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Verpackungsmaschinen

Flexibler Servoantrieb für Butterverpackungsanlage

Vollautomatische Abfüll- und Verpackungsanlage für Butter, Pflanzenfette und weitere pastöse Lebensmittel.
Vollautomatische Abfüll- und Verpackungsanlage für Butter, Pflanzenfette und weitere pastöse Lebensmittel.
(Bild: Yaskawa)

Die oldenburgische WAL Mess- und Regelsysteme GmbH entwickelt und produziert Messanlagen und Steuerungen für den industriellen Einsatz. Der Schwerpunkt liegt auf der Messung und Regelung physikalischer Größen. Hergestellt werden auch kundenspezifische Lösungen für die Lebensmittelindustrie. Ein Beispiel dafür ist eine vollautomatische Abfüll- und Verpackungsanlage für Butter, Pflanzenfette und weitere pastöse Lebensmittel. Sowohl in der Butterverpackung selbst als auch bei einem Zusatzmodul der Anlage, einem Kartonaufrichter, werden Servoantriebe von Yaskawa eingesetzt.

Zuverlässig abgewickelt

In der vollautomatischen Butterabfüll- und Verpackungsanlage werden große Buttereinheiten zu je 25 kg abgefüllt und verpackt. Die Anlage führt einen leeren Karton der Füllposition zu, welcher dann innen mit Folie ausgeschlagen und befüllt wird. Hierfür wird mit einem Antrieb die Folie von einer Rolle abgezogen, die benötigte Länge abgeschnitten und um den Füllkopf gelegt. Dieser fährt dann zusammen mit der Folie in den Karton. Wird nun die Butter durch das Füllrohr in den Füllkopf gepumpt, so „schwimmt“ dieser auf der Butter auf. Bei der Konstruktion der Maschine lagen deren Langlebigkeit und die Hygiene im Fokus: Einfach zu reinigende Innenbereiche oder vollautomatisches CIP (Cleaning in Place) aller produktberührenden Bauteile sowie die Innen- und Außenreinigung des Füllkopfes waren gefordert. Ein modularer Aufbau der Anlage erlaubt kurze Inbetriebnahmezeiten und eine einfache Erweiterung.

Die motorbetriebene Folienzuführung sorgt durch ein gleichmäßiges Abrollen ohne Nachlauf sowie einer exakten Folienlänge für eine zuverlässige Verpackung. Den Abzug der Folie übernahm in der Vergangenheit ein Schrittmotor. Wurde dieser nicht regelmäßig gewartet, kam es in etlichen Fällen zu Störungen. Auch war schwierig, dass der Schrittmotor bauartbedingt nur im Stillstand sein maximales Drehmoment erreichte, bei steigender Drehzahl das Drehmoment aber abnahm. Für den Folienzug war zunehmend eine Dynamik gefordert, die der Schrittmotor nicht bieten konnte. Ein Servoantrieb war gefragt. Mathias Willner, technische Leitung bei WAL Mess- und Regelsysteme, erklärt: „Wir vertreiben unsere Anlagen nicht nur in Europa, sondern auch in den USA. Daher war eine wesentliche Anforderung an den neuen Servoantrieb, dass dieser sowohl Profinet als auch Ethernet/IP als Kommunikationsmedium unterstützt. Mit dem Sigma-7 (vgl. Technikkasten) von Yaskawa haben wir hier eine gute Lösung gefunden.“ Egal, ob die Butterabfüllanlage nun in Europa oder den USA eingesetzt wird, es ist immer derselbe AC-Servomotor verbaut, nur der Servoverstärker wird mit der jeweils benötigten Busschnittstelle ausgewählt. Mathias Willner freut sich über eine weitere Verbesserung: „In manchen Ländern hatten wir Probleme mit unsauberer Netzspannung. Das war für den Schrittmotor eine echte Herausforderung. Die Servoantriebe dagegen laufen auch bei schwankenden Netzspannungen zuverlässig.“

Sowohl in der Butterverpackung selbst als auch bei einem Zusatz­modul der Anlage, einem Kartonaufrichter, werden Servoantriebe 
von Yaskawa eingesetzt.
Sowohl in der Butterverpackung selbst als auch bei einem Zusatz­modul der Anlage, einem Kartonaufrichter, werden Servoantriebe von Yaskawa eingesetzt.
(Bild: Yaskawa)
Über WAL Mess- und Regelsysteme GmbH

Die Firma WAL Mess- und Regelsysteme GmbH wurde im April 1992 von Dipl.-Ing. Detlef Wölbern gegründet. Die Mitarbeiter des Unternehmens haben vielfältige und langjährige Erfahrungen im Bereich der Mess- und Regeltechnik. Entwickelt und produziert werden Messanlagen und Steuerungen für den indus­triellen Einsatz, wobei ein Schwerpunkt die Messung und Regelung physikalischer Größen bildet. Das Unternehmen schafft kundenspezifische Lösungen für die Lebensmittelindustrie und die Abwasserwirtschaft. Realisiert werden messtechnische Lösungen, aber auch die komplette Projektierung von Anlagen kann übernommen werden. Das Unternehmen beschäftigt derzeit 15 Mitarbeiter. Zum Firmenverbund gehört seit Mai 1997 das Unternehmen Electric-Special Photronicsysteme GmbH, das sich mit der Lichtregelung auf dem Gebiet der Tunnel- und Straßenbeleuchtung beschäftigt. Hier sind weitere zwölf Mitarbeiter angestellt.

