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Automatisierung

Flexibel, ergonomisch und hygienisch

Deutlich weniger Verschmutzungszonen und ein sehr übersichtlicher Arbeitsraum: Der Anwender hat einen guten Überblick und die volle Kontrolle über den Verpackungsprozess.(Fotos: Siemens)
Deutlich weniger Verschmutzungszonen und ein sehr übersichtlicher Arbeitsraum: Der Anwender hat einen guten Überblick und die volle Kontrolle über den Verpackungsprozess.(Fotos: Siemens)

 

Bewährtes noch besser machen, ist eine Herausforderung, und sie erfordert häufig ein Umdenken. Damit die Vorgänge rund um die Endverpackung noch einfacher und schneller werden, hat der Experte für Verpackungsmaschinen, Gebo Cermex, den Wrap-Around-Packer WB45 einem grundlegenden Redesign unterzogen – und ihn durchgängig auf elektronische Bewegungsführung mit dezentralen Antrieben umgestellt. Die bereits konzeptionell sehr flexible Maschine beherrscht unter anderem das Befüllen von Wrap-Around-Kartonagen, Trays und anderer regal- und handelsgerechter Sekundärverpackungen. Sie ist darum beliebt bei Lieferanten von Supermarktketten und Discountern, aber auch bei Online-Händlern und in der Pharmazeutik. Wie fast überall steigt in all diesen Branchen die Zahl der Produkte und Produktvarianten, und damit ebenso die Zahl der verschiedenen handels- und kundenfreundlichen Endverpackungen.

„Das schraubt die Anforderungen an den Verpackungsprozess in die Höhe – und dabei geht es nicht mehr allein um reine Taktzahlsteigerung“, erläutert Benoît Poutot, R&D-Manager bei Gebo Cermex. „Es ist die Interaktion des Bedieners mit der Maschine, in der heute das größte Potenzial zur Effizienzsteigerung steckt.“ Denn bei immer kleineren Verpackungslosen steigt der Anteil der Rüstzeiten oft überproportional. Produkt- und Formatwechsel, das Befüllen, Reinigen, Entstören und Warten – all das muss heute für maximale Maschinenausnutzung und Produktivität extrem einfach, möglichst mühelos und vor allem sehr schnell erledigt sein.

Grundprinzip beibehalten – neuesten Stand der Technik nutzen  
Darum war das wichtigste Ziel beim Redesign des Wrap-Around-Packers WB45, die Abläufe in der Endverpackung zu vereinfachen und zu beschleunigen. Unangetastet blieb bei der grundlegenden Überarbeitung der Konstruktion das erfolgreiche Grundprinzip der Maschine: die sequentielle Technologie beim Aufrichten und Befüllen der Umverpackung und die Fähigkeit zum Verarbeiten ganz unterschiedlicher Sekundärverpackungen.  

Zentraler Ansatzpunkt des Redesigns war der Wechsel der Automatisierungsplattform; dadurch wurden die Türen für weitere Innovationen aufgestoßen. Diese elektronische Bewegungsführung bewirkt eine noch größere Flexibilität bei Art und Format der Verpackung und ermöglicht einen wirklich einfachen Formatwechsel – unter anderem dank automatisch errechneter elektronischer Kurvenscheiben für das aktuelle Verpackungsformat. Die elektronische Bewegungsführung ist aber auch die Grundlage gesteigerter Präzision des Verpackungsvorgangs. Die elektronisch synchronisierten Servo-Antriebe ermöglichen in jeder Bewegungsphase eine optimierte Dynamik und eine sehr große Wiederholgenauigkeit der Maschinenbewegungen. Das führt zu einer hohen Prozesssicherheit mit stabilem Durchsatz und reduziertem Ausschuss.

Neue Maschinengeneration: Schon in der Standardausführung des WB45 Evolution 2 mit »manuellem« Formatwechsel werden viele Arbeiten per Motion-Control-System elektronisch unterstützt, sie sind nun direkt vom HMI aus zu erledigen.
Neue Maschinengeneration: Schon in der Standardausführung des WB45 Evolution 2 mit „manuellem“ Formatwechsel werden viele Arbeiten per Motion-Control-System elektronisch unterstützt, sie sind nun direkt vom HMI aus zu erledigen.

