Antriebslösungen für präzises wie auch schnelles Materialhandling

Über eine Steuerung gekoppelt, müssen die Antriebe der einzelnen Achsen einer Verpackungsmaschine hochpräzise arbeiten, um die Verpackungsaufgabe auch bei höchster Taktgeschwindigkeit zu erfüllen. Die Qualität der eingesetzten Antriebstechnik ist dabei von besonderer Bedeutung.

Beginnend von der Dosierung und Verpackung oder Abfüllung des Produkts bis zur Palettierung größerer Verpackungseinheiten integrieren moderne Verpackungslinien mehrere Arbeitsstationen:

Beim Handling von Kunststoffflaschen für Kosmetik zur schnellen und sicheren Verpackung in Kartons besteht der Grundaufbau typischerweise aus drei Teilen: Zuführungseinheit für die Flaschen, Kartonage sowie einem Pick&Place-Portalroboter als Verbindungselement.

Dabei ist der Workflow im einfachsten Fall wie folgt: Die Zuführeinheit für die Flaschen übernimmt die abgefüllten, etikettierten und geprüften Flaschen aus der Produktion, zählt sie ab und bringt sie in die vorgesehene Reihung. Die Zuführeinheit der Kartonage entnimmt den Einzelkarton entweder einer Paletteneinheit oder von einem Band, faltet ihn auf und stellt ihn noch unverklebt auf einem Förderband zur Befüllung bereit. Der Portalroboter greift die bereitgestellten Flaschen und stellt sie in den zwischenzeitlich geöffneten Karton. Die Abführeinheit verschließt den Karton unten wie oben mit Kleber oder Klebestreifen.

Flaschen in Kartons mit Servotechnik

Jede dieser Funktionen wird idealerweise von elektrischer Servotechnik angetrieben. Schließlich müssen Zuführung, Konfektionierung und Positionierung der Flaschen, Zuführung der Kartonage, Pick and place der Flaschen sowie der Abtransport und Verschluss der befüllten Kartons präzise aufeinander abgestimmt sein. Die Takte laufen in Sekundenbruchteilen. Das stellt besondere Anforderungen an die Antriebe, vor allem was Beschleunigungsmomente, Steifigkeit und kurzzeitige Antriebsdrehzahlen angeht. Diese Eigenschaften bringen etwa die spielarmen Planetengetriebe von Bonfiglioli mit.

Servomotoren der BMS-Reihe in Kombination TQF-Getriebe bauen besonders kompakt, so dass ­enge Bauraum­verhältnisse keine Begrenzung mehr darstellen. Bonfiglioli

Die Befüllposition des Kartons wird über entsprechende Sensorik am Förderband in Verbindung mit dessen Geschwindigkeit berechnet und der Steuerung des Pick and place-Roboters weitergegeben. In diesen beiden Fällen besteht die besondere Herausforderung in der Dynamik des Start-/Stopp-Betriebs und der korrekten Lageerfassung. Beim Portalroboter wiederum ist die Kombination aus Geschwindigkeit und genauer Positionierung bei bewegtem Ziel (Karton auf dem Förderband) entscheidend. Gesteuert und koordiniert werden alle Funktionen der Maschine von einer leistungsfähigen SPS. Sie sieht auch die Verbindung zu vor- und nachgelagerten Maschinen vor, so dass einer Integration der Verpackungsmaschine in eine Produktionslinie nichts im Wege steht. In Richtung Motion Control wird die Steuerung von den eingesetzten Umrichtern aus der ANG-Familie (Active Next Generation) von Bonfiglioli Vectron unterstützt.

In Sekundenschnelle verpackt

Damit die kurzen Taktzeiten in der zentralen Funktion der Verpackungsmaschinen gewährleistet sind, braucht es auch hier dynamische Antriebstechnik. Die Geräte der ANG-Reihe sind mit ihren synchronen Funktionen wie dem Cyclic Synchronous Position Mode und Zykluszeiten bis zu 1 ms für diese Anforderungen ausgelegt. Durch die Unterstützung der Standardobjekte und Standardfunktionen der CANopen-Profile gemäß CiA 402 für Motion Control ist auch eine einfache Implementierung in den Steuerungen gegeben. Diese Funktionalität ist ebenso für Ethercat verfügbar.

Chargenwechsel ohne Werkzeug

Stehen häufige Chargen- und Kartonagenwechsel an, dann hat auch die Geschwindigkeit der Formatumstellung einen besonderen Stellenwert: Innerhalb sehr kurzer Zeit können durch elektrische Servoantriebe die Anschläge und Zuführungen auf neue Formate umgestellt werden. Im Nu sind so die Zuführungen eingerichtet und alle Antriebe über die Steuerung mit den aktuellen Werten versorgt.

Zum Einsatz kommen hier Getriebemotoren der Produktlinie Riduttori. In der Regel sind es Schneckengetriebemotoren, die bei solch einfachen Funktionen einer Verpackungsmaschine zum Zuge kommen. Die vorgelagerten Zuführungen arbeiten im Dauerbetrieb und sind somit prädestiniert für die Standardgetriebemotoren. Bei Antrieben mit Positionieraufgaben kommen wiederum spielarme Servo-Planetengetriebemotoren zum Einsatz. Die aktuelle BMS-Baureihe in der Kombination TQF-Getriebe mit BMD-Motoren baut hierbei besonders kompakt, so dass enge Bauraumverhältnisse kein Ausschlusskriterium mehr darstellen.

Der ANG Antrieb von Bonfiglioli sorgt für hohe Dynamik und präzise Ansteuerung – beides kritische Parameter für die Performance von Verpackungsmaschinen. Bonfiglioli

Präzision und Dynamik aus dem Baukasten

Das Lastenheft einer Verpackungsmaschine deckt sich mit den Lösungen aus dem Haus Bonfiglioli: Die spielarmen Planetengetriebe realisieren eine Präzision auf Bruchteile eines Millimeters, die Umrichter sorgen für die notwendige Dynamik und Vernetzung.

Der Einsatz in vielfältigen Verpackungsmaschinen beweist die Variabilität des Produktprogramms. Von Hauptantrieben mit einem Spitzendrehmoment von mehreren Tausend Newtonmetern bis zu Hilfsanwendungen mit unter 30 Nm – die Anforderungen einer typischen Verpackungsmaschine werden erfüllt.

Bei Pick and Place-Robotern wird ein Spiel von maximal drei Winkelminuten noch toleriert. Zum andern gibt es viele Anwendungen, die mit größerem Spiel von bis zu 15 Winkelminuten noch einwandfrei funktionieren und damit den Einsatz kostengünstigerer Getriebe oder sogar von Standardgetrieben erlauben. Die Servogetriebemotoren von Bonfiglioli decken auch diese Bandbreite ab. Und über das Auslegungs- und Optimierungstool SERVOsoft finden Maschinenkonstrukteure auch bei der Vielfalt an Lösungen die passende Kombination aus Planetengetriebe, Servomotor und Controller.

(sk)