Thermoformmaschine TFC 5516 mit komplett servogesteuertem Maschinenkonzept: Die einfache Formatumstellung ermöglicht die flexible Produktion verschiedener Packungsgrößen. (Bild: Bosch Packaging Technology)
Bosch Packaging Technology hat die Thermoformmaschine für das Abfüllen von viskosen Produkten wie zum Beispiel Joghurt entwickelt. Die TFC ist darauf ausgelegt, das Verpackungsmaterial zunächst aus Folie zu einem Becher zu formen und anschließend zu befüllen. Versiegeln und Stanzen erfolgen anschließend vollautomatisch. Zu diesem Zweck ist die Anlage aus mehreren Modulen aufgebaut: Rollenblock, Heizen und Formen, Dosieren sowie Siegeln und Stanzen. Danach erfolgt die Übergabe an die Endverpackung.
Die funktionale Integration hat Bosch Packaging Technology mit einer patentierten Banderolierung der Kunststoffverpackungen kombiniert. Beim In-Mould-Labeling (IML) wird während des Thermoformprozesses die Kunststofffolie des Bechers mit einem umlaufenden Papieretikett versehen. Dieses Verfahren bietet zwei Vorteile: Zum einen kann sich während der weiteren Produktionsschritte kein Papieretikett mehr von der Becherwandung lösen. Zum anderen ermöglicht es die Banderolierung, auch dünnwandige Becher stabil zu produzieren. So lässt sich Verpackungsmaterial einsparen.
Am Anfang des Prozesses steht eine Abwickeleinheit, die die Becherbodenfolie kontinuierlich mit einer unterlagerten Tänzerlageregelung den getakteten Arbeitsschritten zuführt. Die Prozesskette beginnt mit dem partiellen Vorwärmen der Bodenfolie in den Bereichen, die später die Becherwandungen bilden. Während das Material in den relevanten Sektionen weich zu werden beginnt, geben die kalten – und damit festen – Stege zwischen den Bechern dem Ganzen innerhalb des Linienverbundes den nötigen Halt.
Vorbereitete Bewegungsfunktionen machen Umrüstungen schneller
Das Tiefziehen nach dem Erwärmen erfolgt in der Formstation mit einem Vorstreckstempel, der mit einer präzise definierten Bewegungscharakteristik in das weiche Material hineinfährt. Die Profile der elektronischen Kurvenscheibe passen sich bei Produktwechseln automatisch den neuen Achsbewegungen an. Diese resultieren aus den unterschiedlichen Produktarten und Füllmengen, die wiederum unterschiedliche Form- und Füllzeiten nach sich ziehen. Für diese Aufgabenstellung stellt Bosch Rexroth das Funktionspaket Flex Profile bereit. Dieses ist Teil der Rexroth-Engineering-Lösung Open Core Engineering, die durchgehend auf offene Standards setzt und Softwaretools sowie mehrere Funktionspakete umfasst.
Integriert in die Systemlösung Indra Motion werden zum Beispiel Kurven aus der Software. Sie werden automatisch für die jeweilige Produktrezeptur umgeschaltet. Die Anpassung der Maschine erfolgt also nicht nur rein mechanisch, sondern durch veränderte Datensätze. Maschinenbetreiber sparen bei Produktwechseln auf diese Weise Zeit ein. Ändern sich Bechergrößen oder -maße, müssen nur die Formwerkzeuge gewechselt werden. Die Anpassung sämtlicher Verfahrprofile und Wegstrecken sind der Steuerung als Rezeptur hinterlegt. Damit lassen sich Produktivitätsverluste bei Rüstarbeiten reduzieren.
In die Servoantriebe Indra Drive sind mehrere Sicherheitsfunktionen integriert: Über Safe Torque Off hinaus deckt die Option Safe Motion zertifizierte Funktionen für sichere Bewegungen ab. Als Automatisierungsbus liefert Sercos die für Motion nötige Bandbreite für den Echtzeitdatenaustausch zwischen Servoantrieben und Steuerung. Diese Leistungsfähigkeit ist notwendig, weil sämtliche Produktionsschritte der Maschine miteinander vernetzt sind und das In-Mould-Labeling absolute Präzision erfordert.
Integriert in die Systemlösung Indra Motion werden zum Beispiel Kurven aus der Software. Sie werden automatisch für die jeweilige Produktrezeptur umgeschaltet. Die Anpassung der Maschine erfolgt also nicht nur rein mechanisch, sondern durch veränderte Datensätze. Maschinenbetreiber sparen bei Produktwechseln auf diese Weise Zeit ein.
