Automatisierung und Steuerung einer Folienbeutelmaschine

Komplettes System modular eingetütet

Kunststofftaschen, -beutel und -tüten in unterschiedlichsten Ausführungen kann eine Folienbeutelmaschine produzieren. Baumüller hatte den Auftrag, eine neue, kostenoptimale, effiziente und zukunftssichere Folienbeutelmaschine auszulegen. Diese sollte einen höheren Durchsatz erreichen und zudem durch ihren modularen Aufbau dem Hersteller Flexibilität und schnelle Inbetriebnahme im Produktionsprozess ermöglichen. So sollte der Maschinenbetreiber nicht mehr als die notwendigen Maschinenmodule kaufen müssen.

Auf der neuen Folienbeutelmaschine von Lemo Maschinenbau GmbH können auch Hemdchentragetaschen produziert werden. Baumüller hat mit System-Engineering und der kompletten Automatisierung, die Anforderungen des Maschinenbauers nach Modularität und Taktzahlerhöhung effizient umgesetzt. (Bild: Stepan Popov/fotolia)

Egal ob Lebensmittel oder Versand, Hygieneartikel oder Entsorgung – sobald es um Transport- oder Umverpackungen geht, führt kein Weg an Plastiktaschen und -beuteln vorbei. Lemo Maschinenbau aus Niederkassel zählt mit seinen wirtschaftlichen und innovativen Systemen zur Herstellung von flexiblen Folienverpackungen zu den Weltmarktführern in diesem Bereich. Baumüller beliefert das Unternehmen bereits seit Jahren mit Komponenten und Baugruppen.

Die Entscheidung, eine neue Folienbeutelmaschine sowohl von Baumüller-Engineering-Spezialisten auslegen und auch komplett mit Baumüller-Systemen automatisieren zu lassen, hatte mehrere Gründe. Das Nürnberger Unternehmen ist seit Jahren ein zuverlässiger Geschäftspartner für Lemo und hat zudem langjährige, interdisziplinäre Engineering-Kompetenz. Eine Vielzahl maßgeschneiderter Komplettlösungen wurde in der Vergangenheit realisiert.

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Intelligente Gesamtlösung steigert Effizienz

Lemo wünschte sich ein modulares System mit erhöhter Taktzahl. Diesen Wunsch konnten die Baumüller-Spezialisten mithilfe eines neuen Automatisierungskonzeptes erfüllen. So setzten sie unter anderem auf eine moderne und schlanke Antriebs- und Steuerungsarchitektur – ein durchgängiges Feldbussystem, eine minimale Gerätezahl und eine reduzierte Steuerungsstruktur. Die Schaltschränke wurden optimiert und eine zukunftsfähige Kommunikationsstruktur für die Software gewählt.

Die Folienbeutelmaschine ist von Baumüller Engineering-Spezialisten automatisiert und von der Steuerungseinheit bis hin zum Antrieb mit einem Baumüller-Komplettsystem ausgerüstet. (Bild: Baumüller)

Die neue Folienbeutelmaschine basiert auf einem kompletten Antriebs- und Automatisierungspaket mit Steuerungstechnik, Maschinenvisualisierung, Schaltschrank, b-maXX-Umrichtern sowie verschiedenen Motoren. Mithilfe des abgestimmten Maschinenkonzepts und des Einsatzes von EtherCAT als durchgängiges Feldbussystem ließ sich eine Erhöhung der Taktzahl bei gleichbleibend hoher Produktionsqualität erreichen. Durch diese Konzeption sowie die Standardisierung der Varianten durch intelligente Modularisierung gelang eine mehr als 10 Prozent höhere Produktivität als bei vergleichbaren Maschinen. „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“, sagt Willi Fenninger, Geschäftsführer und Inhaber von Lemo. Mitinhaber und Geschäftsführer Bernd Schlarp ergänzt: „Dadurch bekommen unsere Kunden ein zukunftssicheres und kostengünstiges Produktionssystem, das sich durch höchste Qualität, neueste Technologie, Energieeffizienz und höchste Produktionsgeschwindigkeit auszeichnet.“

Standardisierte Modularität und webfähige Visualisierung

Dass die Folienbeutelmaschine „Industrie-4.0-ready“ ist, versteht sich von selbst. Ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Formaten wie Schlaufentragetaschen, Hemdchentragetaschen, Brot- oder Müllbeuteln ist dank des modularen Aufbaus problemlos möglich. Die Basismaschine hat in der Minimalauslegung sechs Antriebe und wird durch Erweiterungen zu einer individuellen Kundenmaschine, je nachdem ob beispielsweise die Maschinenmodule Formschweißen und Stapelkette benötigt werden. Sind mehr Module installiert als für einen aktuellen Produktionsprozess benötigt, helfen Slaves in der Steuerung, die Module vorübergehend zu deaktivieren. Somit ist die Folienbeutelmaschine trotz Standardisierung in verschiedenen Varianten bestellbar.