 

Servomotor aus der Simotics-Familie als dezentraler Antrieb Sinamics S120M: spart Platz im Schaltschrank und reduziert den Verkabelungs- und Installationsaufwand.
Servomotor aus der Simotics-Familie als dezentraler Antrieb Sinamics S120M: spart Platz im Schaltschrank und reduziert den Verkabelungs- und Installationsaufwand.

 

Der Blick auf das Zuschnittmagazin zeigt die Vereinfachung der mechanischen Konstruktion der neuen Maschinengeneration.
Der Blick auf das Zuschnittmagazin zeigt die Vereinfachung der mechanischen Konstruktion der neuen Maschinengeneration.

 

Bewegungsführung vereinfacht Mechanik
Durch den konsequenten Einsatz des Motion-Control-Systems Simotion von Siemens konnte sowohl die Zahl mechanischer Komponenten als auch die Größe der Staubereiche drastisch reduziert werden. Das begünstigt die Übersichtlichkeit des Prozesses – und macht auch die Reinigung der Maschine einfacher. Diese ist zudem viel seltener nötig als bisher, denn potenzielle Verschmutzungszonen wurden gezielt beseitigt. So findet man in der neuen, sehr soliden Rahmenkonstruktion kaum noch Bereiche, in denen sich Staub oder Feuchtigkeit sammeln können. Neue, wesentlich stabilere Schutztüren ermöglichen maximale Übersicht und tragen zu einer geringeren Geräuschbelastung bei.

Ein weiteres Plus der Motion-Control-Technik für den Anwender: Der Entnahmearm des Kartonaufstellers passt sich nun automatisch an die Größe der Zuschnitte an. Dadurch konnte das Zuschnittmagazin vereinfacht werden. Unabhängig von der Verpackungsgröße befindet es sich jetzt stets in der ergonomisch günstigen Höhe von 850 mm. So ist es nun einfacher und schneller zu befüllen.

Ketten durch wartungsarme, hygienische Zahnriemen ersetzt
Zuschnittmagazin, Aufsteller und Packtransfermodule wurden komplett auf Bewegungsführung per Servomotoren umgestellt und kommen nun ohne Ketten und mechanische Zähler aus. Den Transport des Kartons und seiner Befüllung übernehmen jetzt FDA-zugelassene Zahnriemen aus Polyurethan mit Haltewinkeln aus Niro-Stahl. Auch diese wartungsarmen und thermoelastischen Zahnriemen sind weit einfacher zu reinigen als Kettensysteme, ihre geschlossene Oberfläche vermindert zudem Ablagerungen in den nur schwer erreichbaren Bereichen dahinter. Damit sind sie insgesamt deutlich hygienischer als die bisher verwendeten Transportketten. Und: Das bisher nötige regelmäßige Nachstellen der Kettenspannung erübrigt sich, was den Wartungsaufwand reduziert und die produktiv nutzbare Maschinenzeit erweitert.

Elektronisch unterstützter Formatwechsel auch in der „manuellen“ Konfiguration
“Quick-release“-Schnellspannsysteme und elektronische Einstellhilfen vereinfachen und beschleunigen den Formatwechsel bei der neuen Maschinengeneration. Denn schon in der standardmäßigen Aufführung der Maschine mit „manuellem“ Formatwechsel ermöglicht die Motion-Control-Technologie, dass viele Einstellungen, die früher beim Gang rund um die Maschine manuell vorgenommen werden mussten, nun über die innovierte HMI-Oberfläche möglich sind. Zum Beispiel werden Höhe und Breite der aktuellen Verpackung jetzt nicht mehr manuell, sondern von Servo-Antrieben eingestellt. All das spart Zeit, ist einfacher und genauer. Optional ist auch eine „vollautomatische“ Konfiguration der Maschine erhältlich, hier muss der Bediener überhaupt keine manuellen Einstellungen mehr vornehmen.

