In Sekundenschnelle stellt ein vollautomatischer Rollencollator das Papierformat um und nimmt Korrekturen am Querschneider vor. Maschinenbauer Jakob Graphic Services setzt dabei auf Servotechnologie und das Softwarepaket Kollmorgen Automation Suite.
Die von Jakob Graphic Services GmbH in Pfungstadt im Kundenauftrag entwickelten Weiterverarbeitungsmaschinen – etwa Collatoren – führen die auf Schmalbahnrotationsdruckmaschinen (maximal 76 cm breit) erzeugten Vorprodukte zusammen. Versicherungsformulare, Mailerprodukte mit angeschnittenen Einlegeblättern, Broschüren mit oder ohne Veredlung, Kalender und ähnliche Druckerzeugnisse werden von ihnen vollautomatisch zusammengefügt, geleimt, etikettiert, gefalzt und geschnitten.
Bei seinen Lösungen legt der Pfungstädter Maschinenbauer nicht nur auf eine hohe Applikationsfunktionalität und solide Verarbeitung Wert, sondern auch auf eine einfache Bedienbarkeit und die Möglichkeit, die Maschine in kürzester Zeit umzurüsten. Da die Produktvielfalt der Kunden in der Regel sehr groß ist und ständige Rüst- und Einrichtungszeiten die Effizienz der Maschinen erheblich verringern, war es naheliegend, dass sich das Management schon frühzeitig für moderne Servotechnologie interessierte.
Auf der Suche nach einem passenden Anbieter stießen die Verantwortlichen auf Danaher Motion. Erstes gemeinsames Projekt war eine Querschneideeinheit, die ohne Zylinderwechsel unterschiedliche Formate schneiden kann. Dieser RC-500 Jumbo genannte Rollencollator ist eine wegweisende Neuentwicklung des Anbieters. Endlosformularsätze, Einzelsätze und Mailingprodukte lassen sich damit in kürzester Zeit fertigen. Der maximale Rollendurchmesser beträgt 50“ und die Rollenbreite kann zwischen 100 und 500 mm variieren. Die zusammengeführten Bahnen lassen sich etwa durch Crimpen, Leimen oder Heften weiterverarbeiten. Crimpwerkzeuge verbinden die Bahnen untereinander. Nach dem Querschneiden werden mit Hilfe von Beschleunigungsbändern die Nutzen auf ein Schuppenband gefördert. Wird eine bestimmte Nutzenzahl erreicht, werden sie zum Verpacken beispielsweise zu einem Stapel gebildet.
Zylinder und Zahnräder zur Herstellung unterschiedlicher Formate müssen bei der neuen Maschine nicht mehr gewechselt werden, da die Antriebssteuerung des Querschneidezylinders oder des Perforierzylinders wellenlos über Servomotoren erfolgt. Kundenspezifische Formate werden abrufbereit in der frei programmierbaren Steuerung hinterlegt. Die Umstellung der Formate findet zeitgemäß am Touch-Screen statt. Zu den weiteren technischen Features des Rollencollators zählen auch elektronische Strichleimventile, die einen Klebstoffauftrag in kürzesten Schaltfrequenzen ermöglichen. Ebenso lassen sich unterschiedliche Längsschneideeinrichtungen etwa zum Abtrennen von Randlochstreifen realisieren. Je nach Applikation können in dem modularen Anlagenaufbau außerdem verschiedenste Zusatzaggregate wie Vorsortierer, Etikettierer, Laser- und Ink-Jet-Systeme, Nummerndruckwerke oder Taschenfalzeinrichtungen integriert werden.
Als Dreh- und Angelpunkt in ihrem Rollencollator sehen die Entwickler bei Jakob die Querschneideeinheit, die durch weitere Automatisierungsmaßnahmen die Effektivität und Effizienz der Maschinen merklich steigert. Bei der Entwicklung bestand die Hauptherausforderung darin, dass dieser Zylinder die angelieferten bedruckten Endlosbahnen – völlig unabhängig vom Druckformat – in variable Abschnittformate trennt und leicht Korrekturen zulässt. Selbst zwischen einzelnen Abschnitten sollten noch überlagerte Korrekturen eingebracht werden, etwa um asymmetrische Formate innerhalb einer Abwicklung reibungslos bewältigen zu können.
