Durchgängiges Maschinenkonzept mit schlanker Antriebs- und Steuerungsarchitektur für Folienbeutelmaschine

Der Maschinenbauer Lemo hatte bei der Umsetzung seiner neuen Folienbeutel­maschine nur eine Forderung:
Sie sollte komplett von einem Hersteller automatisiert werden. Und er hat gefunden, was er gesucht hat.
Die Forderung des Maschinenbauers Lemo an die Engineering-Spezialisten von Baumüller lautet wie folgt: Auslegung einer neuen, kostenoptimalen, effizienten und zukunftssicheren Folienbeutelmaschine, die dem Hersteller durch ihren modularen Aufbau maximale Flexibilität sowie eine schnelle Inbetriebnahme im Produktionsprozess ermöglicht. So sollte der Maschinenbetreiber, je nach produzierendem Endprodukt nicht mehr als die notwendigen Maschinenmodule kaufen müssen. Gleichzeitig soll die neue Maschine auch genügend Variantenhandling für zukünftige Aufträge ermöglichen und einen höheren Durchsatz erreichen.
Lemos Wunsch nach Modularität und Taktzahlerhöhung konnten die Baumüller-Spezialisten mithilfe eines neuen Automatisierungskonzeptes erfüllen. So wurde unter anderem auf eine moderne und schlanke Antriebs- und Steuerungsarchitektur gesetzt – das heißt ein durchgängiges Feldbussystem, eine minimale Gerätezahl und eine reduzierte Steuerungsstruktur. Die Schaltschränke wurden optimiert und eine zukunftsfähige Kommunikationsstruktur für die Software gewählt, was folglich zu einer hohen Kosteneffizienz führt. Durch diese Konzeption sowie die Standardisierung der Varianten durch intelligente Modularisierung konnte zudem eine mehr als zehn Prozent höhere Produktivität als bei vergleichbaren Maschinen erreicht werden.
„Dank des umfassenden System-Know-hows der Baumüller-Spezialisten bietet die neue Folienbeutelmaschine dem Maschinenbauer und -betreiber absolute Flexibilität und hat ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis“, betont Willi Fenninger, Lemo-Geschäftsführer und Inhaber. „Dadurch bekommen unsere Kunden ein zukunftssicheres und kostengünstiges Produktionssystem, das sich durch hohe Qualität, aktuelle Technologie, Energieeffizienz und eine hohe Produktionsgeschwindigkeit auszeichnet“, ergänzt Lemo-Mitinhaber und Geschäftsführer Bernd Schlarp.

Vorteile der Modularität
Ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Formaten wie zum Beispiel Schlaufentragetaschen, Hemdchentragetaschen, Brotbeuteln oder Müllbeuteln ist aufgrund des modularen Aufbaus der neuen Maschine möglich.

Die Basismaschine hat in der Minimalauslegung sechs Antriebe und wird durch Erweiterungen zu einer individuellen Kundenmaschine mit bis zu elf Antrieben. Als Verkaufspaket wird die Folienbeutelmaschine mit neun, zehn oder elf Antrieben angeboten, je nachdem ob die Maschinenmodule Formschweißen und Stapelkette vom Maschinenbetreiber benötigt werden. Werden mehr Module installiert als für einen aktuellen Produktionsprozess benötigt, helfen optionale Slaves in der Steuerung die Module vorübergehend zu deaktivieren.
Die neue Folienbeutelmaschine basiert auf einem kompletten Antriebs- und Automatisierungspaket von Baumüller, bestehend unter anderem aus Steuerungstechnik, Maschinenvisualisierung, Schaltschrank sowie verschiedenen Motoren. Durch das abgestimmte Maschinenkonzept und den Einsatz von Ethercat als durchgängiges Feldbussystem, konnte eine mehr als zehn Prozent höhere Taktzahl als bei vergleichbaren Maschinen erreicht werden. Und dies alles bei gleichbleibender Produktionsqualität.

