Die Verpackungsmaschinen überzeugen durch einen modularen Aufbau und ermöglichen so spezifische Lösungen für individuelle Kundenanforderungen.

Bilder: Koch Pac-Systeme

Digitale Serviceprodukte für das Predictive Maintenance

Teure Schäden vermeiden

Als Anbieter von Verpackungslösungen für Konsumgüter und medizinische Produkte setzt Koch Pac-Systeme auf Qualität, Innovation und Service. Mit dem Serviceprodukt Predictive Pack zur digitalen Überwachung von Antriebssträngen und verbundener Komponenten hat das Unternehmen bei einem Kunden unlängst einen Millionen Euro teuren Produktionsausfall vermeiden können.

In diesem Fall ging es um eine Ende 2023 ausgelieferte Anlage der Baureihe KBS-KF zur Verpackung von Knopfzellen-Batterien. „In der Anlage kommen verschiedene Getriebe von Wittenstein Alpha mit integrierter Cynapse-Funktionalität, also mit integrierter Sensorik, Logik und IO-Link-Datenschnittstelle, zum Einsatz“, erklärt Andreas Kolibius, Vertriebsingenieur, bei Wittenstein in Igersheim. Eines der smarten Getriebe ist ein Planetengetriebe TP+ 050 mit Cynapse der Alpha Advanced Line, das im Antrieb einer Stanzpresse verbaut ist. „Mit der digitalen Zustandsüberwachung dieser Achse durch und dem Smart Services von Wittenstein Alpha als Basis unseres Predictive Pack konnte der Kunde rechtzeitig den drohenden Ausfall einer Stanzpresse erkennen und so einen Millionen Euro teuren Produktionsstillstand vermeiden“, berichtet Dipl.-Ing. Simon Brehmer, Head of Technology and Digitalization bei Koch Pac-Systeme. „Wäre der Schaden unerkannt geblieben und plötzlich eingetreten, hätte dies durch die etwa zweiwöchige Wiederbeschaffungszeit der Maschineneinheit einen Produktionsausfall von ungefähr 20 Millionen verpackten Batterien. Das Predictive Pack hat den Kunden davor bewahrt.”

Potenzielle Schadensrisiken frühzeitig erkennen

Koch Pac-Systeme zählt mit seinen digitalen Serviceprodukten zu den Vorreitern der Digitalisierung im Maschinenbau und in der Verpackungsindustrie. Besondere Beachtung bei den Kunden des Unternehmens findet immer wieder das Predictive Pack. „Es ermöglicht eine vorausschauende Wartung für die gesamte Verpackungsmaschine – insbesondere für Verschleißteile wie Getriebe, Vakuumsysteme, Motoren und pneumatische Komponenten“, erläutert Simon Brehmer. „Durch die Integration von Getrieben mit Smart Service in Kombination mit dem Monitor wird eine kontinuierliche Überwachung des Antriebsstrangs sowie damit verbundener Komponenten erreicht. Dies schafft Transparenz über den Zustand der Anlage und ermöglicht das frühzeitige Erkennen von prozess- und qualitätsrelevanten Optimierungsmöglichkeiten.“ Direkt in die Steuerung der Maschine integriert, überwacht und analysiert dieser digitale Service im Betrieb eine Reihe verschiedener Parameter, u. a. den Stromverbrauch eines Antriebsstrangs, sich ändernde Drehzahlen, Temperaturveränderungen, Geräuschentwicklungen sowie auftretende Vibrationen. Zusammen mit den Betriebs- und Zustandsdaten von Komponenten an anderen Maschinenpunkten, z. B. Durchflusssensoren von Vakuumerzeugern, werden sie zentral in einem Maschinen-IPC aggregiert, verarbeitet und per GUI angezeigt – inklusive konkreter Handlungsanweisungen für das Bedienpersonal, beispielsweise beim Überschreiten von Schwellwerten.

Getriebe mit integrierter Sensorik, Logik und einheitlicher IO-Link-Datenausgabe liefern dem Predictive Pack Daten über das Betriebsverhalten von Antriebsachsen.

