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Wirtschaftliche Fertigung kleinster Losgrößen

Smarte Automatisierungslösung für Abfüllanlagen
Wirtschaftliche Fertigung kleinster Losgrößen

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Die Vielfalt der Anwendungen und die notwendige Flexibilität stellen an Automatisierungslösungen von Füll- und Verschließmaschinen besondere Ansprüche. Neben der Sicherstellung der Abläufe steht vor allem die hohe Taktung der Maschinen im Fokus. Eine Beeinflussung der Qualität des abzufüllenden Mediums ist sicher auszuschließen und der hohe Preis der Produkte erfordert ein möglichst verlustfreies An- und Leerfahren der Anlage bei hoher Anlagenverfügbarkeit.

Die Anforderungen von Füll- und Verschließmaschinen sind sehr unterschiedlich. Bei kleinen Losgrößen ist die Flexibilität der Anlage entscheidend. Kurze Umrüstzeiten und nahezu werkzeugfreie Formatwechsel auf andere Packmittelgrößen sind, insbesondere dort wo die Produktion an Lohnhersteller abgegeben wird, gefordert. Es ist notwendig, dass auf ein- und derselben Maschine verschiedene Packmittel verarbeitet oder auch verschiedene Füllsysteme gefahren werden können. Zudem sind Abfüllsysteme mit entsprechender Inprozesskontrolle und automatisierten Regelkreisen gefordert. Dies ermöglicht eine zeitnahe Verfolgung und gegebenenfalls Nachsteuerung des Abfüllvorgangs. Auch beim Wechsel der Etiketten sollte die Maschine nicht gestoppt werden müssen. Es wird lediglich der Datensatz für die Bedruckung ohne Zeitverzögerung ausgetauscht. Die Stillstandszeiten für Chargenwechsel, Formatwechsel oder Wartung müssen ständig minimiert bzw. vermieden werden.

