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Antriebstechnik

Antriebe für präzises Materialhandling

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Der ANG-Antrieb steht für hohe Dynamik und präzise Ansteuerung und ist somit prädestiniert für Verpackungsmaschinen.
(Bild: Bonfiglioli)

Beginnend beim Dosieren und Verpacken oder Abfüllen des Produkts bis zum Palettieren größerer Verpackungseinheiten integrieren moderne Verpackungslinien mehrere Arbeitsstationen, deren spezifische Aufgaben modular durch separate Maschinen erfüllt werden. Präzision, Schnelligkeit und Variabilität zeichnen nicht nur die Verpackungsanlagen aus, sondern sie definieren gleichzeitig die Ansprüche an die eingesetzte Antriebstechnik. Über eine Steuerung gekoppelt, müssen die jeweiligen Antriebe der einzelnen Achsen hochpräzise arbeiten, um die Verpackungsaufgabe auch bei hoher Taktgeschwindigkeit wie erwartet zu erfüllen. Die Qualität der eingesetzten Antriebstechnik ist dafür von besonderer Bedeutung. Verpackungsmaschinenhersteller vertrauen dabei gern auf den Antriebsspezialisten und Systempartner Bonfiglioli.
Beim Handling von Kunststoffflaschen für Kosmetik zur schnellen und sicheren Verpackung in Kartons besteht der Grundaufbau beispielsweise aus drei Teilen: Eine Zuführungseinheit für die Flaschen, eine für die Kartonage und als Verbindungselement ein Pick-and-place-Portalroboter. Dabei funktioniert der Workflow dieser Maschine im einfachsten Fall wie folgt: Die Zuführeinheit für die Flaschen übernimmt die abgefüllten, etikettierten und geprüften Flaschen aus der Produktion, zählt sie ab und bringt sie in die vorgesehene Reihung. Die Zuführeinheit der Kartonage entnimmt den Einzelkarton entweder einer Paletteneinheit oder von einem Band, faltet ihn auf und stellt ihn noch unverklebt auf einem Förderband zum Befüllen bereit. Der Portalroboter greift die bereitgestellten Flaschen und stellt sie in den zwischenzeitlich geöffneten Karton. Die Abführeinheit verklebt den Karton unten wie oben mit Kleber oder Klebestreifen.

Flaschen in Kartons mit Servotechnik

Jede der Funktionen wird idealerweise mit elektrischer Servotechnik angetrieben. Zuführung, Konfektionierung und Positionierung der Flaschen, Zuführung der Kartonage, Pick-and-place der Flaschen sowie der Abtransport und Verschluss der befüllten Kartons müssen gut aufeinander abgestimmt sein. Die Takte laufen in Sekundenbruchteilen. Das stellt besondere Anforderungen an die Antriebe, vor allem was Beschleunigungsmomente, Verdrehsteifigkeit und kurzzeitige Antriebsdrehzahlen bis 6.500 1/min angeht. Eigenschaften, die das Programm der spielarmen Planetengetriebe von Bonfiglioli von Haus aus mitbringt.
Sensoren ermöglichen die korrekte Anzahl und Stellung der zu verpackenden Flaschen. Die Befüllposition des Kartons wird durch entsprechende Sensorik am Förderband in Verbindung mit seiner Geschwindigkeit errechnet und der Achsensteuerung des Pick-and-place-Roboters weitergegeben. In diesen beiden Fällen besteht in der Dynamik des Start-/Stopp-Betriebs und korrekter Lage­erfassung die besondere Herausforderung. Beim Portalroboter jedoch ist die Kombination aus Geschwindigkeit und genauer Positionierung bei bewegtem Ziel gefragt. Gesteuert und koordiniert werden alle Funktionen der Maschine von einer leistungsfähigen SPS. Sie sieht auch die Verbindung zu vor- und nachgelagerten Maschinen vor, sodass einer Integration der Verpackungsmaschine in eine Produktionslinie nichts im Wege steht. In Richtung Antriebe wird sie von den eingesetzten Umrichtern der neusten Generation unterstützt. Die Umrichterfamilie Active Next Generation (ANG) von Bonfiglioli Vectron spielt auch hier ihre Vorteile aus.

