Elektrisch angetriebene Pumpen bieten Vorteile bei speziellen Füllprozessen

Präzision ohne Aufwand

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Der tschechische Spezialist für Abfüll-, Verschließ- und Etikettiermaschinen, die Albertina Trading spol. s.r.o., hat sein Produktspektrum an pneumatisch getriebenen Linearfüllmaschinen um elektrische Varianten ergänzt. Basis hierfür sind die Produkte und Unterstützung eines Systemanbieters für Antriebs- und Automatisierungstechnik.

Linearfüller mit pneumatisch angetriebenen Füllzylindern bewähren sich seit langem beim Befüllen von Flaschen, Kanistern oder Dosen mit flüssigen und viskosen Produkten wie Cremes, Shampoo, Gel, Mayonnaise, Ketchup oder Motorenöl. Vor allem bei mittleren Füllvolumen und bei vielen parallel arbeitenden Füllstutzen erweisen sich pneumatisch angetriebene Maschinen als besonders wirtschaftlich, da sich die hohen Kosten für die bei diesem Maschinenkonzept unvermeidbare zentrale Drucklufteinheit bei vielen Stutzen relativieren. Nachteilig ist allerdings, dass sich die individuelle Füllmenge der Zylinder im laufenden Betrieb nicht nachregeln lässt und die Reinigung sowie ein Produktwechsel wegen des damit verbundenen Umbaus verhältnismäßig aufwändig sind.

