Schlaue Antriebslösung

Der Autor: Siegfried Wallauer, Produktmanager, Wittenstein

Hohe Dynamik, Präzision und Leistungsdichte sowie ein formschönes und gleichermaßen funktionelles Design sind wesentliche Merkmale, die die Servoaktuatoren TPM+ dynamic der Wittenstein motion control GmbH auszeichnen. Insbesondere in der Verpackungstechnik werden die verschleißfreien und wartungsarmen Motor-Getriebe-Einheiten gerne eingesetzt: Bis heute kommen sie in mehr als 55.000 rotativen und linearen Applikationen, wie z. B. in unterschiedlichen Verpackungsmaschinen und Pick-and-place-Systemen, zum Einsatz.

In den RM-Schlauchbeutelmaschinen sind die Servoaktuatoren in vier verschiedenen Baugrößen vertreten: im Folienabzug als TPM+ dynamic 004, im Backenschließer das TPM+ dynamic 010, im einbahnigen Backenhub in der Baugröße TPM+ dynamic 025 bzw. im zweibahnigen Backenhub als TPM+ dynamic 050. Entscheidend für den Einsatz der Baureihe waren die platzsparende Bauform, die hohe Eigendynamik und das geringe Gewicht der Servoantriebe. Zudem sind die Aktuatoren sehr flexibel hinsichtlich ihrer elektrischen Konnektivität. Über 20 verschiedene Servocontroller können als Plug-and-play-Lösung angeschlossen werden und setzen so den Wünschen der Endanwender hinsichtlich der Auswahl der Steuerungspartner kaum Grenzen.

Die zur Piepenbrock Unternehmensgruppe gehörende Hastamat Verpackungstechnik GmbH in Lahnau entwickelt und fertigt individuelle Verpackungsmaschinen, Verpackungsanlagen mit integrierter Wäge- und Zähltechnik sowie Sondersysteme für die Food- und Non-Food-Industrie. Moderne und rationelle Fertigungsmethoden sowie ein umfassendes Qualitätsmanagement bilden die Grundlage für technisch ausgereifte, wirtschaftliche und qualitativ hochwertige Maschinen. Die Schlauchbeutelmaschinen des Unternehmens verpacken nahezu alles, was schütt- bzw. rieselfähig ist: Tabletten, Lebensmittel, Trockentierfutter oder Handels- bzw. Baumarktartikel wie Schrauben, Scheiben, Fliesenkreuze oder Kabelbinder.

„Nonstop befüllen, nonstop verschließen“ heißt die Vorgabe – und das zumeist mit möglichst kompakten Maschinen und bestmöglichen Durchsatzleistungen. „In der Regel erfordert dies im Detail individuelle Verpackungslösungen, die wir auf intelligente Weise umsetzen“, beschreibt Michael Brandt, technischer Leiter bei Hastamat, die Herausforderung an die Ingenieure. „Mit dem Einsatz innovativer Lösungen, z. B. für die Antriebe der Hauptachsen oder beim Einsatz unterschiedlicher physikalischer Verschließprinzipien, gelingt es uns immer wieder, neue Herausforderungen zu bestehen und den Stand der Technik zu verbessern.“

Bestes Beispiel dafür ist eine kürzlich realisierte Schlauchbeutelmaschine der Baureihen RM-270 zum Verpacken von Keksen und Cookies. Hierbei handelt es sich um eine kontinuierlich laufende vertikale Maschine, die eine von einer Rolle abgewickelte Folienbahn zu flexiblen Schlauchbeuteln formt und diese dann befüllt. „Je nach Folienmaterial entsteht durch Wärmezufuhr, PE-Schweißen oder mit Ultraschall zunächst die Seitennaht des Beutels“, erläutert Brandt den Prozess. „Danach wird der untere Teil des Schlauchs zugeschweißt, sodass ein Beutel entsteht. In das offene Ende wird die Ware geschüttet, dann wird oben zugeschweißt.“ Angetrieben wird bei diesem Prozess zunächst der Folienabzug, der mit hoher Präzision und Sicherheit erfolgen muss, damit die Siegelnähte sich später an den richtigen Stellen befinden und der Schlauchbeutel auch optisch einwandfrei verpackt ist. Die zweite Antriebsaufgabe ist die Ausführung des Backenhubs, denn die Verschweiß- und Schneideeinheit fährt während des Befüllens vertikal mit dem Beutel mit, um danach wieder blitzschnell nach oben zu takten. Die dritte Applikation ist die Horizontalbewegung des Backenschließers, durch die die Schlauchbeutel zunächst unten und dann oben versiegelt und geschnitten werden. Anwenderseitig gefordert wurde eine maximale Verpackungsleistung von 15.000 Beuteln pro Stunde – was einer Maschinengeschwindigkeit von 250 Takten pro Minute und pro Sekunde mehr als vier Beuteln entspricht. „Konventionelle Motor-Getriebe-Einheiten sind zu groß, zu schwer und meistens auch nicht dynamisch genug, um solche Taktzeiten zu erreichen“, bestätigt Brandt. Deswegen fiel die Entscheidung bei Hastamat auf die Servoaktuatoren der Baureihe TPM+ von Wittenstein motion control.