Schwellwertüberwachung erkennt Lagerschaden

Typenschild-Informationen, Betriebsstunden, Temperaturen, Vibrationen, historische Daten – Getriebe mit dem Smart Service liefern vielfältige Daten aus ihrem Einsatz im Antriebsstrang und ihrem Umfeld. „Smart Services ermöglichen es, die Informationen kontinuierlich auszuwerten und festzustellen, wie es um einen Antriebsstrang und seine verbundenen Komponenten steht“, erläutert Andreas Kolibius. In der Maschine zur Verpackung von Knopfzellen-Batterien werden die Daten des in der Stanzpresse verbauten Planetengetriebes TP+ 050 durch die Funktion „Schwellwertüberwachung“ ausgewertet. Hierzu wurden nach der Erst-Inbetriebnahme beim Batteriehersteller automatisch individuelle und passgenaue Schwellwerte mit der Teach-In-Funktion ermittelt, nach der Abnahme der Maschine gemeinsam verifiziert und im Anschluss fortlaufend überwacht. Nachdem im Betrieb der definierte Vibrationsschwellwert ein erstes Mal überschritten wurde, wurde zunächst in Abstimmung mit dem Endkunden eine leichte Anpassung vorgenommen. Nach einem erneuten Überschreiten etwa 300 Betriebsstunden später wurde die Anlage überprüft –und dabei Rillen im Gleitlager der Stanzführung identifiziert. „Der hierfür ursächliche, beginnende Lagerschaden am Vertikalhub der Stanzpresse konnte behoben werden, bevor ein ungeplanter Maschinenstillstand eingetreten ist und neben den fünfstelligen Kosten für den Austausch der Stanzpresse einen millionenschweren Produktionsausfall nach sich gezogen hätte“, berichtet Simon Brehmer.

Klassische Herausforderungen digital lösen

Die zunehmende Digitalisierung im Maschinenbau hat die Zusammenarbeit von Koch Pac-Systeme und Wittenstein Alpha beflügelt. Das Anwendungsbeispiel in der Verpackungsanlage für Knopfzellen lässt erahnen, in welchem Umfang digitale Lösungen in der Lage sind, klassische Herausforderungen im Produktionsfeld zu revolutionieren. Mit der Integration von Getrieben mit dem Smart Service Cynapse in Antriebsstränge und der nahtlosen Integration passender Services in die Maschinen-Infrastruktur ist es Herstellern möglich, durch digitale Prozess- und Maschinenüberwachung neue Potenziale für innovative Geschäfts- und Servicemodelle zu erschließen. Intelligente Sensorik direkt im Antrieb und Smart Services – beides aus einer Hand – ermöglichen über die Verpackungs­technik hinaus für viele Branchen neue, ganzheitliche Lösungen zur Unterstützung zukunftssicherer digitaler Geschäftsmodelle.

Zur Digitalisierung von Antriebssträngen bietet Wittenstein Alpha für Getriebe mit dieser speziellen Funktionalität verschiedene Smart Services in einem aufeinander aufbauenden Leistungsumfang an. Die Basis bildet der Smart Service Cynapse-Connect für die Integration und das Routing von Daten. Dazu zählen die Daten wie Drehzahl und Drehmoment, die von einem Antriebsregler oder einer SPS via OPC UA zur Verfügung gestellt werden können.

Darauf aufbauend ermöglicht der Smart Service Cynapse-Monitor das einfache Visualisieren und Auswerten von Daten des Getriebes, einschließlich dem Setzen von Schwellwerten und der Ausgabe von Alarmen bei deren Überschreitung. Er liefert Einblicke in das Betriebsverhalten von Antriebsachsen, um kritische Betriebszustände frühzeitig zu erkennen. Bei dem Feature „Analyze“ handelt es sich um ein stetig wachsendes Portfolio von smarten Analysetools. Hierunter fällt der 2024 vorgestellte „Health Index“ und dessen Funktionalität „Auslastungsradar“. Die Analysetools setzen auf den Daten von Cynapse-Connect auf und ermöglichen es, das Betriebsverhalten von Getrieben und Antriebsachsen zu untersuchen und zu verbessern. Dadurch können auch gleichzeitig an verschiedenen Stellen in einer Maschine, selbst komplexere Abweichungen im Maschinenprozess oder dem Komponentenverhalten frühzeitig erkannt werden.

Autor: Daniel Müssig, Produktmanager, Witten Alpha GmbH, Igersheim