Produktivität um mehr als 50 % gesteigert

Nach Informationen der Bosch Rexroth AG in Lohr am Main.

Deckel öffnen und dann die kalte Köstlichkeit von unten nach oben aus der Verpackung drücken: Speiseeis in konischen Flachtüten – auch Squeezer oder Squeeze-up genannt – ist gerade bei jungen Leuten sehr beliebt. Doch vor dem Genuss kommt die Verpackung: Auf Maschinen für nahezu alle auf Papier und Pappe basierenden Eisverpackungen hat sich die Neu-Ulmer Weyhmüller Verpackungstechnik GmbH spezialisiert. Bei einer neuen Maschine für die Verarbeitung konischer Flachtüten gelang es nun, bei großen Formaten die bisherige Höchstleistung von 90 auf 140 Tüten pro Minute zu steigern – also um mehr als 50 %. Bei den Speiseeisherstellern kommt das gut an, verläuft deren Geschäft doch zumindest auf der Nordhalbkugel extrem saisonal. Wenn an den ersten heißen Tagen der Verkauf fast explosionsartig ansteigt, gilt es für die Hersteller, den Handel schnellstmöglich mit Nachschub zu versorgen.

Auf eine schnelle ‚Time to market‘ bei den Maschinen setzt auch Weyhmüller, weswegen man sich bei der neuen Maschine für die Herstellung konischer Flachtüten für eine enge Zusammenarbeit mit Bosch Rexroth entschied. „Für uns ist es wichtig, rechtzeitig zu wichtigen Messen einen funktionierenden Prototypen präsentieren zu können“, erläutert Heinrich Peitz, Geschäftsführer bei Weyhmüller. Zumal das Unternehmen mit Sondermaschinen auf nahezu alle Wünsche der Nahrungsmittelindustrie weltweit eingeht. „Schon in den ersten Gesprächen haben wir gemerkt, dass Rexroth in der Nahrungsmittel- und Verpackungsindustrie zu Hause ist und unsere Anforderungen wirklich versteht.“

Die Anforderungen an die neue Maschine für die konischen Flachtüten waren ehrgeizig: Neben der deutlich gesteigerten Taktrate hatte Weyhmüller vor allem einen marktgerechten Maschinenpreis im Visier. Zudem wurde das zuvor eingesetzte Ultraschallverfahren für die Versiegelung prozessbedingt durch ein Heißluftverfahren ersetzt, während die Maschine gleichzeitig die engen Toleranzen der Speiseeishersteller für die Ovalität der Mundrolle erreichen musste. Zusätzlich sollte die Maschine die Forderung nach schnellen Format- oder Bearbeitungsstationswechseln erfüllen, um eine maximale Verfügbarkeit zu erreichen, und die Forderung nach einer höheren Ressourceneffizienz rundete das Lastenheft ab.

Während in der Vorgängermaschine noch ein Hauptantrieb über mechanische Umlenkelemente die Bewegungen erzeugte, vollzog Weyhmüller im neuen Konzept den Schritt hin zu Servo-Einzelantrieben. Ausgehend vom Hauptantrieb werden diese softwaregesteuert synchronisiert. Für den Datenaustausch in Echtzeit nutzen Servoantriebe, Steuerung und die am Prozess beteiligten E/As sercos als Bussystem, das in der Nahrungsmittel- und Verpackungsindustrie weit verbreitet ist. Maschinenhersteller können damit sowohl dezentrale als auch zentrale Automatisierungsstrukturen realisieren.

Bei der Programmierung der Steuerungstechnik unterstützte Rexroth die Weyhmüller-Ingenieure. „Dadurch konnten wir unseren engen Zeitrahmen einhalten“, erinnert sich Heinrich Peitz. Die Softwarespezialisten von Rexroth erstellten die Programm- und Visualisierungsstrukturen für das neue Maschinenkonzept mit dem Generic Application Template (GAT); Weyhmüller selbst konnte auf diese Weise seine Prozessrezepturen einfach einbinden. GAT ist Bestandteil der Engineering-Umgebung ‚Open Core Engineering‘ für alle Rexroth-Steuerungen und -Antriebe (siehe elektro Automation 1-2/2013, S. 42), speziell in den sogenannten Funktionspaketen hat Rexroth dabei das Anwendungs-Know-how in Software abgebildet (siehe Kasten Praxis Plus). Darüber sind zahlreiche verpackungstypische Technologiefunktionalitäten bereits vordefiniert, so dass die Weyhmüller-Ingenieure sie nur parametrieren mussten.

