Anfahren mit Gefühl

Gunnar Jäckel, Peter Lester, Andreas Flies, Anders Staff Hansen

Wenn Lebensmittel wie Würste und Schinken, Braten und Geflügel, Obst und Gemüse oder Molkereiprodukte in Därmen oder Folien abgefüllt und verschlossen werden sollen, dann kommen meist Clipautomaten zum Einsatz. Tipper Tie Technopack produziert Clipmaschinen und Clipverschlüsse die unterschiedlichsten Lösgrößen. Der vollautomatische Doppelclipper DC SV 5000 führt dabei vollautomatische Rüstvorgänge durch und verfügt mit der Touchscreen-Displaytechnologie über eine einfach konfigurierbare Parametrierung bei Produktwechsel.

Der Clipautomat wird über ein Füllrohr an eine Füllmaschine angeschlossen, der das Produkt mit geregeltem Druck in die Clipmaschine pumpt. Am Ende des Füllrohrs der Clipmaschine erfolgt die Befüllung des Produkts unter geregeltem Druck und einstellbarer Darmbremse (mittels Gummiring), die das ungebremste Abstreifen des vor Befüllung gerafften Darms bzw. der Folie durch individuell einstellbare Friktion verhindert. Die Befüllmenge pro Verpackungseinheit ist in Volumen und Länge definierbar und wird von der Doppelclipmaschine automatisch geregelt. Beim Clipen wird jeweils das Ende des bereits befüllten Produkts sowie der Anfang der neuen Befüllung geschlossen. Je nach Füllgut und Füllbehältnis variiert die Steuerung des Schließens der Clips. Vor dem Verschliessen wird der Darm bzw. die Folie über zwei Scheren zusammengezogen. Die elektrische Raffereinstellung und Hubbegrenzung regelt dabei die Locker- bzw. Festbefüllung der Faser-, Collagen- oder Kunststoffdärme. Getrennt werden die Einheiten durch ein im Zyklus einstellbares Messer. So sind auch zusammenhängende Produktverbünde verarbeitbar. Ein integriertes Etikettiersystem rundet den Funktionsumfang des DC SV 5000 Automaten ab.

Um den Ausstoß des Doppelclipautomaten zu optimieren, nimmt das von 1000 bis 1500 mm teleskopierbare Förderband eine wichtige Stellung ein. Es muss schnellstmöglich zwischen drei Betriebszuständen wechseln können: Das Band läuft bei der Befüllung sehr langsam und synchron. Beim Clipen muss das Band stehen. Nach dem Clip- und Trennvorgang wird das Förderband aus dem Stand heraus schnellstmöglich beschleunigt, um das Produkt auszuschießen und damit der neue Befüllvorgang unmittelbar starten kann.

Aus diesem Grunde stand bei der Konstruktion dieses integralen Maschinenbestandteils ausschließlich der Einsatz von Servomotoren zur Disposition. Und da das Unternehmen auch besonderen Wert auf sowohl ergonomische wie hygienische Konstruktionen legt, sollte der Servomotor idealer Weise komplett in der Konstruktion verschwinden und darf dort möglichst auch keine schwer zugängigen Toträume entstehen lassen. Die totraumfreine Konstruktion ist wichtig, da der Gurt und die Anlage mindestens bei jedem Produktwechsel oder nach einem Produktionszyklus gereinigt werden muss. Gunnar Jäckel, Konstukteur bei Tipper Tie Technopack: „Es ist aus Hygiene- und Effizienzgründen ein großer Unterschied, ob man lediglich ein rundes Trommelmotorrohr oder aber zig Komponenten wie Motor, Sekundärantrieb und passive Umlenkrolle reinigen muss.“

Aus diesem Grund kommt ein sehr schnell startender und stoppender Trommelmotor zum Einsatz, der in der Positionsgenauigkeit bis hin zu einem Millimeter exakt gefahren werden kann. Die Präzision bei der Position ist aber nicht das Entscheidende. Um die maximale Kapazität des Clipautomaten zu erreichen, ist vielmehr der dynamische Wechsel von Stopp auf Höchstleistung (von 0 bis 0,9 m/s in dieser Applikation) wichtig. Einfache Motoren ohne Servoreglung mit durchschnittlicher Dynamik hätten den Ausstoß beispielsweise um rund 0,4 s pro Einheit erhöht. Bei einer Prozessdauer von 3,75 s (Kaliber 75 mm Kunststoffdarm Bierschinken mit 75 cm Länge und 16 Takte pro Minute) reduziert sich somit die Kapazität bereits um 10 %. Durch die Konstruktion des Clipautomaten und den Einsatz von Trommelmotoren sind trotz hochdynamischer Prozesse nahezu kontinuierliche Befüllvorgänge und damit größtmöglicher Ausstoß möglich.

Der büstenlose DC-Servoantrieb wird mit 12 bis 48 V gespeist und ist damit für industrielle Maschinenspannungen ausgelegt. Bei kleinster Untersetzung erreicht der Intellidrive von Interroll mit Planetengetriebe eine Maximalgeschwindigkeit von 1,28m/s, ein Drehmoment von 2,6 Nm und eine Bandzugkraft von 46 N. Die maximale Bandzugkraft (532 N) und das maximale Drehmoment (21,3 Nm) wird bei einer Getriebeuntersetzung von 115,20 erreicht, die Maximalgeschwindigkeit sinkt hier auf 0,14 m/s. In der Clipautomaten-Konfiguration kommt der Trommelmotor Intelldrive mit einer Nennleistung von 140 W und einer Spitzenleistung von 376 W und mittlerer Geschwindigkeit zum Einsatz. Seine Stellsignale erhält er über analoge 0–10 V Schnittstelle vom Servoregler des Hauptantriebs. Alternative Anschlussvarianten stehen für serielle Schnittstellen (RS-232 und RS 422), Profibus, Devicenet, CAN und Ethernet zur Verfügung. Die interne Geschwindigkeits- und Positionierkontrolle regelt das erreichen der Stellbefehle selbständig. Die Möglichkeit, auch langsame Starts und Stopps zu Regeln ist Vorrausetzung für den verrutschfreien Transport von Gütern. Die Parametrierung der IEC-61131–3 konform steuerbaren Motoren ist via PC möglich. Das passende Softwaretool liefert Interroll hierzu direkt mit.

Die Trommelmotoren sind für Anwendungen ausgelegt, bei denen für Servomotoren vergleichsweise lange Wege mit mittleren Anfahr- und Höchstgeschwindigkeiten, mittleren Kräften und bis zu 1 mm Genauigkeit gefordert sind. Typische Anwendungen sind deshalb die dynamische Fördertechnik mit Gurten oder Modulbändern zum Transport von Waren aller Art. Sie sind hinter und in Anlagen zu finden, bei denen schnelle Stopp- und Anfahrvorgänge üblich sind: Pick & Place Anlagen, Schneidemaschinen, Verpackungsmaschinen, Materialvorschübe, Bandwaagen, Förderstrecken an dynamischen Weichen, Hubtische oder Ausschleuser.

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Forschungsvereinigung Antriebstechnik