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Servoantriebssystem von Siemens ermöglicht kurze Schaltzeit

High-End Motion Control
Servoantriebssystem von Siemens ermöglicht kurze Schaltzeit

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Mit bis zu 60 Takten pro Minute bringt die Ambeg Dr. J. Dichter GmbH die Ausbringung seiner Glasbearbeitungsmaschinen für Fläschchen, Spritzenkörper, Karpulen und dergleichen auf ein bislang unerreichtes Niveau. Dahinter stehen ein sehr hoher Automatisierungsgrad, performante Servoantriebe an zykluszeitrelevanten (Schalt)Stellen und das Gewusst-wie des perfekten Zusammenspiels. Damit lässt sich auch die Produktqualität konstant hoch halten und die Ausschussrate deutlich reduzieren.

» Matthias Porzig, Leiter Fachberatung und Promotion Antriebstechnik, Tobias Feige, Projektspezialist Motion Control und Antriebstechnik im Technical Sales Support, Dominic Ackerschewski, Vertriebsbeauftragter für Digital Industries, Siemens Digital Industries, Nürnberg

Inhaltsverzeichnis
1. Servomaschinen mit 60 Takten pro Minute
2. Durchgängig automatisiert und servogeregelt
3. Steuerungen für alle Aufgaben
4. Verfügbar, zuverlässig, produktiv
5. Prozessstabile High-End-Anwendungen
6. Bereit für Industrie 4.0

Die Ambeg Dr. J. Dichter GmbH entwickelt und fertigt in Berlin bereits in der dritten Generation Serienmaschinen zur Produktion von „Primärpackmitteln aus Röhrenglas“. Gemeint sind in erster Linie pharmazeutische Glasprodukte wie Karpulen und Spritzenkörper, aber auch Fläschchen für die Kosmetikbranche. Rundtaktmaschinen des familiengeführten Unternehmens funktionieren auch heute noch nach dem bewährten Prinzip: Von einem Drehförderer werden Glasröhren einem zentralen Rundtakttisch, dem sogenannten A-Teil, zugeführt, über Brenner mehrmals partiell erhitzt und an mehreren Stationen über Rollenzangen stufenweise umgeformt. Nach der Übergabe auf einen zweiten Rundtakttisch, den B-Teil, folgt der Boden beziehungsweise die (etwa bei Spritzenkörpern) offene Gegenseite des Glasbehälters. Dabei bestimmt der Takt des A-Teils die Ausbringung und steht deshalb im Fokus jeder Weiterentwicklung.

Servomaschinen mit 60 Takten pro Minute

Während das Limit „klassischer“ Servomaschinen etwa bei 40 Takten pro Minute liegt, erreichen neuste Ambeg-Entwicklungen bereits die 60-Takt-Marke, liefern also jede Sekunde ein Produkt. „Wobei die Schaltzeit von Station zu Station auch qualitätsentscheidend ist“, so Matthias Langer, Head of Engineering bei den Berlinern, „denn je schneller das Schalten abläuft, umso mehr Zeit bleibt für das Formen, umso schonender und präziser kann das Glas bearbeitet werden. Dabei ringen wir förmlich um jede Millisekunde“. Wer High-End-Produkte wie Spritzenkörper für die in den Folgeprozessen hochautomatisierte Pharmaindustrie fertigt, muss absolut präzise und konstant hochwertige Gläser liefern. In engsten Toleranzen, ohne Kratzer oder Spannungsrisse, um nachfolgende Füll- und Inspektionssysteme nicht zu beeinträchtigen. Auch ohne Überhitzungen, die nicht nur nachteilige chemische Reaktionen mit dem Inhalt bewirken können, sondern auch den Energieverbrauch steigen lassen. Daneben fordern die immer gültigen Kundenwünsche nach höchster Zuverlässigkeit, komfortablem Betrieb, einfacher Wartung und nicht zuletzt Kosteneffizienz den Ingenieursgeist.

