Anlagensteuerung

Fitnesskur für Flaschenträger

Siemens modernisiert die Herstellung der Flaschenträger bei Krones
Weit über 15 Millionen Flaschenzellen hat Krones bislang gefertigt – nach dem Retrofit ist sie für weitere Millionen bestens vorbereitet.
Rundum überholt hat Krones als Weltmarktführer in der Getränkeabfüll- und Verpackungstechnik seine bewährte Flaschenträgerfertigung. Er sichert damit über Jahre hinaus die Ersatzteil- und Anlagenverfügbarkeit und konnte neben der Arbeitssicherheit auch die Ausbringung verbessern.

Flaschenträger und deren Finger sind das Herz jeder Flaschenreinigungsmaschine. Ihre Herstellung ist eine Kernkompetenz von Krones aus Neutraubling. In sogenannten Flaschenzellen nehmen die Anlagen Mehrwegflaschen auf und transportieren diese durch den automatischen Waschprozess. In den größten Anlagen von Krones sind annähernd 1.000 solcher Flaschenträger mit jeweils mehr als 70 Flaschenzellen im Einsatz. Entsprechend leistungsfähig muss die Fertigung von Flaschenzellen und -trägern sein. Seither wurden weit über 15 Millionen Flaschenzellen in einem automatisierten Prozess direkt vom Blechcoil gefertigt und in 1,5 bis 6,3 Meter langen Flaschenträgern verschweißt. Nach fast 20 Betriebsjahren häuften sich die Ausfälle. Ersatzteile für die mit den Jahren gewachsene Vielfalt unterschiedlichster Steuerungen, Umrichter, Motoren und auch Bediengeräte wurden immer rarer. Ende 2010 war es Zeit, die Fertigung vor allem automatisierungstechnisch wieder auf einen aktuellen Stand zu heben und auch die Ausbringung zu steigern.

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„Am besten gefallen und überzeugt hat uns das Konzept von Siemens“, sagt Franz Groß, Leiter der Instandhaltung bei Krones, „wobei auch die räumliche Nähe und die Übernahme der Gesamtverantwortung durch Siemens als Generalunternehmer eine Rolle gespielt haben.“ Der neue Ansatz sah an erster Stelle eine Reduzierung von zuletzt 17 Einzelsteuerungen auf nur noch sieben Bereichssteuerungen der aktuellen Baureihen Simatic S7 300 und S7 400 vor, die dank skalierbarer Leistung für unterschiedlichste Aufgaben eingesetzt werden können. Die Bereichssteuerungen sind über einen Scalance-Switch per Profinet untereinander und an ein überlagertes Scada-System Simatic WinCC in der Warte verbunden. Dort werden bei Umstellungen die produktspezifischen „Rezepturen“ ausgewählt und zum Teil in die lokalen Steuerungen übertragen sowie alle Informationen (Produktions(zu)stände, Alarme, …) aus dem Feld zentral visualisiert. Die Kommunikation innerhalb der Bereiche erfolgt durchgängig über Profibus.

Produktivität optimiert

Um lieferfähig zu bleiben, wurden in Stufen nacheinander zwei identische Anlagen für die Fertigung der eigentlichen Flaschenzellen vom Blechcoil umgebaut und neu automatisiert. Maßgabe dabei war eine Reduzierung der Taktzeit, um das Herzstück der Linie, die automatische Punktschweißanlage, auch bei der Bearbeitung der längsten Flaschenträger mit 74 Zellen ausreichend schnell versorgen zu können. Anstelle des bisherigen Handlings ver- und entsorgt jetzt je ein Knickarmroboter die Umform-/Schweißstationen. Darüber hinaus wurde an beiden Anlagen statt einer pendelnden eine zweite, zykluszeitsparende Schweißeinheit gesetzt. Den modifizierten Ablauf steuert eine Simatic S7 400.

