Bild: Nord Drivesystems

Nord bietet maßgeschneiderte, wirtschaftliche und nachhaltige Antriebslösungen aus dem Produktbaukasten für alle Stufen des Verpackungsprozesses – auch dezentrale Lösungen für das End-of-Line-Packaging.

Verpackungsoptimierung

Effiziente Logistik und Transportverpackungen

Die Prozesse in der industriellen Verpackung sind in hohem Maß automatisiert, um die einzelnen Schritte so effizient wie möglich zu gestalten. Vor allem im Bereich der Tertiärverpackung, dem End-of-Line-Packaging, stoßen zentral aufgebaute Antriebssysteme jedoch mehr und mehr an ihre Grenzen. Die Lösung kann ein dezentraler Ansatz sein, mit dem Anwender ihre Anlageneffizienz steigern und gleichzeitig signifikant Kosten sparen. Dabei helfen die innovativen Antriebssysteme und das Know-how von Nord Drivesystems.

Beim Verpacken von Gütern und Produkten am Ende des industriellen Fertigungsprozesses stehen Effizienz und Flexibilität aus verschiedenen Gründen zunehmend im Fokus: hoher Kostendruck, maximale Wirtschaftlichkeit bei mehr Nachhaltigkeit und Umweltschutz sind nur einige der Faktoren in diesem Spannungsfeld. Produkte werden immer komplexer und benötigen besonderes Handling, auch Verpackungen selbst sind aufwändiger, etwa durch neue Formate oder häufiger wechselnde Losgrößen. Entsprechend hoch sind die Anforderungen, die an moderne Antriebstechnik gestellt werden. Das gilt für alle drei Bereiche des Packagings, für Primär-, Sekundär- und Tertiärverpackung. Die Wahl der jeweils optimal passenden Systemarchitektur ist kaum zu unterschätzen und macht für Unternehmen einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil aus. Systeme im Bereich Primärverpackung sind üblicherweise sehr kompakt und bestehen je nach Branche auch aus washdown-fähigen Komponenten. Sie müssen schnell, präzise und in der Lage sein, hochdynamische Bewegungen umzusetzen, um hohe Produktionsraten zu gewährleisten. Zu den typischen Maschinen in dem Bereich Sekundärverpackung zählen Kartonierer, Schrumpfverpacker, Schrumpfschlauch- und Folienpacker. Hier kommt es auf eine sehr hohe Flexibilität an, um verschiedene Verpackungsarten und Größen zu verarbeiten.

Tertiärverpackung mit hoher Dynamik und Präzision

Bei der Tertiärverpackung, dem End-of-Line-Packaging, werden die gebündelten Produkte aus der Sekundärverpackung palettiert und stabilisiert, für den weiteren Transport oder zur Lagerhaltung. „In diesem Bereich muss Antriebstechnik in der Lage sein, die teils sehr schweren Lasten mit hoher Geschwindigkeit und ebenso großer Präzision sicher zu handhaben oder zu bewegen“, weiß Stefan Blust, Industry Sector Manager Packaging bei Nord Drivesystems, mit großer Expertise für Automatisierungstechnik.

„Dynamik und Präzision sind in allen dreien der genannten Bereiche essenziell. Beim End-of-Line-Packaging realisieren wir Rampenzeiten zwischen einer Sekunde und 0,5 Sekunden; vor allem bei den Portal- und Lagerpalettierern können die Bewegungen sehr dynamisch sein. Bei Linearbewegungen sprechen wir über eine Positionsgenauigkeit von etwa einem Millimeter und von Winkelbewegungen von circa 30 Winkelminuten, umgerechnet 0,5 Grad.“ Wobei diese Dynamikwerte beispielhaft sind und je nach Maschinentyp variieren können.“

Zentral gesteuerte Systeme mit hohen Kosten

Bei Anlagen der Tertiärverpackung sind zentral gesteuerte Servomotoren noch immer weit verbreitet. Das größte Problem, vor dem ein Unternehmen mit einer komplexen Verpackungsanlage dann steht, werden die hohen Kosten sein, die das System über die Zeit verursacht. Nicht allein, dass die Anschaffung der Technik kostspielig ist – auch die Installations- und Wartungskosten fallen bei Servomotoren stark ins Gewicht. Soll ein solches System einmal erweitert werden, um zum Beispiel die Kapazität zu steigern, wird der hohe Platzbedarf zu einem weiteren Nachteil: Nicht nur im Schaltschrank ist der Raum endlich, auch die zentral gesteuerten Servomotoren plus Steuerung, die mit jeder zusätzlichen Maschine installiert werden müssen, beanspruchen ihren Platz. Dazu kommen neue Kabelkanäle und einiges an Zeit und Kosten für den Verkabelungsaufwand. „Oft wird auch vergessen, dass mit den neuen Systemkomponenten im Schaltschrank die nötige Kühlung ebenfalls ein Faktor wird, der die Energieeffizienz schmälert“, erzählt Stefan Blust. „Dann gibt es die Herausforderungen mit Blick auf die elektromagnetische Verträglichkeit, wenn sich im Schaltschrank zwangsläufig immer mehr Last- und Steuerleitungen zum Beispiel von den Sensoren kreuzen.“

Beispiel einer dezentral gesteuerten Nord Antriebseinheit – Kombination aus IE3 Asynchronmotor mit einem Nordbloc.1 Kegelradgetriebe und einem Nordac ON Frequenzumrichter, hier installiert in einem Kunststoffkettenförderer.