Gut aufgestellt

Passend zur Butterabfüllanlage bieten die Oldenburger auch einen Kartonaufrichter als weiteres Anlagenmodul an. Hier werden pro Minute bis zu zwölf Faltkartons vollautomatisch einem Magazin entnommen, aufgerichtet, die gefaltete Bodenlasche mit Klebeband verschlossen und der Karton an die Füllstation übergeben. Diese Anlage war kein Retrofit, sondern eine Neuentwicklung. Wegen der hohen geforderten Taktzahlen fiel die Wahl von vornherein auf Servoantriebe. „In diesem Anlagenmodul haben wir ebenfalls zwei Sigma-7-Antriebe im Einsatz“, berichtet Willner. „Weil uns beim Retrofit an der Butterabfüllanlage sowohl der Sigma-7-Servoantrieb als auch die Zusammenarbeit mit den Yaskawa-Mitarbeitern überzeugen konnte, haben wir hier die gleichen Antriebstypen verbaut.“ Auch in dieser Maschine kann der Sigma-7 seine Vorteile ausspielen: Die gesamte „Intelligenz“ steckt im Servoverstärker. Funktionen wie Tuning-Less, Vibrationsunterdrückung, Resonanzfilter, Rippel-Compensation und vieles mehr sind unabhängig von der übergeordneten Steuerung verfügbar.

Über Yaskawa

Yaskawa ist ein weltweit führender Hersteller von Servoantrieben, Frequenzumrichtern und Industrie­robotern. Yaskawa-Produkte werden in zahlreichen industriellen Zielmärkten eingesetzt, darunter: Automobilbau, Verpackung, Holzverarbeitung, Halbleitertechnik, Pumpentechnik sowie im Personenlift- und Rolltreppenbereich. Das Unternehmen ist der weltweit größte Hersteller von AC-Umrichtern, Servomotoren, Direktantrieben, Maschinensteuerungen und Robotern. Mit umfangreichen Investitionen in Forschung und Entwicklung hat das Unternehmen eine Vielzahl an Erfindungen, Patenten und Innovationen hervorgebracht. Diese technologische Führerschaft hat das Unternehmen auch in verschiedenen Industrien zum Marktführer gemacht. Heute werden pro Jahr mehr als 1.800.000 Frequenzumrichter, mehr als 800.000 Servo-Systeme und über 20.000 Industrieroboter hergestellt. Die Yaskawa Europe GmbH betreut die Märkte Europa, Afrika, Mittlerer Osten sowie den Bereich der früheren Sowjetunion.  

Schnell eingerichtet

Wie gut ein Antrieb wirklich ist, hängt letzten Endes auch davon ab, wie einfach er sich in Betrieb nehmen lässt. Yaskawa hat hierfür die Tuning-Less-Funktion entwickelt. Hierbei passt der Servoverstärker selbständig und kontinuierlich seine Reglerparameter an die aktuelle Situation an. Dies erlaubt den sofortigen Betrieb des Antriebs ohne aufwendige Parametrierung oder spezielle Kenntnisse der Regeltechnik. Für die meisten Anwendungen ist diese Funktion völlig ausreichend. Für sehr anspruchsvolle Anwendungen stehen natürlich ergänzend weitere Tuning-Funktionen zur Verfügung. Mathias Willner jedenfalls war von der schnellen Inbetriebnahme beeindruckt: „Wir hatten alles gut vorbereitet, also die mechanischen Schnittstellen für den Motor durch entsprechenden Adapterbau und natürlich auch die Ansteuerung über die jeweiligen Protokolle. Die Integration selbst war dann bei der Butterabfüllanlage innerhalb eines halben Tages erledigt. Die Unterstützung durch die Yaskawa-Mitarbeiter war in beiden Anwendungsfällen top.“ Auch beim Kartonaufrichter war die Integration der Antriebe in weniger als einem Arbeitstag abgeschlossen.

Über den Sigma-7-Servoantrieb

Bei der Entwicklung der Servoantriebe der Sigma-7-Serie standen drei wesentliche Ziele im Fokus: zuverlässig schnelle Inbetriebnahme, hohe Produktionsleistung und maximale Betriebssicherheit. Die reaktionsschnellen Servomotoren decken bei Versorgungsspannungen von 200 beziehungsweise 400 V Leistungen von 50 W bis 15 kW ab und überzeugen mit äußerst kompakten Abmessungen und sehr ruhigem Lauf. Zur Serie gehören schmale Einzel- und Doppelachs-Verstärkermodule für 200 V oder 400 V in platzsparender Bauform, die sich im Schaltschrank lückenlos aneinanderreihen und optional per Daisy-Chain ganz unkompliziert verdrahten lassen. Das reduziert den Installationsaufwand, und die gute Platzausnutzung ermöglicht Schaltschränke mit sehr hoher Leistungsdichte. Hinzu kommt ein weiterer Platzvorteil: Bei Umgebungstemperaturen von - 5°C bis + 55°C ist keine Zusatzkühlung erforderlich. Die Servos überzeugen durch hohe Auflösung (integrierter 24-bit Absolut-Encoder), hohe Dynamik und Funktionen wie Vibrationsunterdrückung, Ausblendung von Maschinen-Resonanzfrequenzen und Tuning-Less für die einfache Inbetriebnahme.

 

Alternativ zu den Servomotoren können an den gleichen Verstärkern auch Linearmotoren oder bei 200 V auch Torque-Motoren betrieben werden.  

Über die Autoren
Autorenbild
Martin Hoop

Technical Sales Support Manager, Yaskawa Europe GmbH

Autorenbild
Nora Crocoll

Redaktionsbüro Stutensee

Über die Firma
YASKAWA Europe GmbH
Eschborn
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