Die Branchenspezialisten von Rexroth konfigurierten auf diese Weise ein durchgängiges Antriebs- und Steuerungskonzept auf Basis der Systemlösung IndraMotion. Diese Controller-basierte Steuerungshardware kombiniert SPS- und Motion-Funktionalitäten. Sie kann mehrere Motion-Aufgaben parallel abarbeiten und erreicht damit Taktraten, die weit höher liegen, als es mit sequenzieller Programmierung möglich wäre. Intelligente Servoantriebe der IndraDrive-Baureihe setzen die von der Maschinensteuerung errechneten Sollwert-Vorgaben schließlich in synchronisierte und präzise geregelte Motorpositionen um. Für die Linearbewegungen setzt Rexroth auf die Kombination von Servoantrieben mit kompletten Linearsystemen. An den Bearbeitungsstationen zur Fertigung der Mundrolle und der Flosse der Eistüte sowie zum Einbringen von Wärme an die zu erhitzenden Stellen kommen die Vorschubmodule VKK zum Einsatz. Sie bestehen aus einem feststehenden Aluminium-Hauptkörper, in dem spielfrei angetriebene Kugelgewindetriebe eine Aluminium-Pinole präzise positionieren. Durch die geringe bewegte Eigenmasse der Vorschubmodule konnte Rexroth bei einer niedrigen Antriebsleistung eine hohe Dynamik realisieren. An weiteren Achsen übernehmen Compactmodule als einbaufertige Baugruppen die Kraftübertragung. Die kompletten Lineareinheiten verringern den Aufwand in der Konstruktion und der Montage. Außerdem verkürzen die Standardbaugruppen VKK und Compactmodule die Stillstandszeiten im Reparaturfall, weil Rexroth weltweit eine schnelle Ersatzteillieferung sicherstellt.

Obwohl die neue Maschine über 50 % produktiver arbeitet, verbraucht sie übrigens weniger Energie als die Vorgängergeneration – ein echtes Plus für den Maschinenbetreiber. Die Branchenspezialisten nutzten dazu die Systematik Rexroth 4EE, die dabei unterstützt, alle Energieeffizienz-Potenziale zu erschließen. Ein weiterer Nebeneffekt ist zudem, dass die Maschine so präzise arbeitet, dass durch die geringere Überlappung an den Siegelnähten der Materialverbrauch sinkt. „Wir haben auf Basis dieser effizienten Zusammenarbeit mit Bosch Rexroth unsere Zielvorgaben komplett erreicht“, so Heinrich Peitz abschließend. „Mit diesem erfolgreichen Projekt hat sich Bosch Rexroth als unser Systempartner auch für die nächsten Maschinengenerationen qualifiziert.“ co

Die Engineering-Umgebung ‚Open Core Engineering‘ steigert mit offenen Standards, Software-Tools und Funktionspaketen die Arbeitseffizienz beim Maschinenhersteller. In den Funktionspaketen hat Rexroth das Anwendungs-Know-how in Software abgebildet. Ein Beispiel dafür ist FlexProfile: Diese Funktionalität passt bei der Umrüstung automatisch alle Achsbewegungen an geänderte Parameter an – anstatt die Bewegungsabläufe aufwändig für jede Achse einzeln zu programmieren, genügt es, mit dem Rexroth-Tool CamBuilder die Bewegungen mit der Maus grafisch zu erzeugen. Die Umsetzung in Programmcode übernimmt dann FlexProfile und automatisiert damit die bislang zeitaufwändige und fehleranfällige manuelle Programmierung.

sercos interface ist eine offene echtzeitfähige Schnittstelle für Motion-Control-Anwendungen in der Automatisierungstechnik. Weitere Informationen dazu finden sich auf der Website des sercos International e.V. Die sercos User Conference findet übrigens am 24. September in Frankfurt am Main statt.