Visualisierung und Fernzugriff via App
Die Folienbeutelmaschine besteht aus mehreren Stationen. Beginnend mit dem Abwickeln und Falten der Folie, wodurch die ursprünglich einlagige Bahn der Folienrolle doppellagig gespannt wird. Weiter geht es zum Formschweißen bei dem beispielsweise Tragegriffe ausgeschweißt werden. Beim Schweißbalken  bekommen die doppellagigen Folien durch Trennschweißen ihre eigentliche Tütenform. Die abgetrennten Beutel werden anschließend über das Flügelrad weitertransportiert und in Paketen auf der Stapelkette abgelegt.
Im von Baumüller geplanten und gefertigten Schaltschrank befindet sich die Steuerungstechnik mit der anreihbaren Servoumrichterreihe b maXX 5000 und einer b maXX-safePLC, eine Kombination aus Sicherheitssteuerung und Standard-Steuerungsfunktionalitäten in einem Gerät sowie einem b maXX PCC04 Industrie-PC.
Bedient wird die Maschine über einen 17‘‘-Touchscreen-Monitor, der sich an einem beweglichen Tragarm befindet. Für die webfähige Maschinenvisualisierung genügt ein Standardbrowser, sodass zusätzliche Lizenzkosten gespart werden und über eine Baumüller-App der Fernzugriff über webfähige Endgeräte wie zum Beispiel Tablets oder Smartphones möglich ist.
Ein weiteres Feature der Maschine sind die ebenfalls in der Visualisierung auszuwählenden verschiedenen Betriebsarten. Um beispielsweise Servicetätigkeiten zu ermöglichen kann mittels Transpondern über die Maschinenvisualisierung auf bis zu vier individuelle Betriebsarten mit jeweils unterschiedlichen Benutzerrechten umgestellt werden.

Antriebstechnik aus einer Hand
Die komplette Folienbeutelmaschine ist mit Baumüller-Motoren ausgestattet. Bei den beiden Schweißstationen, der Stapelkette und dem Flügelrad werden DSC1-Motoren eingesetzt. Die kompakten und drehmomentstarken DSC1-Servomotoren zeichnen sich durch eine höhere Drehmomentdichte bei gleichzeitiger drastischer Reduzierung des Baumvolumens aus. Die beiden Vorzugstationen mit Registerregelung werden mit DSD2-Servomotoren angetrieben, da an dieser Stelle ein dynamisches Abbremsen und Beschleunigen des betreffenden Motors gefordert wird. Zu den Merkmalen der Motoren der Baureihe DSD2 gehören ihre hohe Dynamik und gute Start-Stopp-Qualitäten. Als dritter Motorentyp wurde ein Drehstrom-Synchronmotor mit integrierter Elektronik verbaut. Der intelligente DSDI-Antrieb hat eine kurze Bauform und unterstützt, da er nicht mit einem separaten Umrichter verbunden werden muss, das modulare Maschinendesign.
Mit seinen applikationsspezifischen Technologiebausteinen unter anderem für die Register- und Tänzerregelung stellt Baumüller bei der Folienbeutelmaschine komplette Grundfunktionen bereit, mit denen sich der Programmieraufwand beim Maschinenbauer auf ein Minimum reduziert. Die Technologiebausteine für die Steuerungen werden mit entsprechender Runtime-Lizenz erworben. Sie können sowohl einfache Bewegungen als auch komplexe Prozesse abbilden.

Automatisierte Software-Parametrierung
Mit seinem Produktions- und Servicekonzept ermöglicht Baumüller die automatische Parametrierung von Geräten, Modulen und ganzen Maschinen schnell und ohne Programmieraufwand. Geht eine Maschine in Serie hat der Maschinenbauer damit die Möglichkeit, die gesamte Software-Parametrierung zu automatisieren. Genauso wie im Servicefall, in dem ein Gerät ausgetauscht, automatisiert und gemäß den Anforderungen der Maschine parametriert werden muss. Auch ein schnelles und fehlerfreies Update der Software aller Maschinen eines Maschinentyps, die beispielsweise weltweit auf allen fünf Kontinenten im Einsatz sind, sind mit diesem Konzept möglich.
Über die Feldbuskommunikation erkennt die übergeordnete Steuerung alle Teilnehmer des Systems und übernimmt sie automatisch in die Konfiguration des Steuerungsprojektes. Nach der Initialisierung des Systems, auch bestimmt über die in der Visualisierung an- oder abgewählten Maschinenmodule, ist das Antriebs- und Steuerungssystem betriebsbereit.
Ein Pluspunkt beim Baumüller-Konzept ist die Möglichkeit, auch bei Maschinenvarianten auf die automatische Programmierung zurückzugreifen. Im System wird dazu der Maximalausbau der Maschinenreihe hinterlegt. Maschinenbauern und -betreibern kommt diese Lösung sowohl im Servicefall bei laufenden Anlagen wie auch bei der Inbetriebnahme neuer Maschinen zugute.

Fazit: Komplett von einem Hersteller automatisiert
Die Anforderung des Maschinenbauers Lemo war, eine wirtschaftlich effiziente Folienbeutelmaschine zu konzipieren, bei der die komplette Servoantriebstechnik mit Motoren und Elektronik von einem Hersteller stammt. „Das bringt sowohl bei der Inbetriebnahme als auch in Servicefällen Vorteile“, erläutert Fenninger. Und so liefert Baumüller neben dem System-Know-how und drei verschiedenen Motorentypen unter anderem auch Servoumrichter und Technologiebausteine sowie dem Maschinenbauer mit seinem Produktions- und Servicekonzept zudem noch eine automatische Parametrierung für die Serienproduktion.

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