Verpackungsmaschinenbau: Umrichter/Getriebemotor-Kombination steigert Produktivität

Kontrollierte Spannung

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Im täglichen Wettbewerb müssen heute alle Hersteller schnell, kostengünstig und mit hoher Produktivität arbeiten. Dies gilt auch in der Tabakverarbeitenden Industrie. Ein führendes Unternehmen des Verpackungsmaschinenbaus setzt dabei auf eine Kombination aus Frequenzumrichtern und Getriebemotoren. Ziel war eine schnelle und einfache Inbetriebnahme und Parametrierung und die Reduzierung von Verschleiß in der schnell laufenden Verpackungsmaschine.

Das Unternehmen ist auf die Entwicklung und Fertigung von Verarbeitungs- sowie Verpackungsmaschinen in der Tabakindustrie spezialisiert. Bei der Lösung handelt es sich um eine Neuentwicklung bei den Übereinschlagmaschinen. Die Maschinen verpackt dabei je nach Vorgabe fünf bis 13 Tabakbeutel zu einem Gebinde. Dabei können drei verschiedene Verpackungsmaterialien zum Einsatz kommen: Zellophanfolie klar oder bedruckt, Papier oder Karton. Der neue Gebindepacker packt die Beutel kleiner zusammen als sein Vorgänger. Der Tabakwarenhersteller spart Umverpackung durch den effizienteren Einsatz von Material und senkt auch durch das kleinere Volumen Kosten für Lagerung und Transport. Die Verpackung verläuft in drei Schritten. Die Tabakbeutel werden über ein Transportband liegend zugeführt. Ein sogenanntes Aufrichtband sorgt für eine aufrechte Position der Beutel, die jetzt entsprechend der vorgegebenen Einstellung zu Gruppen zusammengestellt werden. Schließlich sorgt die Maschine im Revolver für den Einschlag der Beutel in das gewählte Verpackungsmaterial. Beim Ausschieben bringt das System schließlich noch ein Etikett an.

Spannung besser kontrollieren
Wesentlicher Gesichtspunkt der Neuentwicklung war, Gebinde aus verschiedenen Verpackungsmaterialien auf einer Maschine herzustellen – bei gesteigerter Verpackungsleistung. Dazu war es notwendig, die Spannung in der Verpackungsbahn besser zu kontrollieren. Daneben sollte Installation und Austausch der Getriebemotoren im Fehlerfall einfacher erfolgen.
Das Unternehmen entschied sich für den Antrieb des Staubandes, das die Zuführung der Tabakbeutel übernimmt sowie für den Bobinenantrieb für eine Gesamtlösung mit Danfoss Frequenzumrichtern und Getriebemotoren. Ein weiterer Getriebemotor übernimmt den Antrieb des Aufrichtbandes. Danfoss konnte die speziellen Anforderungen, die in einem Anforderungskatalog für die neue Maschine definiert und gefordert waren, erfüllen – nicht zuletzt auch durch die Entwicklung einer kundenspezifischen Anpassung der Frequenzumrichterserie. So entstand ein äußerst kompakter Umrichter der VLT- Automation-Drive-Baureihe FC 301, der neben dem kleinen, aber trotzdem modularen Gehäuse auch den „Sicheren Stopp“ nach EN 954–1, Kategorie 3, beherrscht. Dieses Gerät wird den in der ersten Maschine eingesetzten FC 302 in der Serienproduktion ablösen.
PC-Steuerung parametriert Umrichter
Eine übergeordnete PC-Steuerung übernimmt die Kontrolle innerhalb der Maschine. Sie ist es auch, die je nach Kundenvorgabe wie Anzahl der Beutel, verwendetem Material und Gebindegröße die VLT- Frequenzumrichter parametriert. Mittels Profibus-Kommunikation überträgt die Steuerung die Parameter. Insgesamt ergibt sich durch den frequenzgeregelten Bobinenantrieb in Verbindung mit der Pendelreglung ein wesentlich präziserer Lauf und eine konstante Vorspannung des Verpackungsmaterials, sei es Zellophan oder Papier.
Frequenzumrichter: Baukastenprinzip
Der Hersteller bietet mit der Entwicklung des VLT- AutomationDrive FC 300 Konzepts eine „One Drive for all“-Lösung, die zwei Baureihen umfasst. Beide besitzen ein modulares und offenes Systemdesign, was sie äußerst variabel und erweiterbar macht. Die grafische, benutzerfreundliche Anwenderschnittstelle ist intuitiv bedienbar und unterstützt weltweite Sprachen und Schriftzeichen.
Mit der Einführung des VLT-Automation-Drive FC 301 Anfang 2005 wurde die gesamte Plattform wesentlich erweitert. Sie deckt nun das gesamte Spektrum vom Hilfs- über den Standard- bis hin zum Servoantrieb an jeder Maschine oder Anlage ab. Auch der kleine FC 301 ist ein vollwertiges Mitglied der VLT-Automa- tion-Drive-Serie. Als Steuerfunktion greift er auf die bewährte VVC+ Vektorregelung zurück. Wie sein großer Bruder FC 302 besitzt er integrierte EMV-Filter und Zwischenkreisdrosseln, ebenso wie den Smart Logic Controller mit frei programmierbarer Ablaufsteuerung und Logikregeln. Zur Kommunikation mit der Außenwelt ist in alle Geräte eine USB- und eine RS 485-Schnittstelle standardmäßig integriert und durch weitere, optionale Feldbusmodule wie Profibus, Devicenet oder CANopen erweiterbar. Die hier zukünftig eingesetzte Lösung ist eine Sonderausführung und bietet in einem extrem kleinen Gehäuse fast alle Eigenschaften des Gesamtsystems. So ist nur aufgrund der Baugröße die Erweiterbarkeit leicht eingeschränkt. Dafür bietet der FC 301 in dieser kleinen Ausführung die Besonderheit des integrierten „Sicheren Stopps“ nach EN 954–1, Kategorie 3. Im vorliegenden Fall wird er genutzt, um die gesamte Maschine mittels Gruppierung der Antriebe schnell und einfach stillzusetzen. Der Vorteil liegt dabei in der schnellen Reaktions- und Wiederanlaufzeit.
Steckerlösung senkt Aufwand
Als Motoren kommen neben Servomotoren auch Getriebemotoren aus dem Programm von Danfoss-Bauer zum Einsatz. Die eingesetzte Lösung zeichnet sich durch eine speziell angepasste Steckerlösung an den Standardantrieben aus. Mit diesen verpolsicheren Steckverbindern sinkt der Aufwand für Verdrahtung bei Installation und Wartung ganz erheblich, die bisher eingesetzte aufwändige Standardverkabelung in den Motorklemmkästen entfällt. Gleichzeitig reduziert die neue Verbindung die Baugröße und ist nach allen Richtungen frei drehbar, was die Kabelzuführung vereinfacht.
In einer sehr kurzen Entwicklungszeit entstand eine Verpackungsmaschine, die allen aktuellen Anforderungen entspricht. Dabei entfiel ein großer Teil der Arbeit auf die mechanische Konstruktion. Die Entwicklung und Programmierung der Antriebssteuerung dauerte dabei nur etwa acht Wochen, die Inbetriebnahme der Frequenzumrichter verlief schnell und einfach in nur einem Tag.
Halle 1, Stand 358
VLT Frequenzumrichter KEM 438
Produkte Danfoss KEM 439
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