Der Markt benötigt deshalb Maschinenkonzepte, die die individuellen Zielsetzungen der verschiedenen Kunden optimal unterstützen. Dazu gehört auch ein Fernwartungskonzept, bei dem über eine geschützte Datenverbindung (VPN) nach Freigabe durch den Anwender auf die Steuerung der Anlage zugegriffen werden kann. Damit sind Fachleute in der Lage, sich per Ferndiagnose in kürzester Zeit ein Gesamtbild der Situation vor Ort zu verschaffen und den Anlagenbetreiber effizient zu unterstützen.
Fit für Industrie 4.0
Gleichgültig, ob pharmazeutische, kosmetische oder chemische Produkte auf den Maschinen verarbeiten werden – mit den integrierten Lösungen von Jetter lassen sich Anlagen zum Füllen, Verschließen und Etikettieren von flüssigen Medien insbesondere in Vials, Ampullen und Karpulen aus Glas oder Kunststoff optimal automatisieren. Dabei ist die Fähigkeit zur Fernwartung selbstverständlich. Die Jetcontrol-Steuerungen berücksichtigen alle Aspekte, die Integration des Datenmanagements in der Steuerung und eine direkte Anbindung an die ERP-, BDE- und MES-Software. Der durchgängige Datenfluss von der Peripherie bis zur Leitebene macht eine Fertigung auch kleinster Losgrößen wirtschaftlich.
Die in die Jetcontrol-Steuerung integrierte Motion Control gewährleistet mit kombinier- und synchronisierbaren Achsverbünden Flexibilität beim Design der Maschinen. Die Tool-Center-Point-Betrachtung vereinfacht und beschleunigt die Programmierung von Achsverbunden. Für die Programmierung und Inbetriebnahme einer Anlage wird nur ein Steuerungssystem mit einer Programmiersprache benötigt, die sämtliche Automatisierungsfunktionen beinhaltet. Durch die Auflösung der klassischen Grenzen zwischen E/A-Steuerung, Bedienung, Vernetzung und Antrieben bietet das System maximale Flexibilität bei gleichzeitig hoher Effizienz zur Erstellung des Maschinenablaufs. Die Besonderheiten eines integrierten Automatisierungskonzeptes lassen sich am Beispiel der Abfüll- und Verschließprozesse sowie des Etikettierens aufzeigen.
Präzises Abfüllen
Allgemein wird zwischen Linear- und Rundfüllmaschinen unterschieden. Linearfüllmaschinen befüllen gleichzeitig mehrere Behälter parallel. Dazu wird ein Füllnadelträger auf das Transportband synchronisiert. Der Prozessablauf funktioniert nach dem Prinzip der fliegenden Säge. Bei einer Rundfüllmaschine durchlaufen die Behälter ein Karussell. Während des Durchlaufs erfolgt der Abfüllprozess. Dabei werden die Dosiermengen und die Füllnadelhöhe individuell gesteuert.
In beiden Fällen werden während des Abfüllvorganges die Dosierpumpen so angesteuert, dass der Füllvorgang vollständig während des Synchronlaufs stattfindet. Dabei haben die Füllnadeln immer die optimale Position. Je nach Medium wird die Füllnadel über dem Flüssigkeitsspiegel (Überspiegelabfüllung) oder unter dem Flüssigkeitsspiegel (Unterspiegelabfüllung) gehalten. Insbesondere für eine aseptische Abfüllung ist die Kontrolle der Füllnadel wichtig. Die elektrische Kurvenscheibe garantiert den zur Füllmenge konstanten Abstand der Füllnadel zur Medienoberfläche. Damit wird ein Spritzen oder Aufschäumen des Mediums verhindert. Die Regulierung der Füllnadelhöhe erfolgt immer synchron zur Durchflussmenge. Servogeregelte Dosierpumpen stellen eine höchst präzise Dosierung sicher. Die Anpassung an höhere Maschinentakte gestaltet sich auf diese Weise besonders einfach. Das dynamische Umschalten oder gar die Neuberechnung zur Laufzeit von elektronischen Kurvenscheiben ermöglicht eine Formatumstellung für den Produktwechsel zu jeder Zeit.
Optimales Verschließergebnis
Die gefüllten Behälter werden im nächsten Schritt verschlossen. Dabei kommen unterschiedlichste Verschlüsse zum Einsatz. Moderne Hochleistungsverschließmaschinen zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität beim Verschließen unterschiedlicher Behälterformen aus. Die Maschinen verschließen automatisch vielfältigste Aufdrück-, Schraub- und Ausrichtverschlüsse wie beispielsweise Gummistopfen, Lyostopfen, Tropfeinsätze, Schraubverschlüsse, Aufpressverschlüsse, Bördelkappen, Pipettenverschlüsse, Pilferproofkappen, Dosier- und Sprühpumpen.
Der Verschließvorgang erfolgt dazu getaktet oder kontinuierlich. Dabei müssen Formverschlüsse mit besonderen Merkmalen (Griffmulden, asymmetrische Außenkontur), die eine gezielte Ausrichtung erfordern, auf ihre Lage geprüft und in der geforderten Position verschlossen werden. Die individuelle Konfiguration von Verschließparameter, Drehmoment, Winkelposition, Anzahl der Umdrehungen sowie Geschwindigkeit für einen Formatwechsel lässt sich einfach und schnell realisieren. Heutzutage erfolgt das Verschrauben servogeregelt. Servomotorische Verschrauber mit Look-ahead-Anschlagserkennung bremsen aktiv vor dem Anschlag. So ist ein schnelles und gleichzeitig präzises Verschrauben möglich. Bei dieser High-End-Performance durch intelligente Servotechnik wird kein separater Drehmomentsensor benötigt, der zusätzliche Kosten bedeutet. Die Freiheiten bei der Konfiguration und Programmierung des Verschließvorgangs ermöglichen individuell angepasste Lösungen für ein optimales Verschließergebnis.
Individuelle Etikettierfunktionen
In vielen Fällen folgt direkt nach dem Verschließen das Etikettieren der Behälter. Runde Behälterformen und Sonderformen wie Flaschen oder Tuben bedeuten eine hohe Herausforderung für die Automatisierungskonzeption von Etikettiermaschinen. Häufig werden umlaufende und an Design und Größe angepasste Etiketten aufgebracht, was einen speziellen Aufbau der Maschinen erfordert. Die Umrüstung des Systems soll gleichzeitig schnell erfolgen, um flexibel auch die Etikettierung von kleinen und mittlerne Stückzahlen zu realisieren. Die Präzision der Position des Etiketts ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal für das fertige Produkt. Etikett- und Behältertransport müssen geschwindigkeits- und positionssynchron laufen. Die korrekte Positionierung erfolgt durch die Synchronisation auf dem Transportband mit Druckmarkenerkennung. Dabei lassen sich Positionsoffsets, Trigger, Druckmarke frei kombinieren. So entstehen individuelle Etikettierfunktionen, die optimal zum Produktspektrum passen. Bei identischer Programmierung besteht eine flexible Antriebsauswahl. So hat der Maschinenbauer Skalierbarkeit in Preis und Leistung durch die Wahl von Schrittmotor, DC-Motor oder Servomotor.
Durchdachte Systeme
Mit Jetter-Automatisierungslösungen für das Abfüllen, Verschließen und Etikettieren werden höchste Taktraten erzielt. Durch die nahtlose Integration von Steuerungs-, Antriebs- und Bedienfunktionen lassen sich wichtige Ressourcen schon bei der Programmierung einsparen. Die durchdachten Systeme unterstützen den Maschinenbauer auch im Wartungsfall. Es ist kein Spezial-Know-how von Programmierern erforderlich. Schraubenzieher und USB-Stick oder SD-Card genügen. Damit lassen sich Parameter, Anwendungsprogramme und Firmware auf den geforderten Stand bringen oder eine Datensicherung der Maschine erstellen. Zusätzlich kann über gesicherte Datenverbindungen einfach auf das Automatisierungssystem zugegriffen werden.

Steffen Schwipps
VP Innovations, Jetter
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