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In-Mould-Labeling

PC-based Control bei In-Mould-Labeling-Anlagen

Die IML-Anlagen von Beck Automation ermöglichen ein effizientes und flexibles Labeling unterschiedlicher Kunststoffbecher und -deckel.
Die IML-Anlagen von Beck Automation ermöglichen ein effizientes und flexibles Labeling unterschiedlicher Kunststoffbecher und -deckel.
(Bild: Beckhoff)

Die Beck Automation AG in Oberengstringen ist ein 1934 gegründetes familiengeführtes Unternehmen und – so Nino Zehnder, Verkaufsleiter und Mitglied der Geschäftsleitung – mit über 30 Jahren Erfahrung ein Pionier im Bereich der In-Mould-Labeling-Anlagen. Dabei reiche das Spektrum der Maschinen von kostengünstigen Basic-Anlagen bis hin zu kundenspezifischen Sondermaschinen, um allen Anforderungen der Kunden weltweit gerecht zu werden. Aktuelles Beispiel ist eine Sechsfach-IML-Anlage für das Dekorieren von Kunststoffdeckeln, deren Verwendung Zehnder erläutert: „Diese Anlage wird für Kunststoffverpackungen im Food-Bereich eingesetzt. Das gängigste damit hergestellte Produkt sind Deckel für Ein-Liter-Dosen, beispielsweise für Joghurt. Die gleiche Anlage kann aber auch die Dose selbst dekorieren.“

IML als besonders flexibler Prozess

Beim In-Mould-Labeling wird ein bereits bedrucktes Etikett (Label) in ein Spritzgießwerkzeug (Mould) gelegt, welches die Form des gewünschten Endprodukts – beispielsweise der Deckel einer Joghurtdose – hat. Anschließend wird plastischer Kunststoff in das Werkzeug gepresst, in dem er sich abkühlt und aushärtet, sich mit dem Label verbindet und so das fertige Endprodukt bildet. Dieser Prozess zeichnet sich laut Zehnder gegenüber Folienbedruckung durch seine hohe Flexibilität aus: „IML eignet sich auch aus Sicht von Losgröße-1-Fertigung und Industrie 4.0 besonders gut für das Verpackungsdesign. Denn es muss hier bei Änderungen kein teurer und aufwendiger Prozess einer Druckmaschine umgestellt werden.“ Somit lassen sich bis zu 5.000 Kunststoffdeckel pro Stunde und im Extremfall jeder davon mit einem neuen Dekor oder auch mit einem individuellen QR-Code produzieren.

Für Präzision und lange Lebensdauer basiert die IML-Anlage auf einem soliden geschweißten Stahlgestell. Platziert wird sie seitlich an einer Spritzgießmaschine, um mit dem servogesteuerten Hauptarm als eigentlichem Herzstück der Anlage in diese Maschine einzufahren. Dieser Hauptarm bewegt sich in die offene Spritzgießform, entnimmt auf der einen Seite jeweils sechs fertige Deckel und legt gleichzeitig auf der anderen Formseite sechs neue Label für den nächsten Spritzgießprozess ein. Während dieses Prozesses bearbeitet die IML-Anlage die entnommenen Deckel, das heißt sie werden über ein Vision-System auf ihre Qualität hin geprüft und anschließend abgestapelt. Parallel dazu werden die nächsten sechs Label vereinzelt, um den Hauptarm für das folgende Einfahren in die geöffnete Spritzgießform zu bestücken.

Die Leistungsfähigkeit der IML-Anlage verdeutlicht Zehnder wie folgt: „Der gesamte Zyklus mit jeweils sechs Kunststoffdeckeln dauert nur rund vier Sekunden. Zudem bietet die Anlage eine sehr hohe Flexibilität, das heißt sie kann schnell und ohne großen Aufwand auf eine andere Deckelgröße, -form oder -anzahl umgestellt werden. Einen weiteren Vorteil ergibt der automatische Magazinwechsel, der ein Nachfüllen der Label ohne Prozessunterbrechung ermöglicht.“

Zwei der vier zum Einsatz kommenden Servomotoren AM8000 übernehmen die Hauptarmbewegung (Motor rechts oben) und die Shuttle-Funktion (Motor links oben).
Zwei der vier zum Einsatz kommenden Servomotoren AM8000 übernehmen die Hauptarmbewegung (Motor rechts oben) und die Shuttle-Funktion (Motor links oben).
(Bild: Beckhoff)

Vorteile durch PC-basierte Steuerungstechnik

Für den Einsatz von PC-based Control hat Beck Automation sich bereits im Jahr 2011 entschieden, wie Christoph Jenni, Leiter der Softwareabteilung, erläutert: „Die PC-basierte Steuerungstechnik hat damals schon mit einigen grundsätzlichen Vorteilen überzeugt, beispielsweise durch den einfachen Remote Access für den Support unserer Anlagen direkt beim Kunden. Bei PC-based Control von Beckhoff kam als herausragendes Feature noch die Möglichkeit des Online Change dazu. Profitieren konnten wir verglichen mit der vorherigen SPS-basierten Lösung zudem von der leistungsfähigen Achsansteuerung mit umfassenden Diagnosemöglichkeiten sowie vom Einsatz des schnellen und komfortablen Kommunikationsstandards Ethercat als Ersatz für die bisherige Einzelverdrahtung.“ Nino Zehnder ergänzt die spezifischen Vorteile eines Windows-basierten Systems: „Die entsprechende Offenheit sorgt für eine maximale Flexibilität. So lassen sich beispielsweise Datenauswertungen ohne großen Aufwand direkt als Excel-Tabelle abspeichern oder vielfältige Möglichkeiten für ein benutzerfreundliches HMI nutzen.“

