (Motion Controller). Insbesondere haben wir aber auch Software geschaffen, die vorgefertigte Lösungen für standardisierbare Maschinenmodule bereitstellt.

Sehen Sie im Ansatz von Fricke, die Maschinen zu modularisieren, generell einen Trend? Wo ist dies sinnvoll?
Dr. Thomas Cord: Für alle unserer Kunden im Maschinenbau spielt die Modularisierung ihrer Maschinenkonzepte eine immer wichtigere Rolle, um die Komplexität im Engineering zu reduzieren. Dafür entwickeln die Maschinenbauer heute standardisierte Module, sogenannte Funktionseinheiten, die dann mit möglichst geringer Adaption immer wieder verwendet werden. Entscheidend für ein durchgängiges Engineering ist, dass sich die Funktionseinheiten in allen drei Disziplinen der Mechatronik wiederfinden: der Mechanik, der Elektrotechnik und der Software. Dies bedeutet, dass die Entwickler aller Disziplinen in diesen Funktionseinheiten denken. Insbesondere bei der Standardisierung und Wiederverwendung von Software sehen die Maschinenbauer heute noch einen Nachholbedarf.

Thomas Cord, Geschäftsführer Lenze (Foto: Lenze)

Thomas Cord, Geschäftsführer Lenze (Foto: Lenze)

In welcher Hinsicht können standardisierte Automatisierungslösungen die Arbeit von Anlagenherstellern erleichtern?
Dr. Thomas Cord: Die Software ist hier der Schlüssel. Bereits vor mehr als drei Jahren haben wir mit unserer Application-Software-Toolbox FAST die Standardisierung und Modularisierung der Maschinensoftware vorangetrieben. Wir haben uns dazu die Maschinen unserer Kunden ganz genau angeschaut und in Module zerlegt. Dabei haben wir festgestellt, dass sich viele Funktionen in ganz unterschiedlichen Maschinen wiederfinden. Diese Basis-Funktionen haben wir dann standardisiert und in modulare Technologiemodule umgesetzt. Mit unseren Softwaremodulen lassen sich 80 Prozent der Funktionen einer Maschine schnell und einfach umsetzen. Die restlichen 20 Prozent wollen und können viele Maschinenbauer gar nicht standardisieren, weil dies spezifische Funktionen sind, mit denen sie sich von ihrem Wettbewerb unterscheiden. Die Software-Toolbox FAST wird stetig ausgebaut. Wir bieten heute bereits eine breite Basis von häufig gebrauchten Applikationen aus einem Guss, wie beispielsweise Querschneider oder Wickler für bahnförmiges Material. Aber auch Funktionen zum Sortieren und Vereinzeln von Produkten kommen im Verpackungsmaschinenbau häufig zum Einsatz. Im vergangenen Jahr haben wir nun die Robotik hinzugefügt. Pick-&-Place-Anwendungen können mit einfachen Portalen, Delta- oder Knickarm-Robotern in wenigen Minuten projektiert werden.

Autor

Ralf Marke, Key Account Manager, Lenze

Unternehmen

Lenze SE

Hans-Lenze-Straße 1
31855 Hameln
Deutschland

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