Bündelung der aktuellen Technologien in der Verpackungsindustrie

Automatisierung auf neuen Wegen

Die Verpackungsmaschinen der nächsten Generation, sind schaltschranklos, adaptiv, einfach, effizient und Industrie 4.0-fähig. (Fotos: Bosch Rexroth)
 

In den 1980er-Jahren waren elektrische Maschinensteuerungen für Verpackungsmaschinen kaum erhältlich. Fortschrittliche Maschinenbauer entwickelten diese daher selbst. Ansonsten war die mechanische Steuerung per Königswelle noch weit verbreitet. Voll elektronisch synchronisierte Antriebe kamen erst ab den 1990er-Jahren zum Einsatz. Anfang dieses Jahrtausends hat schließlich die PC-Technik in der Industrie Einzug gehalten. Mit dieser Entwicklung ging ein starker Anstieg des Elektronik- und vor allem des Software-Anteils bei der Automatisierung von Verpackungsmaschinen einher. Dies hat auch Auswirkungen auf die Struktur der Entwicklerteams: Immer öfter verrichten Programmierer ihre Arbeit bei Maschinenbauern. Die zunehmende Vernetzung von IT-Technik und Automatisierung im Sinne von Industrie 4.0 wird Maschinenbauern zusätzlich neue Möglichkeiten eröffnen. Wir erleben nach mechanischer Verkettung, hybriden Maschinen (teils mechanisch, teils elektrisch) und Motion-Control-Steuerungen derzeit eine Generation von Verpackungsmaschinen, deren Automatisierung einen Software-Fokus hat und die neben der bereits erwähnten PC-Technologie zusätzlich dezentrale Servoantriebstechnik sowie die Sicherheitstechnik integriert. Bei Letzterer kommt es auf ein optimales Zusammenspiel von Mechanik, Elektronik und Software an, sie wird auch in Zukunft ein zentraler Entwicklungsschwerpunkt sein. Doch was darf der Anwender noch erwarten? „Verpackungsmaschinen der nächsten Generation zeichnen sich durch fünf Punkte aus: Sie sind schaltschranklos, adaptiv, einfach zu bedienen und effizient. Zudem sind sie Industrie 4.0-fähig: komplett modular, ausgestattet mit offenen Schnittstellen für eine durchgängige Vernetzung und vorbereitet für die Anbindung an die Unternehmens-IT“, erläutert Steffen Winkler. „Das ist es, worum es letztlich bei der Automatisierung der nächsten Generation von Maschinen geht: die konsequente Nutzung der Fortschritte in der Technik und Bündelung der neuen Technologien.“

Was genau bedeutet das? Eine einfachere Bedienung erreicht der Hersteller beispielsweise durch die Verwendung von Bedienterminals mit Multi-Touch, auf denen die gesamte Anlage abgebildet ist. Über den Touchscreen  kann das Personal die Maschine bedienen, mit Wischgesten weiterblättern oder mit zwei Fingern in einen Bildausschnitt hineinzoomen, um die aktuellen Daten einzusehen oder eine Diagnose durchzuführen. Die Gestensteuerung hat sich in privaten Anwendungen durch Smartphones und Tablet-PCs innerhalb weniger Jahre durchgesetzt und wird sich auch im Produktionsumfeld mehr und mehr verbreiten. Dadurch wird die Handhabung von Maschinen weniger abstrakt, was eine weniger hohe Qualifikation auf Seiten des Bedienpersonals erfordert. Das verkürzt die Einlernzeit und hilft dabei, Bedienfehler zu vermeiden.
Schaltschranklose Antriebe Indra Drive Mi von Rexroth verbinden die Vorteile dezentraler Antriebstechnik mit sicheren Bewegungen.
Die Software-Funktion „Aktive Schwingungsdämpfung“ der Indra Drive Antriebe verhindert das ...
...Überschwappen von Flüssigkeiten beim Transport in unverschlossenen Behältern.
 

Anpassung ist alles Eine adaptive Verpackungsmaschine muss mit unregelmäßiger Produktzuführung umgehen können und sich an unterschiedliche Formate, Gewichte oder Materialien anpassen lassen. Dadurch entstehende Schwingungen und Resonanzen soll die Maschine aktiv ausgleichen, gleichzeitig ermöglichen Sensoren und Aktoren die Anpassung an veränderliche Umgebungsbedingungen sowie beispielsweise die Veränderung von Schalt- und Reaktionszeiten. All dies bewältigt eine solche Maschine ohne eine Neuprogrammierung – beliebige Verpackungsgrößen- und formen können auf einer Maschine möglich sein.

