Frequenzumrichter

Antriebe von Siemens für den Maschinenbau von Linearfüllern

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In enger Zusammenarbeit mit dem Automatisierungsspezialisten Wied hat die Ilshofener GMPi für den Hersteller von naturreiner Aromatherapie und Naturkosmetik Primavera Life GmbH einen weiterentwickelten Linearfüller produziert. Die schnurgerade Anlage ist nicht nur perfekt zur Integration beliebig vieler Stationen geeignet, sondern auch völlig neu automatisiert – auf der Basis einer Simatic T-CPU sowie kostengünstiger Sinamics V90-Frequenzumrichter.

Marc Verratti, Vertriebsbeauftragter und Johanna Gebhardt, Marketing Managerin, Siemens Digital Factory

Inhaltsverzeichnis

1. Virtuelle Masterachse
2. Zentrale Automatisierung
3. Effektiver Know-how-Transfer

 

Mehr Formate, mehr Auflagen, mehr Kostendruck – diesen Herausforderungen stellen sich derzeit viele Unternehmen der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie. So hat sich auch die Primavera Life GmbH, Hersteller für naturreine, aromatherapeutische Produkte, entschlossen, seine Abfüllprozesse zu automatisieren. Aus diesem Grund wandte sich das bayerische Unternehmen aus Oy-Mittelberg Anfang 2018 an die Firma GMPi aus dem baden-württembergischen Ilshofen, die sich seit ihrer Gründung auf den Bau von Anlagen für die nicht-sterile Abfüllung von Flüssigkeiten spezialisiert hat. „Unser Ziel war es, schnellstmöglich eine innovative, hochleistungsfähige und zu unseren Qualitätsansprüchen passende Anlage zu konzipieren, die es uns ermöglicht, einen Großteil des breiten Produktportfolios im Sekundentakt abzufüllen. Dabei galt es, den vielen unterschiedlichen Verpackungsformaten Rechnung zu tragen“, sagt Heike Sontheim, Produktionsleiterin bei der Primavera Life GmbH.

Virtuelle Masterachse

Auf der Basis dieser Vorgaben entwickelte GMPi gemeinsam mit der Wied GmbH & Co. KG, einem Automatisierungsspezialisten und Siemens Solution Partner aus Bühlerzell, den ersten Linearfüller der Firmengeschichte, der nicht nur in puncto Bauform, sondern auch bei der Automatisierung Standards setzt. Herz der Anlage ist eine Simatic S7–1517 T-CPU, die die insgesamt 18 über Sinamics V90 angetriebenen Servoachsen mit Simotics S-1FL6 mittels einer virtuellen Masterachse steuert – mechanisch entspricht das einer Königswelle. Um zu erreichen, dass einzelne Achsen reibungslos nach Bedarf zu- oder abgeschaltet werden können, nutzten die Spezialisten von Wied die in der Technologie-SPS hinterlegten Kurvenscheiben- und Getriebegleichlauffunktionen. Dabei integrieren die Ingenieure neben dem Vortrieb, der über flaschenformoptimierte Rechen erfolgt, eine Füllstation mit vier Takten à 25 ml, eine Eindrückstation zur Montage von Roll-On-Verschlüssen, eine Kamerastation, eine Station zur Vorbegasung, eine zur Montage der Sprüh- bzw. Pumpköpfe, sowie eine Vor- und Nachschraubstation zum Verschließen der Flaschen und eine weitere optionale Eindrückstation für das Aufsetzen der Staubkappen. Thorsten Bullinger, Geschäftsführer von GMPi: „Schon angesichts dieser vergleichsweise überschaubaren Menge an Stationen zeigt sich der Vorteil des Linearfüllers im Vergleich zum Rundläufer – während auf der einen Seite der Platz begrenzt ist, lassen sich am Linearfüller beliebig viele Stationen nahtlos integrieren, etwa für weitere Bearbeitungsschritte oder zur Qualitätssicherung und Compliance.“ Und gerade bei den letzten beiden Punkten sieht Bullinger ein enormes Potenzial: „Durch die ständig strenger werdenden Auflagen wird der Anteil an Stationen zunehmen, die nicht primärer Teil des Abfüllprozesses sind – ob für Probenentnahmen, Scans oder zur Dokumentation.“

