Technik

Die Riegel schnell in die Verpackung bringen

Möglich wurde die schnelle Entwicklung und kostengünstige Umsetzung dieser innovativen Anlage mit einer durchgängigen Automatisierungslösung von Sigmatek: von der Steuerung über die Visualisierung bis zur Antriebs- und Sicherheitstechnik. Der kleine Snack für zwischendurch muss vielen Anforderungen gerecht werden. Er soll möglichst handlich sein, schnell satt machen und gesund sollte er ebenso sein wie haltbar. Ursprünglich für Sportler entwickelt, greifen nun immer mehr Konsumenten nach dieser praktischen Zwischenmahlzeit, wie Müsli-, Frucht-, Fitness- oder sonstige Riegel, die viele Elemente für eine ausbalancierte Ernährung beinhalten und auch unterwegs einfach zu genießen sind.

Erfolg mit Snack-Riegeln
Dieser Trend zum Riegel als Snack wurde für die niederländische Firma VSI zum Erfolgsbringer. Gestartet wurde in den 1970er-Jahren als Hersteller von Würstchen im Schlafrock und anderen Blätterteigprodukten. 1987 erweiterte VSI seine Produktions-
einrichtungen um eine Müsli-Rösterei und nahm die Produktion von Müsliriegeln auf. Der Siegeszug des handlichen Riegels war schnell an der Nachfrage ablesbar. Einige Erweiterungen des Firmensitzes in Leerdam später hat VSI aktuell fünf Produktionslinien. 275 Mitarbeiter produzieren Riegel, die weltweit exportiert werden.

Allerdings ist bei einem Riegel nicht nur der Inhalt wichtig. Auch die Verpackung spielt eine entscheidende Rolle, denn sie bestimmt den ersten Eindruck, den der Konsument von dem Produkt hat und ist so oft kaufentscheidend. „Wir helfen unseren Kunden auch bei Auswahl und Design der Verpackung", bestätigt VSI-Kunden-
betreuer Robert van Wanrooij die Bedeutung dieses Produktbestandteils. „Zudem kann schlecht gewählte Verpackung auch zu Enttäuschung führen: Ärgert sich der Verbraucher schon beim Versuch, die Packung zu öffnen, kann das folgende Geschmackserlebnis bereits getrübt sein."

Lösungen für die Prozesskette
Nachdem aus der fertigen Masse längliche Quader geschnitten und gegebenenfalls mit Schokolade überzogen wurden, beginnt ohne Unterbrechung oder Verlangsamung des Materialflusses der Verpackungsvorgang. Dieser ist zweistufig: Vor der Zusammenführung in Kartons als einzelhandelsgerechte Umverpackung werden die Riegel im ersten Schritt einzeln in Folie eingeschweißt. Das geschieht mit einer Flow Wrapper genannten Folienverpackungsmaschine und einem speziell auf die Bedürfnisse von VSI angepassten Förderbandsystem. Zwei gleichartige Produktions- und Verpackungslinien können zur Steigerung des Ausstoßes miteinander verbunden werden. Entwickelt und installiert wurden der Flow Wrapper und das Förderbandsystem von Greymans Paktech BV, einem auf Verpackungslinien hauptsächlich für die Lebensmittelindustrie spezialisierten Unternehmen aus Stramproy im Süden der Niederlande. Die mittlerweile zehn Mitarbeiter des vor über 20 Jahren von Johan Greymans in der Garage seiner Eltern gegründeten innovativen Betriebs verfügen über ein hohes Maß an Erfahrung, mit denen sie Lösungen für gesamte Prozessketten entwickeln. Hierfür nutzen sie vorhandene Maschinen anderer Firmen und passen die Automatisierung dem jeweiligen Kundenbedürfnis an. Werden auf dem Markt keine für die Kundenanforderungen passenden Maschinen angeboten, entwickelt Greymans auch diese kundenspezifisch.

