SPS führt Regie über 40 Servoachsen

Bottle Carrier ist ein patentiertes Verpackungs- und Trage-System für PET-Flaschen unterschiedlicher Größe. Die Idee dahinter: Ein stabiler, auch mehrfach verwendbarer Polyethylentragegriff und ein dünnes Sicherungsband substituieren bei vergleichbaren Gesamtkosten die weit verbreitete Schrumpffolienverpackung. Als Voraussetzung für einen Erfolg des Systems mussten sowohl die Fertigung bei Schoeller Arca Systems (SAS), als auch deren Verarbeitung bei Abfüllern kosteneffizient, sprich hoch automatisiert erfolgen. Zudem musste ein Logistikkonzept gefunden werden. Damit beauftragt wurde die Peter Suhling Automation GmbH. Die Norddeutschen hatten schon den Prozess für die In-Mould-Dekoration und das Mehrkomponenten-Spritzgießen von Kästen mit Soft-Touch-Griff automatisiert.

Die Steuerungs- und Antriebstechnik bezieht der Sondermaschinenbauer bei Siemens. „Die Konzentration auf weltweit etablierte Standards erhöhe aber vor allem bei global tätigen Großunternehmen die Akzeptanz. Auch selbst wurden seither durchwegs gute Erfahrungen in punkto Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Funktionalität der Automatisierungsprodukte gemacht, und auch die technische wie die vertriebsseitige Unterstützung lasse keine Wünsche offen,“ so Cheftüftler und Geschäftsführer Peter Suhling: Um eine problemlose Anbindung an und ein perfektes Zusammenspiel mit gängigen Abfüllanlagen zu erreichen, musste die neue Bottle-Carrier-Anlage dauerhaft zuverlässig höchste Durchsatzraten bewältigen. Die bei SAS direkt aus der Spritzgießmaschine kontrolliert in Lagen auf herkömmlichen Europaletten abgestapelten Bottle Carrier werden beim Abfüller wiederum per Linear-Handling lagenweise aufgenommen und der Verpackungslinie zugeführt.

In der Fügestation werden im Durchlauf jeweils drei Flaschen von jeder Seite über formatspezifische Drehsterne in einen Bottle Carrier eingedrückt und zu Six-Packs verbunden. Ein Abteiler zieht die Six-Packs auseinander und schiebt sie auf ein schneller laufendes Transportband. Er bildet so die für die weitere Verarbeitung erforderlichen Lücken im Produktstrom. In der Ausrichtstation erkennen Kameras (anhand des Etiketts) oder Scanner (anhand des Barcodes) wiederum im Durchlauf die Drehlage jeder Flasche und Drehgreifer richten diese in Sekundenbruchteilen einzeln aus.

Als anspruchsvollste Aufgabe und Flaschenhals hat sich schon im Frühstadium der Entwicklung die Umreifung der Six-Packs mit einem flachen Band am Auslauf der Anlage erwiesen. Zwar boten einschlägige Hersteller fertige Systeme mit bis zu 60 Takten pro Minute an, die sich in der Praxis jedoch nie absolut fehlerfrei erreichen ließen. „Wir konnten uns keine „Fehlschüsse“ erlauben und es blieb letztlich nichts anderes übrig“, so Peter Suhling, „als in kürzester Zeit eine eigene Hochleistungs-Umreifung zu entwickeln. Was uns mit einem Ultraschall-Schweißsystem, mit dem wir schon Erfahrungen hatten, und schnellen Servoantrieben auch gelungen ist. Damit erreichen wir Schweißzeiten von rund 70 ms und der gesamte Umreifungs- und Schweißzyklus dauert maximal 1,5 s.“

Voraussetzung ist ein leistungsfähiges Steuerungs- und Antriebssystem gewesen, dass in der Kombination dreier Simatic „Technologie-CPU“ S7317T, der modularen Antriebsfamilie Sinamics S120 und schnellen Servomotoren 1FK7 gefunden wurde. Letztere teilweise in einer High-Dynamic-Ausführung (HD), mit besonders geringem Eigenträgheitsmoment und dadurch maximalem Beschleunigungsvermögen, für die besonders zeitkritischen Aufgaben am Abschieber (Z-Achse), an den Kameras/Scannern (Y- und Z-Achse) und an der Umreifung (Z-Achse).

Jeweils eine Technologie-CPU koordiniert die Achsen der Füge- und Abteilstation, der Ausrichtstation und der Umreifung; in Summe gibt es also 22 Servoachsen. Hinzu kommen die beiden Achsen des Linear-Handlings am Einlauf. Taktgeber ist eine virtuelle Leitachse im Master-Controller, an die alle realen Achsen elektronisch gekoppelt sind. Dadurch lassen sich praktisch beliebige Antriebskonstellationen einfach per Software realisieren. So sind alle in Flussrichtung laufenden Achsen im Getriebegleichlauf an die Transportbänder gekoppelt, die wiederum der virtuellen Leitachse folgen. Damit können mit der Geschwindigkeit der Leitachse die Geschwindigkeiten aller anderen Achsen proportional verändert werden. Genauso lässt sich das Bewegungsprofil jeder einzelnen Achse individuell einstellen, lassen sich variable Achsbeziehungen über Kurvenscheiben einfach und flexibel realisieren. Hinzukommt eine Reihe „einfacher“ Positionierachsen, die in den Technologie-CPU mit den zugehörigen Achsen verknüpft sind. „Wir konnten in kürzester Zeit sämtliche Antriebsaufgaben umsetzen und einen ebenso schnellen wie weichen Bewegungsablauf der Gesamtanlage realisieren“, so Programmierer Lars Steinmetz, „der sich auch ohne großen Aufwand auf künftige Anlagen übertragen lässt.“ Präzise umgesetzt werden die Achsbewegungen über fünf Regelungsbaugruppen im Antriebsverband, die Control Units CU320 aus dem Sinamics-S120-Baukasten, die über die Profibus-DP-(Drive-)Schnittstelle mit der zugehörigen Technologie-CPU kommunizieren.

Holger Schumacher, Siemens, Bremen