Zum Einrichten, Bedienen und Beobachten ist ein tragbares Simatic Mobile Panel installiert, das bequem direkt an den Ort des Geschehens (Arbeitens) mitgenommen werden kann. Für präzise und dynamische Bewegungen beim Querteilen, Rollen, Schweißen, Prägen und Ausklinken sorgen Umrichter der modularen Familie Sinamics S120, die sämtliche Servomotoren des Typs 1FK7 und auch Normmotoren antreiben. Damit konnte die Taktzeit jeder der beiden Umform-/Schweißstationen von zuvor durchschnittlich 31 auf 18 Sekunden reduziert und insgesamt eine Taktzeit von etwa neun Sekunden realisiert werden. Die fertigen Flaschenzellen werden anschließend noch punktuell MAG-geschweißt und dann in der vorgegebenen Stückzahl der großen Punktschweißanlage zugeführt. Parallel dazu fertigt eine Profilieranlage die oberen und unteren Tragbleche.

Zweite Herausforderung war die Modernisierung der bisher NC-gesteuerten Anlage für das automatisierte Punktschweißen sämtlicher Flaschenträgervarianten über vier vierachsige, simultan arbeitende Schweißköpfe. Die Flaschenzellen werden rückseitig zugeführt, ausgerichtet und in die Schweißaufnahmen übergeben, während ein Zweiachseinleger von der Vorderseite die beiden Tragbleche positioniert. Nach einer manuellen/visuellen Kontrolle werden die Flaschenzellen zuerst oben und unten mit den Tragblechen, dann links und rechts untereinander verschweißt, jeweils vorne und hinten, so dass ein stabiler Flaschenträger entsteht. Alles in allem sind an dieser Hochzeit 18 Antriebsachsen beteiligt, die es zu koordinieren gilt, wobei Kollisionen sicher verhindert werden müssen. Auch hier wurden neue Sinamics-S120-Umrichter und Servomotoren der Reihe 1FK7 eingesetzt; einfachere Antriebsaufgaben sind mit Standard-Umrichtern der Baureihen Sinamics G110/G120 gelöst. Die Bewegungsführung übernimmt ein in das Antriebssystem integrierter Motion Controller Simotion D445 2 mit Controller Extensions Simotion CX32 für zusätzliche Achsen. Als sogenannter i-Slave konfiguriert, ist das Simotion-System Slave der als Master fungierenden Simatic-Bereichssteuerung und zugleich Master für die unterlagerten Peripherieeinheiten Simatic ET200M. Das ermöglicht einen vereinfachten Datenaustausch.

Um alle Kundenforderungen in der geforderten Güte und Dynamik realisieren zu können, wurden verschiedene, teils neue Standardapplikationen des Motion-Control- beziehungsweise Antriebssystems genutzt, darunter eine Handling-Toolbox mit der Funktion „Bahnobjekt“, die ein Verschleifen und damit schnelle und dennoch mechanikschonende Verfahrbewegungen ermöglicht. Das Meldehandling dient der vereinfachten Übergabe von System- und auch frei projektierbaren kundenspezifischen Meldetexten aus dem Motion Controller an das Visualisierungssystem Simatic WinCC. Die Betriebsartenverwaltung erfolgt nach OMAC (Organization for Machine and Automation Control).

Jede dieser Standardapplikationen trägt einen kleinen Teil zur effizienten Fertigung der Flaschenträger bei, die im Anschluss noch mit anlagenspezifischen Einhängevorrichtungen versehen, mit Kunststoffeinsätzen zur schonenden Aufnahme der Flaschen bestückt, konserviert und versandfertig gemacht werden. Viel Wert gelegt hat der Betreiber auf die normenkomforme Umsetzung der Arbeits- und Maschinensicherheit. So sind jetzt potenziell gefährdende Anlagenteile durch Schutzzäune und Türen mit Sicherheitszuhaltungen abgesichert. Auch wenn es anfangs für die Bediener noch ungewohnt ist, gewährleisten an besonders gefährlichen Stellen nur über Schlüsselschalter deaktivierbare Sicherheitslichtschranken maximale Arbeitssicherheit, wie im Bereich des Einlegers.
Franz Böhmisch, Robert Renner/bw

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