Eine wichtige Rolle spielen dabei intelligente Antriebsfunktionen. Die Softwarefunktion „Aktive Schwingungsdämpfung“ der Indra Drive Antriebe von Rexroth beispielsweise verhindert das Überschwappen von Flüssigkeiten beim Transport in unverschlossenen Behältern – auch bei unterschiedlichen Flüssigkeiten ohne Programmier- oder Parametriereingriff. Die aktive Schwingungsdämpfung funktioniert sensorlos und ermöglicht es, Bewegungen deutlich dynamischer auszulegen, was Zykluszeiten verkürzt und die Prozesssicherheit steigert. Für komplexere Bewegungen, zum Beispiel bei Robotern, lässt sich die Schwingungsdämpfung mithilfe von Sensoren effektiver gestalten.

Geht es um Effizienz, ist der Energieverbrauch nur einer von vielen Aspekten. Wenn auch die Energieeffizienz erst seit einigen Jahren im Fokus der Maschinenbauer steht, sind hier bereits große Fortschritte gelungen, doch es besteht weiteres Einsparpotenzial. Bosch Rexroth berät seine Kunden auf diesem Gebiet ausführlich und individuell. Denn nicht jede theoretische Einsparmaßnahme ist bei jedem Anwender relevant.

Ein geringerer Anteil an Mechanik führt weiterhin zu höherer Effizienz durch geringeren Verschleiß und Wartungsaufwand. Auch eine durchgehende, vorbeugende Diagnose trägt dazu bei, die Effizienz einer Verpackungsmaschine zu steigern: Erkennt beispielsweise ein Motor aufgrund der zur Verfügung stehenden Daten den Zustand seiner Mechanik, lassen sich unvorhergesehene Ausfälle vermeiden. Und auch bei der Effizienz spielt wiederum die Sicherheitstechnik eine nicht unwesentliche Rolle: Neben der Gewährleistung der Maschinensicherheit trägt sie dazu bei,  Wartungszeiten zu verkürzen, da der Betreiber währenddessen nicht die komplette Anlage abschalten muss. Eine durchgängige Automatisierung erlaubt weitere Effizienzsteigerungen: Durch schnelle, Software-unterstützte Formatwechsel lassen sich Stillstandszeiten reduzieren sowie Materialausnutzung und Abfüllprozesse optimieren. Software-Assistenten, Simulation und automatische Programmcodegenerierung schließlich erlauben ein effizienteres Engineering und damit kürzere Entwicklungszeiten.

Die neue Generation ohne Schaltschränke Die wichtigste Neuerung, die Bosch Rexroth auf der interpack zeigt, ist die schaltschranklose Antriebstechnik. Ein erster Schritt dorthin war es, mehr Antriebselektronik in die Motoren zu integrieren. Mit dezentraler Antriebstechnik lassen sich modulare Maschinenkonzepte mit deutlich weniger Aufwand und geringeren Kosten umsetzen. Im Vergleich zu konventionellen Antrieben sind laut Steffen Winkler mit den Rexroth Servoantrieben Indra Drive Mi Einsparungen von 30 bis 90 % bei Kabeln und Schaltschränken realistisch. Es genügt ein Hybridkabel für die Stromversorgung und die Kommunikationsanbindung zum Schaltschrank. Dort beansprucht lediglich die Leistungsversorgung einen minimalen Platz. Der Maschinenhersteller muss lediglich den ersten Antrieb mit dem Versorgungsmodul im Schaltschrank verbinden. Alle weiteren Antriebe verbindet er in Reihe an einem Kabel. „Im zweiten Schritt werden wir die Schaltschränke überflüssig machen. Die Intelligenz liegt damit dezentral komplett im Feld“, sagt Steffen Winkler. Die Servoantriebe können dann direkt und mit allen notwendigen Komponenten wie Versorgungs- und Netzmodul an und in der Maschine eingebaut werden. Der Verpackungsmaschinenhersteller Schubert hat bereits schaltschranklose Maschinen mit Technik von Bosch Rexroth realisiert und zeigt diese auf der interpack.

