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Flexibles Umrüsten spart Druckkosten

Das 1955 gegründete Unternehmen Kammann hat sich als ein weltweit führender Spezialist für Siebdruckmaschinen etabliert.
„Bei konventionellen Siebdruckmaschinen dauert die Umrüstung auf neue Aufträge für die Körperbedruckung drei bis vier Stunden und erfordert viele mechanische Arbeiten", rechnet Ralf Fischer, Projektleiter Entwicklung und Konstruktion bei der Werner Kammann Maschinenfabrik GmbH & Co, vor. „Mit unserer neuen Maschine drucken die Kunden schon nach höchstens 60 Minuten den nächsten Auftrag." Damit beseitigt die neue Kammann K15 CNC den entscheidenden Engpass für Produktivität: Auch beim Siebdruck auf unterschiedlichsten Körpern erfordern stetig kleiner werdende Auftragsgrößen ein immer häufigeres Umrüsten. Bei den bislang im Markt vorhandenen Konzepten verringert der hohe Zeitaufwand die Maschinenlaufzeit und steigert die Druckkosten signifikant, denn schon ein Produktwechsel halbiert die tatsächliche Laufzeit während einer Schicht.

Die deutlich reduzierte Umrüstzeit erreicht Kammann bei der als Rundlauf-Taktsystem ausgelegten Maschine auch durch den konsequenten Einsatz dezentraler Servotechnik von Rexroth. Die motorintegrierten Antriebe fahren sämtliche Positionen softwaregesteuert an, so dass sich die mechanischen Arbeiten auf den Austausch von Druckwerken und Verarbeitungsstationen per Schnellwechselsystem beschränken. Das modulare Konzept umfasst vier Schalttellergrößen, welche die Zahl der maximalen Positionen festlegen. In der größten Ausführung bietet es auf bis zu 24 Positionen nahezu unbegrenzte Druck und Bearbeitungsmöglichkeiten. „Dabei kann der Anwender die Bestückung der jeweiligen Positionen nahezu frei wählen und flexibel auf die jeweiligen Druckjobs abstimmen", betont Ralf Fischer. Die Kammann K15 CNC bietet Platz für bis zu zehn UV-Farbwerke oder bis zu zwölf thermoplastische Farben. „Während im Kunststoffbereich zu 99 Prozent UV-Farben zum Einsatz kommen, bestimmen bei Glas immer noch keramische Farben die Drucktechnik", erklärt Wilhelm Glauber vom Kammann-Vertrieb. Der bei diesen Farben erforderliche Brennprozess findet in einem getrennten Ofen statt.
SPS, Motion und Robotik auf einer Plattform
Bei der neuen Maschine entschied sich Kammann erstmals für die komplette Automatisierungslösung IndraMotion for Printing von Rexroth. Rexroth hat bei der Entwicklung der hochmodernen neuen Steuerungsgeneration die Erfahrungen aus über 15 000 Anwendungen mit dem Vorgängersystem verarbeitet. Es ist das weltweit erfolgreichste und meistverwendete Motion-Control-System in der Druckindustrie.
„In der K15 CNC arbeiten je nach Schalttellergröße und Ausstattung bis zu 146 Servoantriebe", hebt Ralf Fischer hervor. Die Rexroth Motion Control synchronisiert die Antriebe in harter Echtzeit über SERCOS interface. Auf einer Controller-basierten Hardware hat Rexroth die offene SPS nach IEC 61131-2, Motionbibliotheken nach PLCopen und Roboterfunktionalitäten zu einem durchgängigen System verschmolzen. Dabei umfasst der Baukasten in Leistung und Funktionalität fein skalierbare Hard- und Softwarekomponenten. „Gerade die integrierte Roboterfunktionalität ist für uns wichtig, denn die K15 CNC übernimmt auch die vollautomatische Be- und Entladung", betont der Projektleiter. „Die Motion ist leistungsmäßig so dicht an einer CNC, dass wir eine Performance und Genauigkeit wie bei einer Werkzeugmaschine erreichen", löst Ralf Fischer die Bezeichnung der Maschine auf.
Einfache Inbetriebnahme
Die Software von IndraMotion for Print?ing umfasst bereits zahlreiche drucktypische Funktionalitäten wie stufenlose Register-, Format- und Zugspannungs- oder Druckmarkenregelungen. Durch die Offenheit bis in den Kern bietet die Steuerung aber auch einen hohen Freiheitsgrad für sehr maschinenspezifische Programmierungen, wie sie Kammann einsetzt. So erfordert das Bedrucken zylindrischer und ovaler Körper teilweise die Nachführung des Druckwerks. Als Universalmaschine deckt die K15 CNC darüber hinaus eine Vielzahl von Geometrien und Abmessungen ab.
Die westfälischen Software-Ingenieure nutzten für die Realisierung der umfangreichen Funktionen die einheitliche Engineeringumgebung Rexroth IndraWorks, die modular alle notwendigen Software-Tools bereitstellt. IndraWorks leitet durch den gesamten Engineeringprozess, von der Projektierung über die Programmierung, die Parametrierung bis hin zur Inbetriebnahme und Diagnose der Steuerung und der Antriebe. Innovative Software-Templates reduzieren dabei den Engineering-Aufwand und damit die Kosten. So vereinfacht das Axis-Interface mit Wizard gestützter Bedienung die Bedienung der Achsen über direkten Variablenzugriff. Das Tool setzt zwar auf PLC-Open Bausteinen auf, erfordert jedoch keine PLCopen-Kenntnisse. Die vordefinierte Programm- und Projektstruktur mit Schnittstellen und Zustandsmaschinen für Betriebsarten, Module, Debugging und Diagnosen, Generic Application Template (GAT), senkt den Programmieraufwand für die Motion-Logic auf ein Minimum. Es berücksichtigt modulare und nicht-modulare Maschinenkonzepte.
