Maschinenautomatisierung in der Verpackungstechnik

Da muss Luft raus!

Durch standardisierte, oft zu große Kartonagen wird auch viel Luft transportiert. Um diese Luft zu reduzieren, entwickelte Opitz den Volumen-Reduzierer Vario 558. Bestandteil ist der Automatisierungsbaukasten Movi-C von SEW-Eurodrive.

Blick in die Schneidstation mit den Kleinspannungsantrieben ELVCD und Elektrozylindern CMS. Die Elektrozylinder dienen zum motorischen Verfahren der Schneidsysteme, die Bügel zum Ausrichten der Kisten an der Förderstrecke. © SEW-Eurodrive

Die Zahlen schwanken – allerdings auf hohem Niveau. Mehr als 50 Prozent sollen es sein, die in Versandpaketen nicht aus der eigentlichen Ware, sondern aus Luft und Füllmaterial bestehen. Die Situation ist bekannt und täglich spürbar: Spätestens wenn der Paketdienst mit der bestellten Lieferung vor der Tür steht, kommt nach der Freude über die Lieferung der nervige Akt, die Bestandteile der Verpackung und Füllmaterialen fachgerecht zu entsorgen.

Revolution des Standardkartons
Opitz Maschinentechnik in Kalefeld, 30 Kilometer nördlich von Göttingen, ist mit ihrem Volumen-Reduzierer Vario 558 angetreten, die Welt standardisierter Faltkartonagen zu revolutionieren. Das Ziel besteht darin, die im Online-Handel häufig viel zu großen, standardisierten Versandkartons unterschiedlicher Kartonbreiten auf ein Minimum zu reduzieren.

Dafür misst in der ersten Station eine Kamera oder ein Ultraschallsensor die Höhe des Produktes im Karton und ermittelt daraus Falzhöhen oder die Tiefe der Einschnitte an den vier Ecken des Kartons. Die Höhe des Produkts und die variable Kartongröße entscheidet dabei immer wieder neu, wie tief geschnitten wird und an welcher Position die Messer der Vario 558 in den Ecken der Standardkartons stoppen müssen.

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Individuell festgelegte Grundformate mit unterschiedlichen Höhen und entsprechend geprägten Rillen. Die Faltkisten werden so optimiert, dass mit minimalem Volumen das Maximum an rationeller Verpackung und Transportsicherheit erzielt wird. © SEW-Eurodrive

Im weiteren Verlauf werden die Kartonlaschen dank der Schnitte sowie vorbereiteter Horizontalrillen nacheinander eingefaltet, von einem Niederhalter auf der richtigen Höhe fixiert und schließlich verschlossen. Opitz gilt als ausgewiesener Experte für Nassklebetechnik, die im Unterschied zu Kunststoffklebebändern wichtige Versiegelungsfunktionen wahrnehmen. Diese Eigenschaft ist gerade bei hochpreisigen Produkten wichtig, weil so der unerlaubte Griff ins Paket verhindert – oder zumindest sichtbar – wird. Die Besonderheit des Volumen-Reduzierers ist, dass sie Kartons unterschiedlicher Kartonbreiten verarbeiten kann.

Bei den Bewegungsabläufen in der Vario 558 setzt Opitz aufgrund der hohen Ansprüche an Präzision und Dynamik auf Servotechnik in einem Mehrachsverbund. Diese Motion-Control-Lösung wurde gemeinsam mit SEW auf Basis des Automatisierungsbaukastens Movi-C entwickelt. Die Besonderheit: Mit dieser neuen Komplettlösung für Automatisierungsaufgaben ließ sich die Maschine mit einem maßgeschneiderten Mix aus zentraler und dezentraler Antriebstechnik realisieren – ohne Kompromisse bei der Integration oder den Schnittstellen eingehen zu müssen.

Kleinere Schaltschränke
Für die stationären Aufgaben verwendete SEW die neuen Movi-C-Doppelachsmodule. Sie treiben das Schneidportal sowie den Materialfluss innerhalb der Maschine an. Der Einsatz von Doppelachsmodulen, die als Mehrachssystem für optimale Energieeffizienz über den DC-Zwischenkreis miteinander verbunden sind, macht die Installation schlanker und reduziert zusätzlich die erforderliche Schaltschrankfläche. „Der Schaltschrank ist spürbar kleiner geworden. Platz ist ein Dauerthema bei unseren Kunden; er ist eigentlich immer knapp“, erläutert Inhaber Günther Opitz.

Von oben nähert sich der Nassklebekopf, um den Karton zu verschließen. © SEW-Eurodrive

Ein weiteres Thema ist die Energieeffizienz. Deshalb sind die einzelnen Abläufe zeitlich aufeinander abgestimmt. Beispielsweise fahren die Hubwerke nie gleichzeitig hoch, um die Stromaufnahme zu begrenzen. Der zeitliche Versatz führt vielmehr dazu, dass die beim Absenken erzeugte Bremsenergie an der einen Stelle für das Anheben an einer anderen Arbeitsstation Verwendung findet. Folglich spart dieser Verbund Energie und kappt teure Lastspitzen.

Für den Schneidprozess selbst kamen dezentrale Kleinspannungsantriebe CMP ELVCD (Extra Low Voltage Compact Drive) zum Einsatz. Ihre Aufgabe: Die lineare Einstellung der Messerpositionen in Verbindung mit servomotorisch angetriebenen Elektrozylindern. Diese Lösung zählt zu den wesentlichen Ergebnissen der Zusammenarbeit von Opitz und SEW bereits in der frühen Phase des Engineerings und der Auslegung der Antriebe. Die Programmierung der Bewegungsfunktionen innerhalb von Movi-C gestaltete sich nach Erfahrung des Programmierers Helge Sünnemann komfortabel. „SEW macht einem das Leben leicht – gerade mit den vorgefertigten Bausteinen, die ich nur noch beschalten muss.“

Weniger Kabel dank dezentraler Technik
Die dezentrale Servotechnik sorgt im Volumen-Reduzierer für mehrere Vorteile. Zunächst sinkt der komplette Verkabelungsaufwand spürbar, weil keine Leitungen zwischen Schaltschrankumrichter und Motor notwendig sind. In diesem Fall wären Schleppketten unvermeidbar gewesen. Diese jedoch sind verschleißbehaftet, erhöhen den Reibwiderstand und die Massenträgheit sowie den benötigten Einbauplatz in der Maschinenkonstruktion. Die auf den Portalen mitfahrenden Kleinspannungs-Servoantriebe ELVCD wiegen hingegen wenig, haben ausreichend Leistung und werden über einen durchgeschleiften Energie- und Kommunikationsbus versorgt.

Ein Elektrozylinder verfährt die Schneidsysteme in Länge und Breite der jeweiligen Faltkistenabmessung. © SEW-Eurodrive

Mit dieser Architektur erschließen sich für Opitz gute Möglichkeiten, Verpackungslösungen modular zu konzipieren. Der Einsatz dezentraler Servoantriebe macht hier den Weg frei, weitere Antriebe in den Verbund zu bringen, ohne dabei die generelle Installation in Frage zu stellen oder den Schaltschrankplan anfassen zu müssen.

Der Blick in den Volumen-Reduzierer von Opitz zeigt die Vorteile, die sich mit einem durchgängigen System aus zentraler und dezentraler Antriebstechnik erzielen lassen. Der Automatisierungsbaukasten Movi-C von SEW-Eurodrive bereitet auch den Weg für künftige Anwendungen durch moderne Kommunikationsschnittstellen sowie Modularität und Offenheit für Erweiterungen der Maschinen in Richtung Komplettanlage. Stefan Kattner/as

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