Durchgängig automatisiert und servogeregelt

Servoantriebe sind schon länger State-of-the-art bei den Rundtaktmaschinen an der Glasröhrenzuführung, den beiden Rundtakttischen, den Formzangen und weiteren Nebenaggregaten. Die Forderung nach einer deutlich höheren Performance führte zu einem neuen ganzheitlichen Automatisierungs- und Antriebskonzept und dazu, dass die Berliner sich nun auch antriebsseitig für Siemens entschieden haben. Seither setzen sie neben Steuerungen und HMI-Geräten aus dem Simatic-Spektrum auch Sinamics-Umrichter und Simotics-S-Servomotoren des Automatisierungsspezialisten ein.

Siemens bindet Frequenzumrichter an Industrial-Edge-Plattform an

„Wir wollen so durchgängig wie möglich automatisieren“, so die Devise. Aus diesem Grund hat der Maschinenbauer zuletzt auch das Antriebssystem der Formzangen auf eine Siemens-Lösung der neusten Generation umgestellt, auf das Einkabel-Servosystem Sinamics S210 und die darauf abgestimmten, besonders kompakten Servomotoren Simotics S-1FK2. Er realisiert damit eine Reihe von Vorteilen. Angefangen beim nahezu dreifachen Drehmoment über die höhere Dynamik bis zum – mit integriertem, safety-tauglichen Absolutwertgeber – günstigeren Preis. So wird auch weitere Sensorik eingespart und damit einhergehend auch potenzielle Fehlerquellen weiter ausgeschlossen. Darüber hinaus lässt sich ein einziges Kabel einfacher in der Maschine verlegen und auch gegen Formöl- und Glassplitter abdichten. Kleinere Stecker sparen weiteren Platz im hochintegrierten Arbeitsraum der Maschinen, die kompakte Bauweise der Umrichter Platz im Schaltschrank. Geringer ist auch der Aufwand bei der Inbetriebnahme. Die Umrichter lesen das elektronische Typenschild der angeschlossenen Servomotoren automatisch aus, sodass eine Parametrierung der Motordaten komplett entfällt. Zudem führt eine automatische Regleroptimierung zu besseren Bewegungsabläufen. Durch das gesamtheitliche Automatisierungskonzept im TIA-Umfeld ist Diagnose bereits eine Standardfunktionalität, die nicht weiter konfiguriert werden muss. Schon zuvor haben sich Umrichter der modularen Baureihe Sinamics S120 und Servomotoren Simotics S bereits überall dort etabliert, wo höhere Leistungen benötigt werden. Wie die neuen Sinamics S210 kommunizieren auch diese über schnelles und taktsynchrones Profinet IRT mit der überlagerten Simatic-SPS. Bei Bedarf auch fehlersicher über das standardisierte Profisafe-Protokoll.

Steuerungen für alle Aufgaben

Die geforderte Funktionalität der Maschine oder Linie bestimmt die Performance der gewählten Steuerung, wobei das Portfolio der Simatic S7–1500 fein skalierbare Lösungen unterstützt. Von Standard-CPUs in verschiedenen Leistungsklassen, über fehlersichere F-CPUs für sicherheitsgerichtete Aufgaben bis zu Technologie-CPUs für anspruchsvollere Motion-Control-Funktionen. Letztere ist erste Wahl, wenn Kurvenscheiben- und Positionierfunktionalität benötigt wird, beispielsweise beim hochdynamischen, synchronen Verfahren von Glasröhrenzuführung und Rundtisch im A-Teil oder der koordinierten Hub- und Zustellbewegung an den Formzangen. Damit realisiert Ambeg hoch dynamische und reproduzierbar genaue Bewegungsabläufe, ergo hohe Qualität bei maximaler Produktivität.

