Effizient verpackt – bis zum Ende
Dezentrale Antriebslösungen im End-of-Line-Packaging
Die Prozesse in der industriellen Verpackung sind in hohem Maß automatisiert. Vor allem im Bereich der Tertiärverpackung, dem End-of-Line-Packaging, stoßen zentral aufgebaute Antriebssysteme zunehmend an ihre Grenzen. Bei komplexen Anwendungen kann ein dezentraler Ansatz die Lösung sein. So können Anwender ihre Anlageneffizienz steigern und gleichzeitig Kosten sparen.
d Beim Verpacken von Gütern und Produkten am Ende des industriellen Fertigungsprozesses stehen Effizienz und Flexibilität zunehmend im Fokus. Es herrscht ein hoher Kostendruck, während Anwender gleichzeitig Wert auf Nachhaltigkeit und Umweltschutz legen. Produkte werden komplexer und benötigen besonderes Handling. Auch Verpackungen selbst sind aufwändiger, etwa durch neue Formate oder häufiger wechselnde Losgrößen. Entsprechend hoch sind die Anforderungen, die an moderne Antriebssysteme gestellt werden. Das gilt für alle drei Bereiche des Packagings, für Primär-, Sekundär- und Tertiärverpackung. Die Wahl der passenden Systemarchitektur macht für Unternehmen einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil aus.
Schwere Lasten dynamisch bewegen
Bei der Tertiärverpackung, dem End-of-Line-Packaging, werden die gebündelten Produkte aus der Sekundärverpackung palettiert und stabilisiert, entweder für den weiteren Transport oder zur Lagerhaltung. „In diesem Bereich muss Antriebstechnik in der Lage sein, die teils sehr schweren Lasten mit hoher Geschwindigkeit und ebenso großer Präzision sicher zu handhaben oder zu bewegen“, so Stefan Blust, Industry Sector Manager Packaging bei Nord Drivesystems. „Dynamik und Präzision sind in allen drei der genannten Bereiche essenziell. Beim End-of-Line-Packaging realisieren wir Rampenzeiten zwischen einer Sekunde und 0,5 Sekunden. Vor allem bei den Portal- und Lagerpalettierern können die Bewegungen sehr dynamisch sein. Bei Linearbewegungen sprechen wir über eine Positionsgenauigkeit von etwa einem Millimeter und von Winkelbewegungen von rund 30 Winkelminuten, umgerechnet 0,5 Grad.“ Diese Dynamikwerte sind beispielhaft und können je nach Maschinentyp variieren.
Der zentrale Ansatz im Vergleich
Bei Anlagen der Tertiärverpackung sind zentral gesteuerte Servomotoren noch immer weit verbreitet. Das Problem, vor dem ein Unternehmen mit einer komplexen Verpackungsanlage steht, sind die hohen Kosten, die das System über die Zeit verursacht. Nicht allein, dass die Anschaffung der Technik kostspielig ist – auch die Installations- und Wartungskosten fallen bei Servomotoren stark ins Gewicht.
Soll ein solches System erweitert werden, um die Kapazität zu steigern, wird der Platzbedarf zu einem weiteren Nachteil: Nicht nur im Schaltschrank ist der Raum endlich, auch die zentral gesteuerten Servomotoren plus Steuerung, die mit jeder zusätzlichen Maschine installiert werden müssen, beanspruchen ihren Platz. Dazu kommen neue Kabelkanäle und einiges an Zeit und Kosten für den Verkabelungsaufwand. „Oft wird auch vergessen, dass mit den neuen Systemkomponenten im Schaltschrank die Kühlung ebenfalls ein Faktor wird, der die Energieeffizienz schmälert“, erzählt Stefan Blust. „Dann gibt es die Herausforderungen mit Blick auf die elektromagnetische Verträglichkeit, wenn sich im Schaltschrank zwangsläufig immer mehr Last- und Steuerleitungen zum Beispiel von Sensoren kreuzen.“
Allerdings: Ist und bleibt die gesamte Anlage eher klein, und auch die Distanz zwischen Schaltschrank und Antriebstechnik ist gering, kann so ein zentrales System durchaus mit guter Effizienz arbeiten. Geht es aber um komplexere Anwendungen, mit mehreren großen Maschinen und weiteren Distanzen, die zu überbrücken sind, gelangt der zentrale Ansatz an einen Punkt, ab dem der Betrieb oder ein Ausbau nicht mehr wirtschaftlich ist.