Wie funktioniert die VSI- Anlage nun im Detail? Im ersten Schritt müssen die in mehreren - typischerweise 15 - Reihen aus dem eigentlichen Herstellungsprozess parallel ankommenden Riegel vereinzelt und in Längsausrichtung zur Folienverpackungsmaschine transportiert werden. Dazu werden sie zunächst auf der ersten Förderbandkonstruktion von Greymans, dem ‚Line-up Conveyor‘ so ausgerichtet, dass sich ihre Vorderkanten exakt auf einer Linie befinden. Das geschieht mittels zweier hintereinander angeordneter Stopper, um keine Beschädigungen des Riegels bzw. Schokoladenüberzuges durch zu hohe Rückhaltekräfte zu riskieren. Anschließend werden die Riegel durch ruckartiges Zurückziehen des vorderen Förderband-Endes auf ein weiteres Förderband fallen gelassen, welches sie um 90° versetzt weiter transportiert. So werden aus den Reihen parallel liegender Riegel einzelne, die quer laufend, nacheinander auf dem Förderband transportiert werden. Durch Übergabe an zwei hintereinander jeweils im 45°-Winkel angeordnete Förderbänder erhalten die süßen Quader ihre für die Folienverpackung erforderliche Längsausrichtung. Da sie in dieser eine größere Ausdehnung aufweisen, erfolgt der Transport auf diesem Teil der Anlage ebenso wie die Verpackung selbst mit einem Meter pro Sekunde.

Mit dieser Geschwindigkeit werden die Riegel in einen gleichbleibenden Abstand gebracht. Das erfolgt über zehn kurze Förderbänder, deren Geschwindigkeit ein wenig erhöht oder verlangsamt wird, um so den optimalen Abstand zwischen den Riegeln herzustellen. Dazu wird deren Lage durch zehn je einem Förderbandabschnitt zugeordnete Sensoren überwacht. Nach dem Einschweißen in die Folie im Flow Wrapper, einer von Greymans fertig zugekauften und in die Gesamtanlage integrierten Maschinen, werden die Riegel in einer der Qualitätssicherung dienenden Station auf exakte Gewichtseinhaltung und etwaige Metalleinschlüsse überprüft, nicht entsprechende Produkte ausgeschleust. Nach bestandener Prüfung geht es über ein weiteres Greymans-Förderband weiter zum Kartonverpackungs-System.

All-in-One: Steuerung, Antriebstechnik, Safety, VARAN, LASAL
Gesamtheitlich betrachtet ist die Verpackungslinie von Greymans bei VSI also eine Anlage mit zahlreichen hoch dynamischen Bewegungsachsen. Sie hat Bedarf an schneller Synchronisation der einzelnen Servomotoren, um die starre Vertaktung der Produktions-, Förder- und Verpackungsvorgänge sicherzustellen. Und sie ist modular aus einzelnen Maschinen und Förderanlagen aufgebaut. „Bei dieser Anlagenkomplexität war mit der früher eingesetzten Technik der Entwicklungs-, vor allem aber der Wartungsaufwand recht hoch geworden", erinnert sich Johan Greymans, Gründer und Eigentümer von Greymans Paktech BV. „Auch hatte die mangelnde Offenheit des damaligen Systems unsere Flexibilität unangenehm eingeschränkt."

Grund genug für Greymans, sich im Jahr 2010 auf die Suche nach einem modernen, einfach handzuhabenden und vor allem sehr offenen System zu machen. Von drei in die engere Auswahl genommenen alternativen Anbietern konnte der niederländische Sigmatek-Vertriebspartner Sigmacontrol die überzeugendsten Antworten auf die Fragen des Verpackungsanlagenbauers geben. Seither werden alle Greymans-Anlagen mit einer umfassenden Gesamt-Automatisierungslösung von Sigmatek ausgestattet. „Das Team von Sigmacontrol unterstützt uns in allen Belangen schnell und kompetent", zeigt sich Johann Greymans zufrieden.

Familien-Bonus
„Da die durchgehende Verwendung von Sigmatek-Produkten die Anwendung wesentlich erleichtert, sind die Produktionslinien kostengünstiger und praktischer herzustellen und zu nutzen", freut sich Johan Greymans über Erleichterungen bei Entwicklung und Wartung der Anlagen. Das beginnt mit der Verbindung aller Anlagenteile über VARAN. Mit diesem schnellen, hart-echtzeitfähigen Industrial Ethernet sind die Steuereinheiten der einzelnen Förderbänder und die Verpackungsmaschine verbunden sowie die beiden Control Panels an den Puffereinrichtungen vor den Flow Wrappern. Sie steuern die hintereinander liegenden unterschiedlichen Maschinen unabhängig voneinander und schließen sie zu einer Einheit mit gemeinsamem Materialfluss zusammen. Bei VSI werden ETV 0551 Control Panels mit Farb-Touchscreen, EDGE-Technology-Prozess sowie je acht digitalen Ein- und Ausgängen verwendet.