Die BMS-Reihe in der Kombination TQF-Getriebe mit BMD-Motoren baut besonders kompakt, sodass enge Bauraumverhältnisse keine Begrenzung mehr darstellen.
(Bild: Bonfiglioli)

In Sekundenschnelle umverpackt

Um die kurzen Taktzeiten in der zentralen Funktion der Verpackungsmaschinen ermöglichen zu können, werden sie mit dynamischer elektrischer Antriebstechnik angetrieben. Auch dabei wird die Umrichterfamilie Active Next Generation ihren Entwicklungszielen hoher Dynamik und präziser Ansteuerung gerecht. Die Geräte der Reihe Active Next Generation sind mit ihren synchronen Funktionen wie dem Cyclic Synchronous Position Mode und Zykluszeiten bis zu 1 ms auf diese Anforderungen ausgelegt. Durch die Unterstützung der Standardobjekte und Standardfunktionen für die Motion Control gemäß CIA 402 ist ein einfaches Implementieren in den Steuerungen gegeben. Diese Funktionalität ist mit den in der Verpackungstechnik populären Feldbussystemen Can-Open und Ethercat verfügbar.
Chargenwechsel ohne Werkzeug
Wenn häufige Chargenwechsel anstehen und die Größe der Kartonagen wechseln, dann spielt die Geschwindigkeit der Format­umstellung einen besonderen Wettbewerbsvorteil aus: Innerhalb kurzer Zeit kann sie der Anwender durch elektrische Servoantriebe auf neue Formate umstellen. So sind die Zuführungen schnell neu eingerichtet und alle Antriebe für den Produktionsprozess über die Steuerung mit den aktuellen Werten versorgt.
Zum Einsatz kommen Industriegetriebemotoren der Produktlinie Bonfiglioli Riduttori für Anwendungen, die geringe Genauigkeitsanforderungen haben. In der Regel sind es Schneckengetriebemotoren, die in den einfachen Funktionen einer Verpackungsmaschine zum Zuge kommen. Die vorgelagerten Zuführungen erfolgen im Dauerbetrieb und sind somit prädestiniert für die Standardgetriebemotoren des nach Stückzahlen größten Industriegetriebeherstellers Europas. Bei Antrieben mit Positionieraufgaben kommen die spielarmen Servo-Planetengetriebemotoren zum Einsatz. Die neueste BMS-Reihe in der Kombination TQF-Getriebe mit BMD-Motoren baut hierbei besonders kompakt, sodass enge Bauraumverhältnisse keine Begrenzung mehr darstellen.

Präzision und Dynamik aus dem Baukasten

Die Forderungen des Anwendungsfalls Verpackungsmaschine passen mit den Lösungen aus dem Haus Bonfiglioli gut zusammen. Denn die spielarmen Planetengetriebe realisieren eine Präzision auf Bruchteile eines Millimeters, die Umrichter bringen die notwendige Dynamik und Vernetzung. Der Einsatz in vielfältigen Verpackungsmaschinen unterstreicht die Variabilität des Produktprogramms. Von Hauptantrieben mit einem Spitzendrehmoment von mehreren Tausend Newtonmetern bis zu Hilfsanwendungen mit unter 30 Nm werden die Anforderungen einer typischen Verpackungsmaschine komplett abgedeckt.
Neben dieser Flexibilität, sich aus einem Baukasten eines einzigen Herstellers heraus bedienen zu können, überzeugt das Einhalten der Spieltoleranzen bei den spielarmen Planetengetrieben. Zum einen wird in Pick-and-place-Roboter-Anwendungen ein geringst mögliches Spiel mit drei Winkelminuten gefordert, zum andern gibt es viele Anwendungen, die kostengünstigere Getriebe mit größerem Spiel bis 15 Winkelminuten oder sogar das der Standardgetriebe zulassen.
Die Servogetriebemotoren von Bonfiglioli in ihrer Angebotsbreite und gegenseitiger Ergänzung kommen da in Verbindung mit der passenden Umrichterserie den Maschinenkonstrukteuren zupass. Interessierten Kunden stellt der Anbieter das Auslegungs- und Optimierungstool Servo-Soft zur Verfügung, welches die optimale Kombination aus Planetengetriebe, Servomotor und Controller berechnet und protokolliert. Ergebnis ist der passende Antrieb für jeden Einsatzfall. Nicht nur in anspruchsvollen Fällen können sie dabei die Unterstützung durch die Applikationsingenieure von Bonfiglioli Vectron in Krefeld setzen.

Über den Autor
Autorenbild
Chris Liebermann, für Bonfiglioli

Über die Firma
Bonfiglioli Vectron Electronic GmbH
Krefeld
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