Industrie 4.0 kann kommen „Industrie 4.0-fähig“ bezieht sich im Wesentlichen auf die Vernetzung der Automatisierungstechnik mit übergeordneten IT-Systemen. Eine wichtige Voraussetzung dafür schafft  Bosch Rexroth mit der neuen Schnittstellentechnologie von Open Core Engineering, welche die Brücke zwischen Verpackungsmaschinen und der Unternehmens-IT schlägt. Mit ihr können Maschinenhersteller auf den Kern der Rexroth-Steuerungen zugreifen und eigenständig individuelle Maschinenfunktionen in verschiedenen Hochsprachen realisieren. Auch Mobilgeräte mit selbst entwickelten Apps, wie für Bedienung oder Diagnose, lassen sich über die Schnittstelle sehr einfach einbinden. Anwender können so beispielsweise per Smartphone alle Antriebs- und Steuerungsinformationen einer Maschine aufrufen.

Zunehmend sind einzelne Komponenten wie Sensoren, Umrichter oder Motoren mit Web-Servern ausgestattet, was einen Überblick über ihr Verhalten, Diagnose und Einstellung von einem beliebigen Ort ermöglicht. Auch beim „Internet der Dinge“ sind jedoch sicherheitsrelevante Aspekte zu beachten. Hält man hierbei die gängigen Standards ein, eröffnen sich den Maschinenbetreibern viele neue Möglichkeiten bei der flexiblen Handhabung ihrer Anlagen.

„Umfang und Bedeutung von Software und Engineering nehmen zu. Hier gilt es, die Abläufe für Maschinenhersteller zu vereinfachen und effizienter zu gestalten“, sagt Steffen Winkler. In der Regel konzentrieren sie sich auf ihre Kernkompetenz, den Bau von Maschinen, und es fehlt das Wissen im Softwareengineering. „Es ist deshalb von Vorteil, wenn die Maschinenentwicklung in enger Zusammenarbeit mit dem Steuerungshersteller erfolgt. Bosch Rexroth bietet seinen Kunden deshalb umfassende Unterstützung beim Engineering an. Wir sehen uns dabei als Enabler, versetzen den Kunden also in die Lage, seine Vorstellungen eigenständig umzusetzen“, erläutert Steffen Winkler.

Weiterentwicklung Hand in Hand mit dem Kunden Wie entstehen die erwähnten Innovationen und wie hilft Bosch Rexroth, sie in der Praxis zu realisieren? Steffen Winkler skizziert: „Die Umsetzung neuer Ideen gehen wir in enger Zusammenarbeit gemeinsam mit Kunden an. Manche dieser Ideen tragen die Kunden entsprechend ihrer Anforderung an uns heran und wir helfen bei der Umsetzung. Andere Vorschläge stammen von uns, und der Kunde beteiligt sich an der Entwicklung, da er den Nutzen von deren Umsetzung für die Weiterentwicklung seiner eigenen Produkte sieht.“ Bei der Entwicklung zeichnet sich zudem ein Trend ab: „Früher waren Maschinenhersteller sehr bedacht darauf, ihr Know-how zu schützen und bevorzugten individuell entwickelte Module. Heute tendieren die Unternehmen eher zu Standardkomponenten. Der Grund ist, dass die Serienprodukte überall und schnell verfügbar sind. Das gilt ebenso für den Service“, erläutert Steffen Winkler.

Neue Techniken in der Praxis auf der interpack Die interpack vom 8. bis 14. Mai 2014 gibt einen Überblick über die Möglichkeiten der Automatisierung der nächsten Generation von Verpackungsmaschinen: Zahlreiche Maschinenhersteller nutzen bereits zur Messe die neuen Technologien, um sich mit innovativen Lösungen vom Wettbewerb abzuheben. Bosch Rexroth gibt dazu eine kleine Broschüre heraus, anhand derer Besucher die von Maschinenbauern realisierten Innovationen auf der Messe gezielt aufsuchen können. Diese Broschüre ist auf jeder Titelseite der offiziellen Messezeitung „Interpack news“ sowie unter www.boschrexroth.de/interpack zu finden.
„Letztlich geht es bei der Automatisierung der nächsten Generation von Maschinen um die konsequente Nutzung der Fortschritte in der Technik und Bündelung der neuen Technologien.“ Steffen Winkler, Bereichsleiter Vertrieb und Branchenmanagement Druck- und Verpackungsmaschinen bei Bosch Rexroth in Lohr am Main (Foto: Bosch Rexroth)
Über die Firma
Bosch Rexroth Electric Drives and Controls GmbH
Lohr am Main
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