Für Beck Automation als weltweit tätiges Unternehmen ist laut Zehnder zudem die globale Verfügbarkeit der Beckhoff-Technik inklusive Support von besonderer Bedeutung: „Für unsere äußerst langlebigen Anlagen ist dabei vor allem die Langzeitverfügbarkeit der Produkte wichtig. So sind auch nach zehn Jahren und mehr etwaige Ersatzteile oder bei Bedarf neuere, aber voll kompatible Produkte problemlos erhältlich.“ Im Fokus stehen weiterhin die Modularität und gute Skalierbarkeit von PC-based Control, wie Christoph Jenni bestätigt: „Je nach Maschinengröße und -ausstattung lässt sich die Steuerungstechnik optimal anpassen, ohne dass ein großer Engineeringaufwand erforderlich wäre. So kann beispielsweise die Anzahl der Servoachsen problemlos an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Außerdem kommt PC-based Control anders als andere Systeme ohne eine Begrenzung der Anzahl der I/O-Kanäle aus und lässt somit alle Möglichkeiten offen.“

Der Embedded-PC CX5130 und die aus Ethercat- und Twinsafe-Klemmen gebildete I/O-Ebene bauen äußerst kompakt.
Der Embedded-PC CX5130 und die aus Ethercat- und Twinsafe-Klemmen gebildete I/O-Ebene bauen äußerst kompakt.
(Bild: Beckhoff)

Servoantriebstechnik erhöht die Maschinenflexibilität

Bei der neuen Sechsfach-IML-Anlage hat Beck Automation konsequent die Servoantriebstechnik eingesetzt. Dies ermöglicht durch das vereinfachte Einstellen der Anlage insbesondere beim Umrüsten große Vorteile. Insgesamt verfügt die Anlage über vier Servomotoren der Baureihe AM8000. Diese werden über zwei einkanalige Servoverstärker AX5103 und AX5118 beziehungsweise eine zweikanalige Ausführung AX5203 sowie mit der Software Twincat 3 NC PTP präzise angesteuert. Dabei sorgt der Servomotor AM8063 mit 29 Nm Stillstandsdrehmoment für eine äußerst dynamisch bewegte Hauptachse. Hinzu kommen zwei AM8032 (2,37 Nm) und ein AM8033 (3,22 Nm), teilweise mit Haltebremse ausgestattet. Realisiert ist damit unter anderem die Shuttle-Bewegung, um die Kunststoffdeckel – so Zehnder – mit ausreichend kurzer Zykluszeit am Vision-Prüfsystem vorbeiführen zu können. Zudem wirke sich die im Gegensatz zur Pneumatik ruckarme Servoantriebstechnik positiv auf die Anlagenlebensdauer aus, da die Massenkräfte verringert werden. Die weiteren Servoachsen dienen zum einen dem Entnehmen der Labels aus dem Magazin und zum anderen dem Abstapeln der fertigen Kunststoffdeckel. Positiv hat sich aus Sicht von Christoph Jenni auch die One Cable Technology (OCT) ausgewirkt: „Durch OCT reduziert sich der Kabel- und Montageaufwand deutlich. Zusätzlich vereinfacht das elektronische Typenschild die Inbetriebnahme, die Fehlersuche und einen etwaigen Gerätetausch.“

Ausreichend Rechenleistung für die gesamten Steuerungs- und Motion-Control-Abläufe bietet ein Embedded-PC CX5130 mit Intel-Atom-Prozessor (1,75 GHz Taktfrequenz). Dabei sieht Jenni einen entscheidenden Vorteil im breiten Spektrum der Industrie-PCs von Beckhoff: „Je nach Anforderung beziehungsweise Anlagengröße lassen sich ohne großen Aufwand auch leistungsstärkere IPCs oder beispielsweise die Multicore-Technologie nutzen. Die vorhandene Steuerungssoftware lässt sich dann darauf gleichermaßen einsetzen. Auf diese Weise sind wir in der Anlagenkonstruktion sehr flexibel.“ Gleiches gelte für den Einsatz von Twincat: „Mit der vorhandenen Motion-Control-Bibliothek konnten bisher alle unsere Anforderungen erfüllt werden. Auch Besonderheiten wie der Datenaustausch per OPC UA waren mit der entsprechenden Twincat Function einfach zu realisieren.“ Weitere Effizienzvorteile habe zudem die systemintegrierte Sicherheitslösung Twinsafe ergeben. Denn mit den über die Twinsafe-Logic EL6900 und den Twinsafe-Optionskarten AX5801 für die Antriebe umgesetzten Sicherheitsfunktionen – Schutztüren und Not-Halt – habe man den Verdrahtungsaufwand und Platzbedarf deutlich reduzieren können.

Über den Autor
Autorenbild
Thomas Kosthorst

Branchenmanagement Kunststoffmaschinen/Hydraulikanwendungen, Beckhoff Automation

Über die Firma
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
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