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Intelligente Transportsysteme : Ausgabe 01/2017, 19.04.2017

Verpackungstechnik auf der Überholspur

Die Nahrungs- und Genussmittelindustrie ebenso wie die Kosmetikindustrie und andere fordern eine immer höhere Bandbreite an Verpackungsvarianten. Verpackungslinien mit herkömmlicher Servotechnik können diese Anforderungen nur noch bedingt kosteneffizient umsetzen. Intelligente Transportsysteme mit unabhängig voneinander agierenden Shuttles ermöglichen mehr Flexibilität in der Produktion.

Bilder: B&R

«Jeder Hersteller von Verbrauchsgütern stellt unterschiedliche Produkte her und setzt dafür verschiedene Verpackungen, Gebinde und Transportverpackungen ein», erklärt Maurizio Tarozzi, Global Technology Manager Packaging bei B&R. «Daher müssen Maschinen- und Anlagenbauer flexible Produkt- und Verpackungswechsel ermöglichen.»

Bis zu einem gewissen Grad schaffen das die meisten modernen Maschinen. Allerdings macht jede zusätzliche Option eine Maschine komplexer, während die Effizienz sinkt und letztlich die Gesamtbetriebskosten steigen.

Erst kam die Servotechnik…

«Es ist nicht das erste Mal, dass wir einen gros­sen Schritt hin zu flexibleren Verpackungsmaschinen erleben», sagt Tarozzi. Vor einiger Zeit sind die Maschinenbauer von mechanischen Kurvenscheiben auf Servotechnik umgestiegen. Die Nachfrage nach Flexibilität und höherer Gesamtanlageneffektivität (OEE) steigt immer weiter. «Nun ist es an der Zeit, den nächsten Evolutionsschritt zu machen», ergänzt er.

Es gibt zwei Arten, eine herkömmliche Verpackungslinie zu konstruieren. Zum einen können die Linien mit einem festen Takt arbeiten. Dabei bleibt das Produkt an jeder Station – also zum Beispiel beim Abfüllen, Kleben und Verpacken – stehen. Der Nachteil dieser Methode ist, dass die langsamste Station die Taktzeit vorgibt. Die andere Möglichkeit ist ein kontinuierlicher Prozess, bei dem sich Produkt und Bearbeitungsstation synchron bewegen, wie in einem Abfüllkarussel.

…dann folgten intelligente Transportsysteme

Bei herkömmlicher Servotechnik kann nur eines dieser beiden Prinzipien eingesetzt werden. Es ist nicht möglich, die Vorteile beider Ansätze gleichzeitig zu nutzen. An dieser Stelle kommen intelligente Transportsysteme ins Spiel, die auf Langstator-Linearmotoren basieren. Diese Systeme bestehen aus einem Motorstator in Form eines ovalen Tracks und einer beliebigen Anzahl an Shuttles. In der modernsten Ausprägung dieser Technologie werden die Shuttles magnetisch am Track gehalten und elektromagnetisch angetrieben.

«Der grosse Vorteil ist, dass sich alle Shuttles unabhängig voneinander bewegen lassen», sagt Tarozzi. Der entscheidende Unterschied: Die Shuttles können sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, anhalten und rückwärtsfahren.

Taktzeiten reduzieren

Geschwindigkeit und Beschleunigung passen sich dem jeweiligen Produktionsschritt an. Diese Entkopplung von Produkt, Prozess und Mechanik eröffnet neue Möglichkeiten in der Flexibilität und Produktivität. Die Shuttle-Bewegung lässt sich als Achse eines CNC-Verbundes oder einer Roboterapplikation nutzen.

Durch die hohe Flexibilität und Dynamik der Shuttle-Bewegungen können intelligente Transportsysteme die Taktzeiten beim Verpacken deutlich reduzieren, in einigen Fällen sogar halbieren. «Wenn wir den Prozess vom mechanischen Design entkoppeln, wird das Bewegungsprofil ausschliesslich vom jeweiligen Produkt bestimmt und nicht von den physikalischen Grenzen der Maschine», sagt der Manager.

Obwohl sich also die Produktionsgeschwindigkeit mit intelligenten Transportsystemen merklich erhöht, muss man den eigentlichen Verpackungsprozess nicht verändern. Die Transportsysteme optimieren lediglich den Transport zwischen den einzelnen Schritten des Prozesses. «Entscheidend ist, dass mit intelligenten Transportsystemen asynchrone Prozesse synchronisiert werden», sagt Tarozzi. «Zahlreiche Produktionsschritte mit unterschiedlichen Bearbeitungszeiten ergeben einen kontinuierlichen Prozess.»

Schnelles Umrüsten, hohe Verlässlichkeit, transparente Kosten

«Eine hohe Produktionsgeschwindigkeit ist ein wichtiger Faktor, aber für eine hochflexible Produktion mit hoher Gesamteffektivität müssen auch die Umrüstzeiten minimiert werden», erklärt Tarozzi. Intelligente Transportsysteme ermöglichen schnelles Umrüsten auf zweierlei Art: Einerseits entfällt ein Grossteil der manuellen Umrüstarbeit, da die notwendigen Anpassungen automatisch von der Software vorgenommen werden. Andererseits lassen sich die Shuttles sehr leicht zum Track hinzufügen oder von diesem entfernen.

Intelligente Transportsysteme können zudem den Aufbau einer Maschine oder Anlage wesentlich vereinfachen. Wenn sie motorbetriebene Förderketten und -bänder sowie Getriebe ersetzen, treten einfache und effektive Softwareprofile an die Stelle mechanischer Lösungen. Die Wartungskosten werden minimiert. «Manche Maschinen- und Anlagenbauer schrecken davor zurück, neue Technologien einzusetzen, da die Implementierungskosten häufig schwer vorauszusagen sind», sagt Tarozzi. Beim intelligenten Transportsystem von B&R ist das anders. Es gibt ein umfangreiches Simulations-Tool, das auch synchronisierte Roboter einbezieht.

Optimierte Anlageneffizienz

Dieses Werkzeug simuliert, wie der Track aussehen muss, um den bestehenden Verpackungsprozess mit einem intelligenten Transportsystem umzusetzen. Maschinenbediener können exakt berechnen, wie lang der Track sein muss und wie viele Shuttles nötig sind. Das Simulations-Tool lässt sich auch für eine virtuelle Inbetriebnahme nutzen. «Das macht es sehr einfach, die Anlageneffizienz mit intelligenten Transportsystemen zu verbessern», schliesst Tarozzi. 

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Intelligente Transportsysteme ermöglichen mehr Flexibilität in der Produktion


Die magnetischen Shuttles lassen sich einfach zum Track hinzufügen oder von diesem entfernen


Maurizio Tarozzi, Global Technology Manager Packaging, B&R: «Es ist an der Zeit, den nächsten Evolutionsschritt zu machen»