Die komplexe Programmierung für die Vielzahl der möglichen Einsätze verbirgt sich hinter einer benutzerfreundlichen Bedienoberfläche. „Wir haben sie so gestaltet, dass der Anwender im Betrieb keine Programmierkenntnisse braucht, sondern grafisch geführt parametrieren kann", bekräftigt Wilhelm Glauber.
Konsequent dezentral automatisiert
Um kompakte Baumaße zu erreichen und die Vorteile dezentraler Automatisierung voll auszuschöpfen, nutzt Kammann die motorintegrierten Antriebssysteme IndraDrive Mi. Bei diesen Servoantrieben kombiniert Rexroth Servomotor und Regelelektronik entweder in eine kompakte Einheit oder in aufgelöster Bauweise mit motornaher Antriebselektronik. Mit nur einem Hybridkabel, für Kommunikation und Leistung lassen sich bis zu 20 IndraDrive Mi flexibel in einem Antriebsstrang hintereinander schalten. Das reduziert den Verkabelungsaufwand um bis zu 85 Prozent. „Außerdem kommen wir mit rund 50 Prozent weniger Schaltschrankvolumen aus", betont Ralf Fischer. Das reduziert auch die notwendige Kühlleistung im Schaltschrank erheblich. Ein weiterer wichtiger Beitrag zur deutlich höheren Energieeffizienz im Vergleich zu älteren Maschinen: „Während konventionelle Maschinen mit festen Werten arbeiten, nutzen wir konsequent artikelbezogenen Bedarfsregelungen", so der Projektleiter. Darüber hinaus gewinnen die rückspeisefähigen Servoantriebe von Rexroth die Bremsenergien zurück und stellen sie anderen Antrieben zur Verfügung.
Auch in der Mechanik geht Kammann neue Wege und setzt durchgängig ein optimiertes Schnellwechselsystem ein. Zur Umrüstung müssen die Bediener keine Basiselemente aus- und einbauen. Vielmehr setzt das westfälische Unternehmen auf produktbezogene Artikelträger. Der Beladeroboter mit Delta-Kinematik legt die Artikel in den Artikelträger ein und schleust ihn in die Maschine. Dort beginnt nach einer optionalen Vorbehandlung der Druckprozess. Nach Durchlaufen aller notwendigen Stationen entnimmt der Entladeroboter die fertig bedruckten Artikel und platziert sie auf dem Abtransportband.
Sicherheit nach neuer Maschinenrichtlinie
Bei den für die Umrüstung entscheidenden Antrieben der beiden Roboter sowie des zentralen Schalttellers setzt Kammann die antriebsintegrierten sowie nach EN ISO 13849-1:2006 und EN ISO 62061 zertifizierten Sicherheitsfunktionen „Safety on Board" von Rexroth ein. „Bei diesen Antrieben verwenden wir die Funktionen Sicherer Betriebshalt sowie Sicher Reduzierte Geschwindigkeit", zählt Ralf Fischer auf. Damit können Bediener Einstellarbeiten an den Robotern sowie Arbeiten am Schaltteller ausführen, ohne die Maschine komplett stillsetzen zu müssen. Es reicht, die jeweiligen Antriebe in den sicheren Betrieb zu schalten. Nach Abschluss der Einstellarbeiten wechselt der Bediener wieder in den normalen Betrieb, und die Maschine kann sofort weiter drucken.
Über die Systemlösung IndraMotion for Printing hinaus nutzt Kammann das Drive & Control-Angebot von Rexroth, alle Antriebstechnologien aus einer Hand zu beziehen. Kugelgewindetriebe setzen die rotatorischen Motorbewegungen über Kugelschienenführungen von Rexroth in präzise geführte lineare Bewegungen um. Die Pneumatik der in Serie gebauten K15 CNC stammt ebenfalls von Rexroth: Ventile der TC08-Serie sowie die Wartungseinheit für die Luftaufbereitung. Das reduziert die Zahl der Lieferanten und damit die Komplexität in der Abwicklung.
Die erste Vorstellung der Maschine auf einer Hausausstellung mit Livedemonstration wertet Kammann als vollen Erfolg: „Wir haben schon viele Kunden zum Nachdenken veranlasst", resümiert Wilhelm Glauber in westfälischem Understatement: „Gerade die Flexibilität durch die kurzen Umrüstzeiten ist in der Praxis, mit immer kleineren Auftragsgrößen, der effektivste Ansatz, Geld zu sparen."

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Bosch Rexoth in Zahlen

Die Bosch Rexroth AG ist einer der weltweit führenden Spezialisten von Antriebs- und Steuerungstechnologien. Für über 500.000 Kunden entstehen unter der Marke Rexroth maßgeschneiderte Lösungen zum Antreiben, Steuern und Bewegen. Bosch Rexroth ist Partner für die Anlagenausrüstung und Fabrikautomation, für mobile Arbeitsmaschinen sowie für die Nutzung regenerativer Energien. Als The Drive & Control Company entwickelt, produziert und vertreibt Bosch Rexroth seine Komponenten und Systeme in über 80 Ländern. Das Unternehmen der Bosch-Gruppe erzielte 2008 mit 35.300 Mitarbeitern einen Umsatz von rund 5,9 Mrd. Euro.

Über die Firma
Koenig & Bauer Kammann GmbH
Bad Oeynhausen
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