Konkret wird damit erreicht, dass beispielsweise ein Kalenderblock mit einem Format von 378 mm im Endlosdruck um 50 mm vergrößert gedruckt wird, um im Endlosdruck ein gängiges Zollformat zu nutzen. In der Weiterverarbeitung müssen diese 50 mm mit dem Querschneider abgetrennt werden. Obwohl der Querschneidezylinder beispielsweise 24“ aufweist, muss er elektronisch auf 17“ umprogrammiert werden, so dass er in der Lage ist, diese 50 mm abzuschneiden. Die Korrekturen zwischen den Messern beziehungsweise Schnitten bewirken stets eine Beschleunigung oder eine Verzögerung, doch die Trennschnitte erfolgen immer synchron zur Geschwindigkeit der Papierbahn. Dies bedeutet ein Höchstmaß an Dynamik und damit hohe Produktivität für den Anlagenbetreiber. Bei Jakob erkannte man, dass mit den Möglichkeiten, welche die Kollmorgen Automation Suite bietet, software- und hardwaretechnisch die bestehenden und zukünftigen Applikationen optimal unterstützt werden können.
„Ausschlaggebend für die Entscheidung war, dass über einen einzigen Prozessor die drei Hauptfunktionalitäten Motion Control, SPS und HMI/Scada – in unserem Fall auf einem Industrie-PC – zur Verfügung stehen. Mit diesem Standardwerkzeug ist es möglich, kostengünstig das unternehmensspezifische Know-how einzubringen und die jeweilige individuelle Anwendung bedarfsgerecht zu lösen“, erklärt Dipl.-Ing. (FH) Ulrich Jakob, der bei Jakob Graphic Services Konstruktion und technische Leitung verantwortet. „Hinzu kommt der nicht unerhebliche Aspekt, dass sich die Programmierzeit und Inbetriebnahme merklich reduzieren und die Maschinenleistung steigern lassen.“
Die Kollmorgen Automation Suite (KMS) basiert auf der bewährten, sehr intuitiv handhabbaren „PipeNetwork“-Programmiersprache von Danaher Motion. Dabei handelt es sich um ein skalierbares System mit einer einheitlichen Entwicklungsplattform, die alle drei Hauptfunktionen eines Maschinensteuerungssystems – HMI, SPS und Motion Control – in einer gemeinsamen Entwicklungs- oder Softwareumgebung unmittelbar miteinander verbindet. Die integrierten Entwicklungswerkzeuge beinhalten ein komplettes Set an IEC 61131–3-Editor-Programmen und ein schnelles Compilerprogramm. Diese um vieles vereinfachte Programmierung sowie die komplette Simulation im Offline-Modus von Motion Control und SPS im Rahmen der Entwicklung und des Debugging reduzieren erheblich den Programmier- und Inbetriebnahmeaufwand. Die Suite läuft unter einem Echtzeitbetriebssystem mit der Anbindung an Windows XPe, so dass gängige Visualisierungssoftwarepakete direkt anzubinden sind (siehe Kasten).
„Mit der Suite erzielen wir eine optimale, servotechnische Auslegung für unsere Weiterverarbeitungsmaschinen, so dass sie mit hoher Performance voll den Ansprüchen unserer Kunden gerecht werden. Die erzielten technischen Eigenschaften sind für Jakob-Maschinen signifikant und bilden ein gewisses Alleinstellungsmerkmal. Das früher zeitraubende manuelle Umrüsten oder Einrichten entfällt dank elektronischer Servotechnik. Als sehr wirtschaftlich erweist sich der Zeitgewinn mit dieser neuen Vorgehensweise. Rückschläge durch Fehler werden ausgeschlossen und die Inbetriebnahme wird zu einem ‚formalen Akt’“, resümiert Betriebswirt Hans-Peter Jakob, Verkaufsleiter und Prokurist. „Auch ist es vorteilhaft, einen Partner im Sinne ‚alles aus einer Hand‘ – von volldigitalen Servoverstärkern, Servomotoren, Motion Control, SPS bis hin zu Visualisierung und Touch-Screen – zur Seite zu haben.“
Michael Scholz Danaher Motion GmbH, Offenburg
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