Intelligente Bedienoberfläche
Das Panel für die komfortable Bedienoberfläche hat Cermex ergonomisch geschickt in die Maschine integriert. Als Bedienpanel kommt ein Simatic IPC 277D zum Einsatz, der im Engineering-Framework TIA Portal mit WinCC Advanced projektiert wurde. Dabei werden dem Panel auch die unter TIA Portal standardmäßig freigegebenen Systemdiagnosedaten für die in der Maschine eingesetzte ET200S-Peripherie bereitgestellt. So kann der Betriebs- und Signal-Status der gesamten Peripherie direkt an der Maschine, aber auch per Ferndiagnose – per TIA Portal oder mit dem integrierten Webserver – analysiert werden.

Äußerst kompakter Schaltschrank trotz 11 Servo-Achsen: Dezentrale Antriebstechnik macht’s möglich. Mit dem Einsatz des Motion-Control-Systems wurden die OMAC- und PackML-Standards konsequent umgesetzt. (Foto: Siemens)
Äußerst kompakter Schaltschrank trotz 11 Servo-Achsen: Dezentrale Antriebstechnik macht’s möglich. Mit dem Einsatz des Motion-Control-Systems wurden die OMAC- und PackML-Standards konsequent umgesetzt. (Foto: Siemens)

 

Eine gute Übersicht der Maschinenzustände und Betriebsarten liefert der ebenfalls in das HMI (Human Machine Interface) und die Maschinensoftware integrierte „OMAC Mode & State Manager“ – eine große Unterstützung bei Inbetriebsetzung, Wartung und Service einer linienintegrierten Maschine.

Dem Anwender bietet diese funktional sehr offene Lösung den Vorteil einer einfachen Integration in die vorhandene Maschinen- und IT-Umgebung – bis hin zur Speicherung und Anzeige von Windows-typischen Dokumenten direkt am Panel, beispielsweise PDF-Dateien mit auftragsspezifischen Arbeitshinweisen oder Auszügen aus der Bedienungsanleitung.

Dezentrale Antriebe: kleinerer Schaltschrank, weniger Kabel
Die überwiegend dezentrale Antriebstechnik (Sinamics S120 M) ermöglichte es, einen deutlich kleineren Schaltschrank zu verwenden – ein weiterer Beitrag zur großen Übersichtlichkeit der Maschine. Die direkt am Motor montierten Umrichter ersparen zudem viele Meter Motorkabel. Stattdessen genügt ein einfacher, durch die dezentralen Umrichter durchgeschliffener Energiebus. Bei diesem „Daisy-Chaining“ werden nicht einmal T-Abzweige für die Stromversorgung der Motoren benötigt. Der Anschluss achsnaher Sensoren und Aktoren an die antriebsintegrierten digitalen Ein- und Ausgänge der dezentralen Umrichter vereinfacht die Verkabelung der Maschine zusätzlich. So weist die WB45-Maschinengeneration „Evolution 2“ insgesamt deutlich weniger Kabel auf als ihre Vorgänger „… und weniger Kabel bedeuten ein saubereres, übersichtliches Design und mehr Hygiene“, unterstreicht Benoît Poutot. Nicht zuletzt verbessert der geringere Verkabelungs- und Montageaufwand die Kostenstrukturen des Maschinenherstellers – und damit seine Innovationskraft.

Mit Motion Control viele handfeste Verbesserungen erzielt
Auf der Pariser Messe Emballage begeisterte die neue Generation des Wrap-Around-Packers WB45 Evolution 2 die Anwender; und inzwischen erfreuen sich die ersten Betreiber an der „fantastisch einfachen Bedienung“, so die Worte eines Kunden. „Wenn man eine derart beliebte Maschine so grundlegend innoviert, dann muss das für den Anwender einen echten Mehrwert bringen“, ist R&D-Manager Benoît Poutot überzeugt. „Die Simotion-basierte Bewegungsführung mit dezentralen Antrieben hat uns neue Ansatzpunkte erschlossen, die Abläufe in der Endverpackung flexibler, einfacher, hygienischer und schneller zu machen.“ Und ganz en passant wurde dabei auch der Energieverbrauch der Maschine im Vergleich zur Vorgängerversion um 30 % gesenkt.

Autor: Joachim Ummenhofer,  Siemens Factory Automation, Business Development Packaging Machines

 

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