Allerdings: Ist und bleibt die gesamte Anlage eher klein, und auch die Distanz zwischen Schaltschrank und Antriebstechnik ist gering, kann so ein zentrales System durchaus mit guter Effizienz arbeiten. Geht es aber um komplexere Anwendungen, mit mehreren großen Maschinen und weiteren Distanzen, die zu überbrücken sind, gelangt der zentrale Ansatz an einen Punkt, ab dem der Betrieb oder ein Ausbau nicht mehr wirtschaftlich ist.

Dezentrale Antriebstechnologie – Alternative mit Zukunft

Das sieht bei einem dezentralen System anders aus: „Hier sitzen die Frequenzumrichter direkt auf den Motoren, die SPS kann in einem deutlich kleineren Schaltschrank platziert werden. Der Verkabelungsaufwand sinkt entsprechend, da zu jedem Motor nur eine Strom- und eine Datenleitung führen“, erläutert der Automatisierungsexperte das Prinzip. „Das kann auch askadierbar sein, und weil aus dem Schaltschrank nur zwei Leitungen kommen, führt das zu einer sehr platzsparenden und effizienten Lösung – insbesondere bei Anlagen mit einer weiten räumlichen Ausdehnung und sehr vielen Antriebsachsen, wie es sie beim End-of-Line-Packaging gibt.“ Wie hoch das Einsparpotenzial sein kann, zeigt ein Beispiel aus dem Maschinenbau: Durch die Umstellung von Servotechnologie auf dezentral geregelte Antriebstechnik bei seinen Palettiermaschinen konnte ein Unternehmen die Gesamtbetriebskosten um nahezu 50 Prozent reduzieren. Gleichzeitig stieg dabei die Performance der Anlage. Im Detail betrachtet besteht ein typisches Beispiel für eine dezentral gesteuerte Antriebseinheit zum Beispiel aus einem Getriebe, einem Asynchronmotor, einer Geberrückführung sowie einem direkt auf dem Motor angebrachten Frequenzumrichter mit SPS-Funktionalität und Positioniersoftware (Posicon), die im System einen Regelkreis abbildet. Neben der Position lassen sich damit auch Drehmomente und Geschwindigkeit regeln. Die integrierte SPS entlastet außerdem die Haupt-SPS und sorgt für eine schnelle, einfache Inbetriebnahme. Die einzelnen Komponenten werden so gewählt, dass sie den jeweiligen Anforderungen entsprechen. Dabei helfen die Experten mit ihrem Know-how und ermitteln in einem Technikgespräch mit dem Kunden, welche Möglichkeiten sich bieten, mit einem dezentralen System die Anlageneffizienz zu steigern. Dank des Portfolios von Nord haben Anwender eine Fülle an Auswahlmöglichkeiten und können aus dem Produktbaukasten die für sie optimal passende Lösung wählen – Stichwort Modularität.

Die Nordac ON Frequenzumrichter mit Plug-and-Play-Funktionalität decken einen Leistungsbereich von 0,37 kW bis 3,7 kW ab.

Modularer Produktbaukasten, schnell verfügbare Standardkomponenten

Bewährte Kombinationen bestehen beispielsweise aus Nord IE3 Asynchronmotoren mit einem Nordbloc.1 Kegelradgetriebe sowie einem aufgebauten Nordac ON Frequenzumrichter. Hauptmerkmale der Nordac ON-Familie sind das kompakte Design, ihre vollständige Steckbarkeit, die Plug-and-Play-Funktionalität und ihre hohe Zuverlässigkeit. Sie decken einen Leistungsbereich von 0,37 kW bis 3,7 kW ab. Die Steckbarkeit ist insofern von Bedeutung für den effizienten, kostensparenden Betrieb, dass sie den Wartungsaufwand klein hält: Defekte Komponenten lassen sich auf diese Weise einfach und rasch austauschen, Ausfallzeiten werden minimiert. „Zu erwähnen ist die hohe Überlastfähigkeit unserer Komponenten“, ergänzt Stefan Blust. „Punktuell können die Belastungen im End-of-Line-Packaging sehr hoch werden. In der Praxis sehen wir, dass unsere Komponenten dem mit einer Überlastfähigkeit von bis zu 200 Prozent locker standhalten. Auch die auf dieses Paket abgestimmte Steuerungselektronik mit ihrer dynamischen Stabilität trägt zur hohen Performance unserer dezentralen Antriebslösungen bei.“ Anwendungen aus der Praxis für die dezentralen Antriebslösungen sind Portalpalettierer mit Greifer, Linearpalettierer, außerdem im Bereich der Paletten-Stabilisierung sogenannte Streckhaubenwickler, Arm- und Ringwickler, die mit einer Folie die auf der Palette gepackten Produkte umhüllen. Bei Ringwicklern kommen für den vertikalen Folienzug Antriebe mit Flachgetriebe zum Einsatz, weitere Applikationen können mit Kegel-, Stirn- und Schneckenradgetriebe realisiert werden. Umreifungsmaschinen zählen ebenfalls zu den möglichen Anwendungsbeispielen für dezentral gesteuerte Antriebstechnik. Sie sorgen mittels Bändern – vertikal oder horizontal angebracht – für die Stabilisierung der meist schweren Güter.

Dezentral spart Zeit und Kosten