Als vorteilhaft sieht Greymans vor allem den geringen Verkabelungsaufwand durch den Einsatz von VARAN-Bus und die Möglichkeit, die Anlage sehr modular aufzubauen, ohne jeden Anlagenteil mit hoher Eigenintelligenz auszustatten. Die Fördereinrichtungen mit weniger aufwendigen Steuerungsanforderungen benötigen keine eigene CPU. Die für diese Zwecke zuständigen I/O-Module der kompakten C-DIAS Serie werden über das Anschaltmodul CIV 512 direkt mit dem VARAN-Bus an die zentrale Einheit angeschlossen. Als zentraler Teil des Automatisierungssystems führen die Control Panels TTV 0551 das Steuerungsprogramm aus, das auf einer wechselbaren micro SD-Karte auf einfache Weise getauscht werden kann.

Die höchsten Anforderungen an Dynamik und Synchronität der Antriebe stellt die Angleichung der Abstände in den Puffern vor den Flow Wrappern. Dort kommen daher die Zwei-Achsmodule der modularen, sehr kompakten und kostengünstigen DIAS-Drive 100 Serie von Sigmatek zum Einsatz. Sie werden direkt über VARAN angesprochen. Die Antriebe in den anderen Förderbandmodulen kommen mit einer geringeren Dynamik aus und sind daher über CANopen angebunden. Dazu wird das Interfacemodul CIV 521 eingesetzt, das den VARAN-Bus um den CAN-Bus sowie um zahlreiche weitere Standard-Schnittstellen erweitert.

Offen und sicher
„Die Offenheit des Sigmatek Systems macht es uns einfach, Fremdsysteme einzubinden und gestattet es uns auch, Wartungskonzepte mit Ferndiagnose über Internet zu realisieren. Dies waren ausschlaggebende Faktoren für den Umstieg auf Sigmatek als zukunftssicherem System", sagt Johan Greymans. „Intern ist die VARAN-Verbindung vor allem für die Sicherheitsstopps sehr wichtig. Wird die eine Maschine gestoppt, hält auch die nächste an." Zur Herstellung der Sicherheit für Mensch und Maschine nutzt Greymans die C-DIAS Safety-CPU CSCP 011. Sie verarbeitet die Signale von vier eingebauten sicheren Eingängen und kommuniziert über den VARAN-Bus mit anderen, ebenfalls abgesetzten sicheren Ein- und Ausgängen.

Ein großer Effizienzsprung gelang mit dem Umstieg auf die objektorientierte Software-Entwicklungsumgebung LASAL für das Programmieren der gesamten Anlage. Dabei werden Code und Daten in logische Einheiten, sogenannte Objekte zusammengefasst und nach außen gekapselt, sodass eine ungewollte Beeinflussung von außen ausgeschlossen werden kann. Der eigentliche Programmcode wird in den gebräuchlichen Hochsprachen implementiert. Die einzelnen Software-Module (Objekte) lassen sich dabei wie in einem Baukastensystem zusammensetzen, und über die modulare Struktur sind bereits erstellte Applikationsteile einfach wiederverwendbar. Die Umstellung auf LASAL beschreibt der Greymans-Softwareentwickler als unkompliziert, zumal sie zu einer erheblichen Beschleunigung und Übersichtlichkeit der Softwareentwicklung führte. Zudem bringt die Arbeit innerhalb einer einheitlichen Entwicklungsumgebung für alle Teilaspekte der Automatisierungslösung eine bedeutende Produktivitätssteigerung und Vereinfachung. So kann in LASAL nicht nur die Ablaufsteuerung, sondern auch die Antriebstechnik programmiert werden und darüber hinaus die Visualisierung. Auch die Konfiguration der sicherheitsgerichteten Steuerungsapplikation lässt sich mit dem LASAL Safety Designer einfach erledigen.

Der wichtigste Grund für Greymans sich für Sigmatek zu entscheiden, war bzw. ist die reibungslose Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten und mit Fremdsystemen. „Wir wussten genau, was wir wollten, und Sigmatek hat all unsere Ansprüche erfüllt. Der Umstieg auf die zukunftssichere Automatisierungslösung hat sich für uns gelohnt", zeigt sich John Greymans zufrieden.n

 

Über die Firma
SIGMATEK GmbH & Co KG
Lamprechtshausen
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