Spielfreie Direktantriebe für Präzision
Die Banderoliereinrichtung kombiniert eine patentierte sequenzielle mit einer 12-fach parallelen Banderolierung. Bosch Rexroth hat mit kleinen, leistungsstarken Motoren eine Antriebslösung konzipiert, die dadurch eine kompakte Funktionseinheit ermöglicht. Angetrieben wird das Formkarussell von einem Rexroth-Torquemotor. Die Entscheidung zugunsten eines rotativen Direktantriebs fiel laut Unternehmen deshalb, weil beim Wechsel der Werkzeuge hohe Massen bis zu 800 kg zu bewegen sind und die Positionierung sehr exakt erfolgen muss. Der Verzicht auf ein Getriebe reduziert an dieser Stelle das Risiko mechanischen Spiels, vermindert den Verschleiß und erhöht als Folge längerer Wartungsintervalle die Verfügbarkeit.
Die erwärmte Becherbodenfolie und die fertig geschnittene Dekorbanderole werden vor dem eigentlichen Thermoform-Prozess im Formwerkzeug zusammengeführt und in einem zweiten Schritt geformt. Die Zweiteilung dieses Verfahrens hat den Vorteil, dass mit einem doppelten Werkzeugträger die Prozesse Bestücken und Formen zeitgleich ablaufen können. Während eine Seite den Kunststoff formt, wird der zweite Träger synchron mit den Dekorfolien bestückt. Hierbei ist zu beachten, dass die Verpackungen immer noch Teil eines durchgängigen Kunststoffbandes sind. Folglich muss die unten liegende Außenform nach jedem Arbeitstakt absenken, drehen und dann wieder auf Bahnhöhe hinauffahren. Für diese vertikalen Bewegungen kommen Einheiten aus servomotorisch angetriebenen Kugelgewindetrieben von Rexroth als Linearachsen zum Einsatz. Weil die Produktivität der TFC von den Aufwärm- und Abkühlzeiten der PET-Folie abhängt, muss die Dekorfolie innerhalb dieses Zeitfensters positioniert sein.
Siegeln und Stanzen mit Stationsaussteuerung
Nach dem Befüllen der Becher werden diese in der Siegelstation mit einer Deckfolie verschlossen. Da die Becher an dieser Stelle immer noch Teil eines durchgängigen Kunststoffbandes sind, gilt es, das Siegelwerkzeug über eine Druckmarkenerkennung immer wieder neu an die jeweilige Position der Joghurtbecher anzupassen. Die Siegelstation muss an dieser Stelle nicht nur den üblichen horizontalen Hub bewältigen, sondern zusätzlich in Transportrichtung positioniert werden. Bosch Packaging Technology hat diese Aufgabe mit der Stationsaussteuerung innerhalb eines Portalsystems gelöst. Auch dieses wird von Rexroth-Kugelgewindetrieben positioniert. Erst danach werden die Verpackungen in verkaufsfertige Einheiten geschnitten. Pro Stunde schafft die Anlage 33.600 Becher.
Das neue Verfahren für die Banderolierung ermöglicht es Lebensmittelproduzenten, schnell zwischen der Produktion verschiedener Becherhöhen und dem Abfüllen unterschiedlicher Produktvarianten zu wechseln: Die Formatumstellung erfolgt allein durch den werkzeuglosen Austausch der Etikettenrolle und das Umschalten innerhalb der Software.
Für Sie entscheidend
Technische Details
- Zeit einsparen bei Rüstarbeiten mit dem Motion-Logic-System Indra Motion: Die Anpassung der jeweiligen Maschine erfolgt durch veränderte Datensätze. Bei Produktwechseln brauchen Bediener nur die Formwerkzeuge auszutauschen. Die Anpassung der Verfahrprofile und Wegstrecken sind in der Steuerung hinterlegt.
- Servoantriebe Indra Drive mit integrierten Sicherheitsfunktionen: Über Safe Torque Off hinaus deckt die Option Safe Motion zertifizierte Funktionen für sichere Bewegungen ab. Als Automatisierungsbus liefert Sercos die für Motion nötige Bandbreite für den Echtzeitdatenaustausch zwischen Servoantrieben und Steuerung.
- Kleine, leistungsstarke Motoren treiben die Banderoliereinrichtung an. Die Funktionseinheit ist kompakt, das Formkarussell wird von einem Rexroth-Torquemotor angetrieben. Der Verzicht auf ein Getriebe reduziert mechanisches Spiel und Verschleiß.