Hohes Einsparpotential
Das sieht bei einem dezentralen System anders aus: „Hier sitzen die Frequenzumrichter direkt auf den Motoren, die SPS kann in einem deutlich kleineren Schaltschrank platziert werden. Der Verkabelungsaufwand sinkt, da zu jedem Motor nur eine Strom- und eine Datenleitung führen“, erläutert der Automatisierungsexperte das Prinzip. „Das kann auch kaskadierbar sein, und weil aus dem Schaltschrank nur zwei Leitungen kommen, führt das zu einer sehr platzsparenden und effizienten Lösung – insbesondere bei Anlagen mit einer weiten räumlichen Ausdehnung und sehr vielen Antriebsachsen, wie es sie beim End-of-Line-Packaging gibt.“
Wie hoch das Einsparpotenzial sein kann, zeigt ein Beispiel aus dem Maschinenbau: Durch die Umstellung von Servotechnologie auf dezentral geregelte Antriebstechnik bei seinen Palettiermaschinen konnte ein Unternehmen die Gesamtbetriebskosten um nahezu 50 Prozent reduzieren. Gleichzeitig stieg die Performance der Anlage.
Im Detail betrachtet besteht ein typisches Beispiel für eine dezentral gesteuerte Antriebseinheit aus einem Getriebe, einem Asynchronmotor, einer Geberrückführung sowie einem direkt auf dem Motor angebrachten Frequenzumrichter mit SPS-Funktionalität und Positioniersoftware, die im System einen Regelkreis abbildet. Neben der Position lassen sich damit auch Drehmomente und Geschwindigkeit regeln. Die integrierte SPS entlastet zudem die Haupt-SPS und sorgt für eine schnelle Inbetriebnahme. Die einzelnen Komponenten werden so gewählt, dass sie den jeweiligen Anforderungen entsprechen. Dabei helfen die Experten von Nord mit ihrem Know-how und ermitteln in einem Technikgespräch mit dem Kunden, welche Möglichkeiten sich bieten, mit einem dezentralen System die Anlageneffizienz zu steigern.
Anwendungen aus der Praxis
Bewährte Kombinationen bestehen beispielsweise aus Nord-IE3-Asynchronmotoren mit einem Nordbloc.1-Kegelradgetriebe sowie einem Nordac-On-Frequenzumrichter. Hauptmerkmale der Nordac-On-Familie sind das kompakte Design, ihre Steckbarkeit und die Plug-and-Play-Funktionalität. Sie decken einen Leistungsbereich von 0,37 kW bis 3,7 kW ab. Die Steckbarkeit ist insofern von Bedeutung für den effizienten, kostensparenden Betrieb, dass sie den Wartungsaufwand klein hält: Defekte Komponenten lassen sich auf diese Weise einfach und rasch austauschen, Ausfallzeiten werden minimiert. „Entscheidend ist die hohe Überlastfähigkeit unserer Komponenten“, ergänzt Blust. „Punktuell können die Belastungen im End-of-Line-Packaging sehr hoch werden.“
Anwendungen aus der Praxis für die dezentralen Antriebslösungen sind Portalpalettierer mit Greifer sowie Linearpalettierer. Außerdem im Bereich der Paletten-Stabilisierung sogenannte Streckhaubenwickler, Arm- und Ringwickler, die mit einer Folie die auf der Palette gepackten Produkte umhüllen. Bei Ringwicklern kommen für den vertikalen Folienzug Antriebe mit Flachgetriebe zum Einsatz, weitere Applikationen können mit Kegel-, Stirn- und Schneckenradgetriebe realisiert werden. Umreifungsmaschinen zählen ebenfalls zu den Anwendungsbeispielen für dezentral gesteuerte Antriebstechnik. Sie sorgen mittels Bändern – vertikal oder horizontal angebracht – für die Stabilisierung der meist schweren Güter.