Bei vielen Produktwechseln, beim Abfüllen besonders kleiner beziehungsweise großer Mengen pro Verpackungseinheit oder wenn sehr präzise abgefüllt werden soll, haben Maschinen mit elektrisch angetriebenen (Zahnrad-)Pumpen die Nase vorn: Da jeder Stutzen mit einer eigenen Pumpe versehen ist, lassen sich Schwankungen und Verluste im Füllprozess an jedem einzelnen Füllstutzen leicht ausgleichen. Ebenso kann eine neue Füllmenge gewählt werden. Auch große Behälter lassen sich einfach befüllen, da die Pumpe bis zum Erreichen der gewünschten Menge fördert. Bei einem rein pneumatischen Ansatz müssten dazu entweder Dosierpumpen mit größerem Fassungsvermögen eingesetzt oder der Dosierschritt mehrfach ausgeführt werden.
Um seinen Kunden auch die genannten Vorzüge bieten zu können, hat sich die tschechische Imaco Filling s.r.o. dazu entschieden, das schon lange bestehende Produktportfolio an pneumatisch getriebenen Linearfüllmaschinen um elektrische Varianten zu ergänzen. Mit der Konstruktion und Herstellung der Maschinen wurde das ebenfalls tschechische Unternehmen Albertina Trading s.r.o. beauftragt, das die Lebensmittel-, Kosmetik-, Chemie- und Pharmaindustrie mit eigenentwickelten und -produzierten, aber auch zugekauften Füll-, Verschließ- und Etikettiermaschinen sowie ganzen Füllstraßen beliefert.
Als Erstes wurde eine elektrisch angetriebene automatische Füllmaschine mit Zahnradpumpe für die Lebensmittel-, Kosmetik- und Chemieindustrie für Gebindegrößen von 50 bis 100 ml realisiert, die unter der Bezeichnung „Apollo GP“ von Imaco und Albertina vertrieben wird. Obwohl für die ersten Konzepte und Prototypen der Maschine noch Produkte anderer bekannter Anbieter vorgesehen waren, haben sich die Verantwortlichen bei Albertina dafür entschieden, in den Serienmaschinen auf die Automatisierungslösungen von Lenze zu setzen. „Es hat sich einfach herausgestellt, dass auf Basis der Produkte der anderen Anbieter entweder der Regelkreis für die Motoren, die die Zahnradpumpe antreiben sollten, zu langsam und damit die Genauigkeit des Füllvorgangs zu niedrig war, oder die Kosten pro Achse beziehungsweise für den Antrieb pro Füllstutzen schlicht zu hoch waren“, begründet Pavel Bára, Mitarbeiter von Albertina und Konstrukteur der Maschine. Denn mit den Lenze-Produkten sei es gelungen, sowohl den vom Auftraggeber Imaco vorgegebenen Kostenrahmen als auch die Vorgaben an die Genauigkeit einzuhalten.
Umrichter regelt ohne SPS
Wesentlichen Anteil daran hat der eingesetzte Frequenzumrichter „Inverter Drives 8400“ von Lenze. Dieser zeichnet sich nicht nur durch ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis aus, sondern erlaubt es wegen der schon in der Standardausführung vorgesehenen integrierten Schnittstelle auch, dass ein zweispuriger Inkrementalgeber zur Positionsrückmeldung ohne Zusatzkosten angeschlossen werden kann. Die integrierte schnelle Elektronik des Frequenzumrichters kann dann ganz ohne Unterstützung durch die SPS die Position auswerten und den angeschlossenen Lenze-Asynchronmotor regeln.
„Dank des besonders schnellen Regelkreises konnten wir auf teure Servoachsen und Speziallösungen verzichten und trotzdem eine Genauigkeit von einem Bogengrad beziehungsweise von 0,25 Milliliter und besser erreichen“, so Bára. „Bei unserem ersten Ansatz mit Produkten eines anderen Herstellers waren lediglich nicht hinnehmbare 7 Grad erreichbar. Dieser Wert verschlechterte sich mit zunehmender Achsenzahl sogar noch.“
Bei diesem in der Folge verworfenen ersten Ansatz konnte das Drehgebersignal nicht direkt zum Umrichter geführt werden, sondern musste an die übergeordnete SPS angeschlossen werden, die wiederum den Umrichter über eine RS 485-Schnittstelle ansteuerte. Der Umweg über die SPS bedeutete aber zusätzliche Signalverzögerungen, die sich mit zunehmender Achs- beziehungsweise Stutzenzahl noch erhöhten, wodurch die gewünschte Genauigkeit nicht erzielt werden konnte.
Bei der Lenze-Lösung sind dagegen die Verzögerungen von Signallaufzeit und Verarbeitung auf ein Minimum beschränkt, da der Geber direkt an den Umrichter angeschlossen ist. Dies bedeutet nicht nur einen schnelleren Regelkreis, sondern auch eine Entlastung der übergeordneten SPS, die deshalb kompakter und kostengünstiger ausfallen kann. Lenze bietet hier mit der Drive PLC die optimale Lösung. Damit lassen sich Lenze-Umrichter modular und damit wirtschaftlich um eine frei programmierbare Antriebs-SPS erweitern. Bei der Apollo GP kontrolliert ein einziges Drive PLC Modul das Zusammenspiel der Achsen und übernimmt auch die zentralen Steuerungsaufgaben der Maschine. Weiterhin verfügt die Drive PLC schon in der Grundausstattung über digitale und analoge Ein- und Ausgänge, die über optionale Extension Boards erweitert werden können. Damit verbindet Albertina die gesamte Sensor-/Aktor-Ebene der Abfüllmaschine mit der SPS.
Auch bei der Mensch-Maschine-Schnittstelle setzt Albertina auf das Lenze-Produktportfolio, das auch fein abgestufte HMI-Lösungen bereithält. So konnten die Konstrukteure der Abfüllmaschine mit dem HMI-Panel genau das Produkt wählen, das die eng gesteckten Kostenvorgaben für die Maschine einhält, aber trotzdem die technischen Anforderungen an die Maschine erfüllt und einen grafikfähigen berührungssensitiven Bildschirm bietet.
„Neben der Tatsache, dass wir die technischen und finanziellen Rahmenbedingungen durch den Einsatz von Lenze-Technologie einhalten konnten, sprach für das Unternehmen aber auch, dass es zu den wenigen Anbietern gehört, die neben Standardmotoren zusätzlich Varianten mit Atex-Zulassung für den Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung im Programm haben“, ergänzt Bára. Zudem hat Lenze die Auslegung des kompletten Antriebsstrangs übernommen und liefert neben Motor – inklusive Drehgeber, Umrichter, SPS und HMI – auch die Verkabelung und die zwischen Motor und Pumpe eingefügte Rotex-Kupplung.
Hannover Messe:
Halle 14, Stand H20
Online-Info www.kem.de/0311 485
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