Im von Baumüller geplanten und gefertigten Schaltschrank befindet sich unter anderem die Steuerungstechnik mit der anreihbaren Servoumrichterreihe b maXX 5000. (Bild: Baumüller)

Zukunftssicher und Industrie-4.0-gerüstet ist auch das Bedienen und Beobachten der neuen Maschine. So ist bei der webfähigen Maschinenvisualisierung ein Zugriff über mobile Endgeräte möglich. Damit der Maschinenbauer schnell und fehlerfrei in die Serienproduktion gehen kann und später auch im Servicefall kein Zeitverlust entsteht, nutzt Baumüller eine automatisierte Softwareparametrierung. Das Produktions- und Servicekonzept ist somit ein weiterer Baustein der Effizienzsteigerung.

Komplett-Automatisierung in Hard- und Software

Die Folienbeutelmaschine besteht aus mehreren Stationen. Es beginnt mit dem Abwickeln und Falten der Folie, wodurch die einlagige Bahn der Folienrolle doppellagig gespannt wird. Weiter geht es zum Formschweißen, wo beispielsweise Tragegriffe ausgeschweißt werden. Am 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, ein Industrie-PC b maXX PCC-04 und eine b maXX-safePLC. Letztere ist eine Kombination aus Sicherheitssteuerung und Standard-Steuerungsfunktionalitäten in einem Gerät. Bedient wird die Maschine über einen 17“-Touchscreen-Monitor, der sich an einem beweglichen Tragarm befindet. Für die webfähige Maschinenvisualisierung genügt ein Standardbrowser, und über eine App ist zudem ein Fernzugriff über webfähige Endgeräte möglich.

Über die Visualisierung lassen sich zudem verschiedene Betriebsarten auswählenden. Um beispielsweise Servicetätigkeiten zu ermöglichen, lässt sich mittels Transponder über die Maschinenvisualisierung auf bis zu vier individuelle Betriebsarten mit jeweils unterschiedlichen Benutzerrechten umstellen.

Der passende Motor für jede Station

Die komplette Folienbeutelmaschine ist mit Baumüller-Motoren ausgestattet. Bei den beiden Schweißstationen, der Stapelkette und dem Flügelrad kommen DSC1-Motoren zum Einsatz. Die Servomotoren sind kompakt und drehmomentstark. Die beiden Vorzugstationen mit Registerregelung werden mit DSD2-Servomotoren angetrieben, da an dieser Stelle ein extrem dynamisches Abbremsen und Beschleunigen gefordert wird. Die Motoren dieser Baureihe zeichnen sich durch ihre hohe Dynamik und gute Start-Stopp-Qualitäten aus. Als dritter Motorentyp wurde ein Drehstrom-Synchronmotor mit integrierter Elektronik verbaut. Der DSDI-Antrieb hat eine sehr kurze Bauform und unterstützt das modulare Maschinendesign, da er keinen separaten Umrichter benötigt.

Die Druckmarkenerkennung ist eine der voreingestellten Funktionen, die bereits in der Maschinensteuerung hinterlegt sind und dem Maschinenbediener damit Programmieraufwand abnehmen. (Bild: Baumüller)

Mit seinen applikationsspezifischen Technologiebausteinen, unter anderem für die Register- und Tänzerregelung, stellt Baumüller bei der Folienbeutelmaschine komplette Grundfunktionen bereit, mit denen sich der Programmieraufwand auf ein Minimum reduziert. Die Technologiebausteine für die Steuerungen werden mit entsprechender Runtime-Lizenz erworben. Damit lassen sich sowohl einfache Bewegungen als auch komplexe Prozesse abbilden.

Das Produktions- und Servicekonzept ermöglicht die automatische Parametrierung von Geräten, Modulen und ganzen Maschinen schnell und ohne Programmieraufwand. Geht eine Maschine in Serie, hat der Maschinenbauer die Möglichkeit, die gesamte Softwareparametrierung zu automatisieren – genauso wie im Servicefall. Über die Feldbuskommunikation erkennt die übergeordnete Steuerung alle Teilnehmer des Systems und übernimmt sie automatisch in die Konfiguration des Steuerungsprojektes.

Die kompakten und drehmomentstarken DSC1-Servomotoren punkten mit einer höheren Drehmomentdichte bei gleichzeitig Reduzierung des Baumvolumens. (Bild: Baumüller)

Ein großer Pluspunkt des Konzepts ist die Möglichkeit, auch bei Maschinenvarianten auf die automatische Programmierung zurückzugreifen. Im System wird dazu der Maximalausbau der Maschinenreihe hinterlegt. Das langjährige Know-how der Engineering-Spezialisten gepaart mit einer Komplettautomatisierung aus Hard- und Software von Baumüller verhalfen Lemo zu einem durchgängigen Maschinenkonzept mit schlanker Antriebs- und Steuerungsarchitektur. Die Standardisierung der Varianten durch intelligente Modularisierung führte zudem zu einer kurzen Time-to-Market.

Die Anforderung von Lemo war es, 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 Automatisierungs-Know-how, Soft- und Hardware sowie ein Produktions- und Servicekonzept für die neue Folienbeutelmaschine. Mit nur einem Ansprechpartner und gutem Projektmanagement für das Maschinenkonzept und dem Bau des Prototyps konnte die Maschine bereits nach kurzer Entwicklungszeit präsentiert werden.

Nach Unterlagen von Baumüller / am

Automatica, Halle B6, Stand 303

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