Automatisierungslösungen

Die Optimierung via Diplomarbeit

gelang dem Automatisierungsexperten Lenord + Bauer, als ihn ein Kunde aus der Verpackungsindustrie beauftragte, für eine ältere Anlage ein Modernisierungskonzept zu erarbeiten. Ziele waren dabei vor allem die Steigerung von Produktivität und Bedienerfreundlichkeit der Maschine, mit der Blisterbeutel konfektioniert werden: Von einem Endlos-Folienschlauch werden über einen Schweißbalken Beutel mit variabler Breite verschweißt und abgetrennt. Die höchstmögliche Taktzahl lag bei etwa 67 Beuteln pro Minute.

Einer der in der Firma praktizierenden Studenten nahm sich der Problematik für seine Diplomarbeit an. Seine bis dahin erworbenen Kenntnisse über die Produkte des Unternehmens und die Einsatzmöglichkeiten der einzelnen Komponenten im Steuerungs- und Sensorik-Bereich ermöglichten es ihm, eine realisierbare Lösung zu entwickeln. Zunächst galt es, das mechanisch-hydraulische Antriebssystem der Maschine durch ein elektronisches zu ersetzen. Dies betraf die beiden Achsen „Materialvorschub“ und „Schweißbalkenpositionierung“, die bisher sequentiell betrieben wurden (die eine Achse startete also erst, wenn die andere ihren Bewegungsablauf beendet hat). Der Materialvorschub erfolgte mit einem Exzenterantrieb mit Schubgestänge. Für die vertikale Positionierung des Schweißbalkens wurde bislang ein doppeltes, pneumatisch betätigtes Kniehebelgelenk eingesetzt. Zeitaufwändig gestaltete sich das Umrüsten auf eine andere Beutelbreite, das zudem auch Ausschuss verursachte.

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Nach Abwägung verschiedener Realisierungskonzepte und fundierten Berechnungen ergab sich die Lösung: Für beide Achsen wurde je ein Frequenzumrichter (Typ LD 2000) eingesetzt, von denen einer mit einem Kurvenscheibenmodul (LD 100) ausgestattet ist. Das Modul sorgt dafür, dass anstelle der bisher sequentiellen Abläufe koordinierte und parallel ablaufende Bewegungen mit minimalen Wartezeiten auftreten. So wird die Bewegung des Schweißbalkens bereits eingeleitet, bevor der Materialvorschub zum Stillstand gekommen ist, und andererseits der Vorschub gestartet, sobald der Balken das Material freigibt, aber die obere Position noch nicht erreicht hat. Das spart Zeit.

Für den Schweißbalken wurde eine riemengetriebene Achse mit Exzenterscheiben konzipiert, die für ein gleichmäßiges, geräuscharmes Heben und Senken des Balkens sorgt. Es wurde eine Funktion integriert, die eine konstante Schweißzeit bei variabler Taktfrequenz realisiert. Der gesamte Ablauf wird über ein kundenspezifisches SPS-Programm im Kurvenscheibenmodul gesteuert, das auch diverse Eingabemöglichkeiten über ein Bedienterminal vorsieht (Beutelbreite, Taktzahl, Schweiß- und Wartezeiten, Stückzahl, manuelles Verfahren). Auch eine Funktion zum markensynchronen Trennen der Beutel wurde implementiert. Durch den Einsatz eines I/O-Erweiterungsmoduls am CAN-Bus können jetzt auf einfache Art und Weise diverse – meist pneumatische – Zusatzgeräte in den Arbeitsprozess eingebunden werden.

Alle durchgeführten Maßnahmen führten zu einer Produktivitätssteigerung der Anlage von 50 Prozent, also zu einem Ausstoß von etwa 100 Beuteln pro Minute. Daneben wurden die Bedienerfreundlichkeit stark verbessert sowie die Funktionalität und Eingabemöglichkeiten erweitert. Dabei wurde gleichzeitig der Arbeitsgeräuschpegel erheblich reduziert.ms

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