Standard-, Technologie- und auch Safety-Aufgaben mit nur einer Steuerung umzusetzen, spart Hardware und Verdrahtungsaufwand. Alles im Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal), der gemeinsamen Engineering-Plattform von Siemens, mit einheitlichem Look-and-Feel zu lösen, macht auch komplexe Programme überschaubar und einfacher diagnostizierbar. Auch die funktionale Sicherheit SPS-basiert umzusetzen, statt über festverdrahtete Sicherheitskomponenten, macht flexibel und lässt Änderungen am Sicherheitskonzept auch noch in einem sehr späten Stadium aufwandsarm zu. „Alles in allem reduziert das durchgängige Steuerungs- und Antriebskonzept den Engineering- und Verdrahtungsaufwand um rund 30%“, überschlägt Langer. „Und im Betrieb erreichen wir damit eine so hohe Maschinendynamik, dass wir nun automatisierungsseitig schneller sind, als es der Umformprozess erfordert.“ Weiter innoviert hat der Maschinenbauer auch das Bedienkonzept. So werden nun sämtliche Prozessparameter an einem Simatic Comfort Panel Pro mit 12“-Touchdisplay komfortabel eingestellt und visualisiert. Dank durchgängiger Servoantriebstechnik lässt sich die Maschine oder Linie auf Knopfdruck auf verschiedene Rezepturen umstellen.

Verfügbar, zuverlässig, produktiv

Für die Betreiber zählen vorrangig Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Ausbringung. Die neuen Antriebe mit integriertem Absolutwertgeber tragen dazu einen weiteren Teil bei, weil damit der Regler immer weiß, wie der Motor gerade steht. So erübrigt sich das Referenzieren, zum Beispiel nach einer Unterbrechung der Stromversorgung; auch durch Verunreinigungen verursachte Fehler entfallen dabei. „Was die Automatisierungstechnik unserer Anlagen betrifft, so geht die Ausfallhäufigkeit der Siemens-Komponenten im rauen Produktionsalltag gegen Null“, sagt Langer. Dank umfassender Diagnosemöglichkeiten ist der Betreiber immer auf der Höhe des Prozesses und im Fall eines unwahrscheinlichen Ausfalls lässt sich das betroffene Antriebsmodul ohne Programmieraufwand einfach austauschen. Über die Simatic-Steuerung auch aus der Ferne bis auf die Sensoren zuzugreifen, hilft ebenfalls Stillstandszeiten zu verkürzen. Das erspart mitunter zeit- und kostenintensive Serviceeinsätze vor Ort.

Prozessstabile High-End-Anwendungen

Die Berliner wären nicht Innovationsführer, würde man nicht ständig nach neuen Technologien Ausschau halten, die weitere Verbesserungen ermöglichen. So brachte die Forderung renommierter Pharmakunden nach 60 Takten pro Minute die bewährte Technik an ihre Grenzen. Und die Konstrukteure auf die Idee, den Rundtakttisch des A-Teils mit einem extrem steifen und präzisen Direktantrieb des Automatisierungsunternehmens anzutreiben. Direkt, das heißt ohne spielbehaftete, wartungsbedürftige Getriebe. In der neuen Highspeed-Variante ist dieser von Antriebsspezialisten des Herstellers empfohlene Motor für höhere Geschwindigkeiten ausgelegt und bietet eine erhöhte Momentendichte (mehr Leistung bei geringerem Volumen). Durch Regleroptimierung des Sinamics S120 ist es möglich, trotz höchster Dynamik, Maschinenschwingungen auf ein Minimum zu reduzieren und damit die mechanische Konstruktion zu schonen. Damit sind High-End-Anwendungen mit 60 Takten pro Minute absolut prozessstabil und wartungsarm möglich.

Bereit für Industrie 4.0

Mit Simatic-Steuerungen der jüngsten Generation sind die Betreiber von Ambeg-Maschinen auch bestens vorbereitet für Industrie 4.0 und den Datenaustausch über OPC UA. Damit lassen sich wichtige Prozessparameter aus Antrieben und Steuerungen ohne weiteres zu überlagerten Instanzen übertragen, dort analysieren, Abweichungen und Fehlerhäufigkeiten erkennen und die Abläufe kontinuierlich verbessern. Die vielfältigen Vorteile von Ambeg-Maschinen mit durchgängiger Automatisierungstechnik von Siemens haben sich in der Branche herumgesprochen und die Anfragen an die Berliner nach hocheffizienten Produktionslösungen für Fläschchen, Spritzen und Karpulen nahezu verdoppelt.

Details zum Servoantriebssystem Sinamics S210 von Siemens:

hier.pro/MZsiH

Kontakt:

Siemens AG Digital Industries
Gleiwitzer Str. 555
90475 Nürnberg
Tel. +49 911 895–0
contact@siemens.com
www.siemens.com

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