Mit Köpfchen

Gerhard Schubert

Die Entstehungsgeschichte der TLM-Verpackungsmaschinen geht zurück auf einen Tag im Jahre 1959, an dem Gerhard Schubert seinen älteren Kollegen den Vorschlag machte, ein Baukastensystem für Verpackungsmaschinen zu erfinden. Damals erntete er nur mitleidiges Lächeln. Der Gedanke verfolgte ihn fortan und als er 1966 sein Unternehmen gründete, ging er sofort an die Umsetzung. Zunächst schuf er mechanische Baugruppen zur Konfiguration von Top-Loading-Verpackungsmaschinen in großer Zahl, um zum Ende der 70er-Jahre zu der Erkenntnis zu gelangen, dass der richtige Weg über die Robotertechnologie führt. 1984 war es dann soweit: Der erste Verpackungsroboter funktionierte wie ein Uhrwerk und ein neues Verpackungsmaschinen-Zeitalter brach an. Schon die ersten Verpackungsroboter waren mit einer Steuerung ausgestattet, die von Schubert speziell dafür entwickelt wurde. Es bestätigte sich, dass Flexibilität nur zu machen ist, wenn man der Mechanik intelligente Steuerungen unterschiebt. Ende der 90er-Jahre wurde dann die Philosophie entwickelt, Maschinen dem Menschen nachzuempfinden. Einfache Mechanik, intelligente Steuerung und wechselbare Werkzeuge kamen zum Einsatz und das TLM-Verpackungsmaschinensystem entstand.

Der TLM-Baukasten – TLM kommt übrigens von Top-Loading-Maschine – besteht aus nur sieben Grundkomponenten:

In der Vergangenheit wurde der Übergabe des Packmaterials in den Abpackprozess keine besondere Bedeutung zugemessen, weil ohnehin für jede Aufgabenstellung neu konstruiert werden musste. Doch mit der Entwicklung der TLM-Technologie wurde eine wichtige Komponente geschaffen: das flexible Übergabeaggregat, ein echter zweiachsiger Roboter. Flachliegende Schachtelzuschnitte, Kunststofftrays, Packungsbeilagen – alles, was an den Verpackungsprozess zu übergeben ist, legt man ins Stapelmagazin des Übergabeaggregats. Das Magazin besteht aus der eigentlichen Magazinplatte, einem Wechselteil (Werkzeug), den Transportleisten mit ihren Füllstandsfühlern und dem Übergabewerkzeug einer wechselbaren Saugerplatte. Zum Werkzeugwechsel, der ca. drei Minuten in Anspruch nimmt, ist das Magazin aus der Maschine ausfahrbar.

Erst die Robotertechnologie hat es möglich gemacht, Gruppierketten zu bauen, um damit beliebig stückige Produkte gruppieren zu können. Das Funktionsprinzip ist einfach. Produkte laufen in Transportkammern (Werkzeuge) ein, die auf zwei Kettensträngen montiert sind. Ist die Anzahl der zu gruppierenden Produkte eines Stranges erreicht, fährt er in die Abnahmeposition. Der Steuerung fällt unter anderem die Aufgabe zu, den Produktabstand zu überwachen und gegebenenfalls Produkte auszuschleusen – eine anspruchsvolle Funktion bei hohen Einlaufgeschwindigkeiten. Die Gruppierkette wird in zwei Ausführungen angeboten, horizontal und vertikal laufend. Das Verlagern mechanischer Funktionen in die Software hat auch bei Verpackungsmaschinen begonnen. So ist abzusehen, dass Gruppierketten in absehbarer Zeit von Vision-Systemen abgelöst werden.

Der erste Verpackungsroboter der Welt war ein Vierachser, entwickelt und gebaut von Gerhard Schubert am Ende der 70er-Jahre. Auf der Interpack 1981 zum ersten Mal unter dem Namen Robby vorgestellt, erregte das Aggregat damals das Aufsehen der Fachwelt. Heute ist er unter der Typenbezeichnung TLM-F4-Roboteraggregat mit einem Carbonarm ausgerüstet, kann mit 10 g beschleunigen und Geschwindigkeiten von 5 m/s erreichen – fast geräuschlos, wie man es von einem Roboter erwartet. Das F4-Aggregat, auch Picker genannt, gibt es in der Regel nur im Doppelpack, von einer Steuerung gesteuert, als Doppel-F4 oder F44-Pickerstation. Während früher bei einem Motorwechsel relativ aufwendig der Nullpunkt des Aggregats neu eingestellt werden musste, geschieht das heute vollautomatisch.

In Verbindung mit dem TLM F44-Roboteraggregat kommt das Vision-System zum Einsatz. Dieses ist in der Lage, mithilfe eines Auflicht- oder einem Druchlichtscanner ca. 4000 Produkte pro Minute zu bearbeiten. Der Auflichtscanner ist ein Farbscanner, der ein dreidimensionales Bild liefert. Der Abpacker kann Qualitätsmerkmale vorgeben, die vom Bildverarbeitungssystem berücksichtigt werden. Das stellt sicher, dass nur einwandfreie Produkte vom Zuführband abgenommen werden. Neben der genauen Position und Drehlage der Produkte werden auch Flächenmaße und Formdaten mit den Vorgaben verglichen und an die Roboter übergeben.