Zentrale Automatisierung

Aber auch in puncto Antriebs- und Automatisierungstechnik ist der Linearfüller ein Vorreiter – dank der nahtlosen Integration der Simatic S7–1517 T-CPU inklusive Safety-Funktionen mit kosten- und leistungsoptimierter Sinamics V90- und Sinamics G120C-Antriebstechnik und dem Simatic HMI TP1500 Comfort Pro-Panel mit Extension Unit. Zum einen, weil die Servoantriebssysteme viele der bislang pneumatisch betriebenen Achsen ersetzen und dabei Energiekosten und Lärm reduzieren, zum anderen, weil sämtliche Komponenten auf der Basis von TIA Portal V15, inklusive Step7, WinCC Comfort, Startdrive und V90 Hardware Support Package betrieben werden – mit einer einzigen Engineering-Software für Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung. „Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass alle technologischen Funktionen dank der Technologieobjekte im TIA-Portal in der Steuerung hinterlegt sind und die Antriebe nach der einfachen Grundinbetriebnahme, die auch direkt in der Engineering-Plattform erfolgt, als drehzahlgeregelte Servo-Regler fungieren. Das heißt, die komplette Intelligenz liegt in der Steuerung, die über Profinet-IRT alle Antriebe präzise regelt, ohne dass der Programmierer überhaupt in die Antriebsparametrierung einsteigen muss“ führt Michael Brodbeck, Promotor für Motion Control-Antriebe bei Siemens Industry in Stuttgart aus.

In der Praxis macht sich diese Konfiguration in vielfältiger Hinsicht bezahlt. Da der Naturkosmetik-Hersteller mit der Anlage ein großes Produktspektrum in verschiedenen Flaschenformen und diversen Verschlussvarianten abfüllt, sind in der Steuerung derzeit rund 400 individuelle Prozessrezepte hinterlegt, die binnen kürzester Zeit abgefahren werden können. Dabei umfassen die Formate nicht nur sämtliche Daten zu den Verfahrwegen der einzelnen Stationen sowie detaillierte Informationen über alle vom Anlagenfahrer vorzunehmenden mechanischen Umstellungen, sondern auch Softwarelösungen zur Vermeidung von Schaumbildung bzw. Überschwappen sowie zur Kompensation des Jitters. Hans-Jürgen Biegel, Abteilungsleiter Software bei Wied Industrieautomation: „Wenn wir diese geschwindigkeits- und produktabhängigen Lösungen auf klassische Weise – also dezentral in jedem Antrieb – umgesetzt hätten, wäre der Programmieraufwand um 10-20 % höher gewesen. Ein Kostenvorteil, den wir an unsere Kunden weitergeben können.“

Effektiver Know-how-Transfer

In Summe überzeugen die Vorteile des Linearfüllers und der zentralen Automatisierung auf der Basis der Siemens-T-CPU, sodass GMPi-Geschäftsführer Bullinger bereits mehrere Aufträge für vergleichbare Anlagen gewinnen konnte. „Natürlich sind die von uns projektierten und produzierten Anlagen immer Sondermaschinen und damit hochgradig individuell, aber durch die Technologieobjekte des TIA-Portals haben wir jetzt mehr denn je die Möglichkeit, modular zu programmieren und erworbenes Know-how projektübergreifend zu nutzen. Das macht uns schneller und kosteneffizienter.“ jg

www.siemens.com

Details zum Servoantriebssystem Sinamics V90 von Siemens
hier.pro/K4MV7

Hannover Messe: Halle 9, Stand D35




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