Laut Verpackungsspezialist Brenton reduziert XTS Produktstaus und Ausfallzeiten erheblich. (Bild: Brenton)
Brenton liefert integrierte End-of-line-Verpackungssysteme für die Lebensmittel-, Getränke- und Pharmaindustrie, darunter Maschinen für die Kartonverpackung und -umverpackung, Roboterpalettierung und Materialhandhabung.
Ein großer US-amerikanischer Lohnverpacker beauftragte Brenton mit der Implementierung einer anspruchsvollen Verpackungsapplikation für Tiefkühlpizzen. Bei diesem dynamischen Prozess musste die Maschine sowohl mit einer ungeordneten Zuführung als auch mit 26 verschiedenen Produktvarianten umgehen können, die entweder im Karton verpackt oder nur in Plastikfolie eingeschweißt waren. „Die besondere Herausforderung war dabei, den Teileaustausch bei der Umrüstung auf wechselnde Produktgrößen zu eliminieren. Bislang erforderte der Wechsel von 10-Zoll- auf 15-Zoll-Pizzen zeitaufwendige mechanische Anpassungen“, erklärt Mike Grinager, Vice President of Technology bei Brenton. „Außerdem mussten wir einen hohen Durchsatz von 15 Kartons pro Minute ohne Produktbeschädigung erreichen. Hinzu kam, dass die bis zu 15 Pizzen in unterschiedlichen Ausrichtungen gestapelt sein können, wenn sie in die Verpackungslinie des Kunden einlaufen.“
Intelligente Transporttechnologie
Brenton entschied schließlich, seine intermittierende Seitenlader-Kartonverpackungsmaschine M2000 mit einem mechatronischen Lineartransportsystem auszustatten. „Diese Entscheidung führte Brenton zum Extended Transport System (XTS), denn Beckhoff hat uns davon überzeugt, dass XTS sich an die gewünschten Produktänderungen im laufenden Betrieb anpassen kann“, so Grinager weiter. „Durch den Einsatz von XTS entwickelten wir eine M2000-Maschine, die die ungeordnete Zufuhr von Pizzen in allen Formen, Ausrichtungen und Produktvarianten bewältigen und dabei auch displayfertige Packungen und Großgebinde handhaben kann.“
Die aufgerüstete Maschine verfügt nun über ein 5,5 m langes XTS-System mit zwölf Movern zur Steuerung der Produktzufuhr. Als echte mechatronische Lösung kombiniert XTS die Eigenschaften von Linearmotoren mit individuell steuerbaren Movern auf einem Fahrweg in verschiedenen, auch geschlossenen Geometrien. Als Besonderheit können in der Bewegung bei Bedarf Klemmkräfte erzeugt werden: Zwei aufeinander synchronisierte Mover greifen hierfür die der Maschine in Behältern zugeführten Pizzastapel mit einer vorgegebenen Kraft, stabilisieren sie und richten sie vor dem schnellen und sicheren Transport zu den Verpackungsstationen aus.
„Das ist das Besondere an dieser Maschine – sie verarbeitet einen Stapel von 15 eingeschweißten runden Pizzen, kann sich aber auch leicht an die Zufuhr von bereits quadratisch verpackten Pizzen adaptieren. Und das alles bei nur noch minimalen Umrüstzeiten“, führt Grinager aus. Auch ein unterschiedliches Timing in der Zufuhr gleicht XTS flexibel aus, weil die Mover jeden beliebigen Abstand einnehmen können, um die Produkte vor der Ladestation zu puffern. „XTS reduziert Staus und Ausfallzeiten erheblich, da es perfekt gestapelte Pizzen in die Kartons befördert“, so Grinager. „Das war mit den anderen Systemen, die wir evaluiert haben, nicht möglich.“ Die erste XTS-Anwendung von Brenton musste wegen des Gewichts der hohen Pizzastapel eine für diesen Anwendungstyp große Nutzlast bewältigen. Daher wurde ein auf XTS abgestimmtes GFX-Führungssystem von Hepco Motion integriert.
Als XTS-Steuerung dient ein Schaltschrank-Industrie-PC C6930. Dieser ist mit einem 15-Zoll-Control-Panel CP2915 mit Multitouch-Funktion verbunden. Trotz der dynamischen Bewegungsführung beansprucht XTS nur etwa 15 % der Rechenleistung, sodass genügend Reserven für andere Funktionen vorhanden sind.
Neuere Modelle der M2000 verfügen auch über Hochgeschwindigkeits-Ethercat-Klemmen der EL-Serie, einschließlich 8-Kanal-High-Density-Varianten. „Die Offenheit des Ethercat-I/O-Systems von Beckhoff gegenüber anderen Feldbussen ist durch die vereinfachte Integration sehr hilfreich“, stellt Grinager fest. „Auch die Konnektivität mit Ethernet/IP-Geräten war für das Team von Brenton Engineering einfach“, ergänzt Patrick Triemert, Applikationsingenieur bei Beckhoff USA. „Mit seiner extremen Hochgeschwindigkeit und exzellenten Synchronisation bleibt Ethercat jedoch der perfekte Bus für mechatronische Anwendungen wie XTS.“
Maschinendurchsatz enorm gesteigert
Nach dem Design mit XTS kann die Maschine nun bis zu 41 verschiedene Artikel und bis zu 27 Kartons pro Minute verarbeiten, was circa 140 Tiefkühlpizzen pro Minute entspricht. Außerdem lassen sich bis zu 26 verschiedene Packmuster umsetzen, unter anderem komplexere Anordnungen, Display-Ready- und Aktions-Packungen – mit einem Durchsatz von 12,5 Kartons pro Minute. „Eine mit XTS ausgestattete M2000-Maschine übernimmt die Arbeit von drei konventionellen Kartonverpackungsmaschinen“, resümiert Grinager zufrieden. Durch die Optimierung der Umrüstschritte gelang es, die typische Stillstandzeit für die verbleibenden Umrüstarbeiten von etwa 30 auf fünf Minuten zu reduzieren.