Als das F2-Aggregat 1984 auf den Markt kam, präsentierte man es zunächst als Roboter. Dann wurde es zum Bewegungsaggregat degradiert – schließlich hat es auch nur zwei Achsen. Nachdem es sich jedoch viele Tausend Mal bewährt hatte, wurde es wieder zum Roboter erhoben. In der Tat ist es weit erfolgreicher, als der Vierachser und damit ein guter Beweis für die Erkenntnis, dass mit sinkendem mechanischem Aufwand die Flexibilität steigt. Mit dem TLM-F2-Roboteraggregat können Schachteln aufgerichtet, befüllt und verschlossen werden. Es verfügt über eine ausgeklügelte Werkzeuganschaltung zur Aufnahme der produktspezifischen leicht wechselbaren Werkzeuge.

Mit der Erfindung des Vakuumtransporteurs im Jahr 2003 brach tatsächlich ein neues Zeitalter im Verpackungsmaschinenbau an. Das Aufrichtewerkzeug übergibt die Schachtel direkt auf die Saugerplatten des Vakuumtransporteurs. Die Schachtel wird am Boden festgesaugt und zu den verschiedenen Bearbeitungsstationen transportiert. Seitenführungen und Niederhalter erübrigen sich dabei. Und die Saugerplatten sind als wechselbare Transportwerkzeuge ausgeführt. Die Positioniergenauigkeit beträgt 0,1 mm und zwischen zwei Stationen kann mit bis zu 9 m/s gefahren werden. In der Regel besteht ein Vakuumtransporteur aus drei Einzeltransporteuren. Während dem Transport lassen sich sehr einfach Etikettier-, Bedruck- oder Lesefunktionen bewerkstelligen.

Das Maschinengestell wird aus Blechteilen zu einer stabilen, vibrationsarmen Zelle zusammengeschweißt. Je weniger Platz für eine Verpackungsmaschine benötigt wird, desto besser. Darum sind bei den TLM-Maschinengestellen die Schaltschränke nach oben verlegt. Die Roboteraggregate sind dazwischen untergebracht und das Ganze wurde auf vier Füße gestellt. Den Innenraum zwischen den Füßen sichern Plexiglastüren. Carrierschienen bilden die Bodenplattform der Maschinen und tragen die übrigen Baugruppen. Eine Verpackungsmaschine oder Anlage besteht in der Regel aus mehreren Maschinengestellen. Jedes Maschinengestell ist eine leicht transportierbare Einheit. Die Maschinengestelle werden in neun Breiten und fünf Längen hergestellt und in jeder gewünschten Farbe lackiert. Für den Nassbereich und die pharmazeutische Industrie werden die Maschinengestelle aus rostfreiem Stahl (V4 A) gefertigt.

Die Bedienerführung, die sogenannte Mensch-Maschine-Schnittstelle, ist beim TLM-System weit mehr als nur ein Bedienterminal. Das Ein- und Ausschalten erfolgt durch zwei Drucktasten. Die Ein- und Ausschaltprozesse steuert die Maschine selbstständig. Am 15-Zoll-Touchscreen stehen für den Anwender eine ganze Menge Informationen zum Abruf bereit. Wenn beispielsweise Wartungsarbeiten anstehen, nimmt das Ikon „Ölkanne“ Farbe an. Im Bedienterminal, einem vollständigen Industrie-PC, sind sämtliche Umstellprogramme der TLM-Maschine gespeichert. Über die Sprachauswahl kann die Anzeige in der gewünschten Sprache aufgerufen werden. Auch die gesamte Bedienungsanleitung ist am Touchscreen abrufbar inklusive der Ersatzteillisten. Die grafische Darstellung der Maschine auf dem Bildschirm gibt jederzeit Auskunft über den Betriebszustand.

TLM-Verpackungsmaschinen sind von der Konzeption her Top-Loading-Maschinen. Beim Top-Loading beginnt der Abpackprozess mit dem Aufrichten der Verpackungsschachteln. Die Befüllung erfolgt von oben. Zum Aufrichten, Füllen und Verschließen wird in der Regel der TLM-F2-Roboter eingesetzt. Die Maschinen verfügen über ein höchst leistungsfähiges Steuerungssystem. Die größte bisher gebaute Verpackungsanlage wird von über 200 Antriebsmotoren gesteuert. TLM-Verpackungsmaschinen sind übersichtlich, alle Funktionen sind gut zugänglich. Sie sind einfach zu bedienen und zu warten und verfügen über ein sehr gutes elektronisches Auskunftssystem.

Die Anlagen werden stets individuell für die Aufgabenstellung konfiguriert. Obwohl TLM-Verpackungsmaschinen Standardmaschinen sind, gibt es die reine Standard-TLM also dennoch nicht.

TLM-Verpackungsmaschinen sind seit Januar 2002 auf dem Markt und wurden seither ständig weiterentwickelt. Nächstes Entwicklungsziel ist die Ausstattung mit einem System zum automatischen Werkzeugwechsel. Schon auf der Interpack 2008 will Schubert TLM-Anlagen mit dieser Arbeitserleichterung vorstellen. Auch bei der Steuerung sind Weiterentwicklungen geplant. Man will in absehbarer Zeit auf Steckverbindungen, die in der Regel störanfällig sind, verzichten und arbeitet derzeit an der kontaktlosen Daten- und Leistungsübertragung von Steuerungssignalen.

cav 407

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