Die rotativen Servoaktuatoren der Baureihe TPM+ dynamic vereinen moderne Motorentechnik mit hoher Leistungsdichte und hervorragender Kipp- und Verdrehsteifigkeit. Durch ihr geringes Eigenträgheitsmoment bieten sie ein hohes Maß an Leistungs- und Energieeffizienz in der jeweiligen Applikation. Insgesamt fünf Baugrößen sind verfügbar und ermöglichen es u. a. in den RM-270-Schlauchbeutelmaschinen, die Antriebsfunktion in den Leistungsabstufungen TPM+ 004, TPM+ 010, TPM+ 025 und TPM+ 050 umzusetzen. Gerade für die immer kompakter werdenden Verpackungsmaschinen ist zudem entscheidend, dass die Servoantriebe ohne Kompromisse bei der Leistung so platzsparend und leicht wie möglich bauen.

Die hohe Leistungsdichte bei reduziertem Gewicht und kompakten Abmessungen ist ein großer Vorteil der Servoaktuatoren TPM+: Der Motor und das spielarme Planetengetriebe sind durch ein besonderes konstruktives Prinzip – das Sonnenrad des Getriebes ist direkt in die Motorwelle eingepresst – sehr eng miteinander verbaut und benötigen dadurch extrem wenig Einbauraum. Der Baulängenvorteil liegt dank des Verzichts auf eine Wellenkupplung und durch den platzsparenden Anbau der Motorinstrumentierung teilweise bei über 50 % im Vergleich zu marktüblichen Motor-Getriebe-Kombinationen. Je nach Anforderung können die Servoaktuatoren dabei mit oder ohne Haltebremse sowie mit unterschiedlichen Motorfeedback-Gebersystemen ausgestattet werden. Zudem ist eine Direktanbindung an mehr als ein Dutzend von Servocontrollern möglich.

Die feine Abstufung der Übersetzungen auch innerhalb der Baugrößen erlaubt eine optimale Auslegung des TPM+ dynamic entsprechend der Anforderungen unterschiedlicher Verpackungsmaschinen. Der Einsatz der Schrägverzahnung im Getriebe sorgt für eine optimale Laufruhe am Abtrieb. Der Einfluss von Zahneingriffsfrequenzen wird auf ein Minimum reduziert – was auch zu einem niedrigen Geräuschpegel beiträgt. „Damit einher geht ein verschleißfreier und wartungsarmer Betrieb der Servoaktuatoren“, sagt Brandt. „Auch das äußere Design des IP65-Stahlgehäuses vermittelt bei aller Eleganz den Eindruck hoher Robustheit und Langlebigkeit.“

Im konkreten Projekt der RM-270 zum Verpacken von Keksen und Cookies haben sich die TPM+ für Hastamat als Servoaktuatoren mit Enabling-Potenzial erwiesen. „Die integrationsfreundliche Bauform, die hohe Eigendynamik und das geringe Gewicht ermöglichen es in der Summe der Eigenschaften, in der RM-Serie erstmals Leistungen von deutlich mehr als 200 Takten pro Minute beherrschbar zu realisieren“, sagt Brandt. „Zudem ermöglichte das geringe Eigengewicht eine Reduktion der Antriebsleistung im Backenhub und damit ein bauraum- und energieeffizientes Downsizing der Motor-Getriebe-Einheit.“

Praxisgerecht in Bauform und Leistungsabstufung, funktionell im Design, hochdynamisch für vielfältige Antriebs- und Positionieranwendungen und zuverlässig im Dauereinsatz – die Schlauchbeutelmaschinen von Hastamat sind nur ein Beispiel dafür, welch (ver-)packenden Lösungen die TPM+-Servoaktuatoren ermöglichen. bec

Wittenstein motion Control GmbH, Igersheim

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