Dezentrale Servoantriebe

Andreas Mühlbauer,

Die Luft muss raus

Der Onlinehandel boomt. Standardisierte Kartonagen sind allerdings oft zu groß, wodurch auch jede Menge Luft transportiert wird. Um das Volumen zu reduzieren, hat ein Verpackungsspezialist eine technische Lösung entwickelt. Das Unternehmen setzt dafür zentrale und dezentrale Servoantriebstechnik ein. 

Messerverstellung mit den Kleinspannungsantrieben ELVCD und Elektrozylindern CMS. © SEW-Eurodrive / Opitz

Mehr als 50 Prozent sollen es sein, die in Versandpaketen nicht aus der eigentlichen Ware, sondern aus Luft und Füllmaterial bestehen. Die Situation ist bekannt und täglich spürbar. Spätestens wenn der Paketdienst mit der Bestellung vor der Tür steht, kommt nach der Freude über die Lieferung die nervige Aufgabe, die Bestandteile der Verpackung und Füllmaterialen fachgerecht zu entsorgen.

Opitz Packaging Systems in Kalefeld bei Göttingen hat den Volumen-Reduzierer Vario 558 entwickelt, um standardisierte Faltkartonagen anzupassen. Die Vorrichtung trennt Standardkartons an den Seiten auf, damit sie sich niedriger verschließen lassen. Weil die Schnitttiefe abhängig vom Produkt variabel gestaltet sein muss, ist präzise und dynamische Servotechnik gefragt. Die im Online-Handel häufig viel zu großen Versandkartons unterschiedlicher Breiten werden auf ein Minimum reduziert. Dafür misst in der ersten Station eine Kamera oder ein Ultraschallsensor die Höhe des Produktes im Karton und ermittelt daraus Falzhöhen beziehungsweise die Tiefe der Einschnitte an den vier Ecken des Kartons. Die Höhe des Produkts und die variable Kartongröße entscheiden dabei immer wieder neu, wie tief geschnitten wird und an welcher Position die Messer der Vario 558 in den Ecken der Standardkartons stoppen müssen. Im weiteren Verlauf werden die Kartonlaschen entlang vorbereiteter Horizontalrillen nacheinander eingefaltet, von einem Niederhalter auf der richtigen Höhe fixiert und schließlich verschlossen.

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Versandpakete sind oft viel größer als das eigentliche Produkt. © SEW-Eurodrive / Opitz

Opitz ist Experte für Nassklebetechnik, die im Unterschied zu Kunststoffklebebändern wichtige Versiegelungsfunktionen erfüllen kann. Diese Eigenschaft ist gerade bei hochpreisigen Produkten wichtig, weil so der unerlaubte Griff ins Paket verhindert oder zumindest sichtbar wird. Die Besonderheit des Volumen-Reduzierers ist, dass sie Kartons unterschiedlicher Kartonbreiten verarbeiten kann.

Bei den Bewegungsabläufen in der Vario 558 nutzt Opitz aufgrund der hohen Ansprüche an Präzision und Dynamik Servotechnik in einem Mehrachsverbund. Diese Motion-Control-Lösung wurde gemeinsam mit SEW-Eurodrive auf Basis des Automatisierungsbaukastens Movi-C entwickelt. Mit der Komplettlösung für Automatisierungsaufgaben ließ sich die Maschine mit einem maßgeschneiderten Mix aus zentraler und dezentraler Antriebstechnik realisieren, ohne Kompromisse bei der Integration oder den Schnittstellen eingehen zu müssen.

Die Schaltschränke werden kleiner

Die Faltkisten werden optimiert, um mit minimalem Volumen das Maximum an rationeller Verpackung und Sicherheit zu erzielen. © SEW-Eurodrive / Opitz

Für die stationären Aufgaben verwendete SEW-Eurodrive die neuen Movi-C-Doppelachsmodule. Sie treiben das Schneidportal sowie den Materialfluss innerhalb der Maschine an. Der Einsatz von Doppelachsmodulen, die als Mehrachssystem für optimale Energieeffizienz über den DC-Zwischenkreis miteinander verbunden sind, macht die Installation deutlich schlanker und reduziert zusätzlich die erforderliche Schaltschrankfläche. „Der Schaltschrank ist spürbar kleiner geworden. Platz ist ein Dauerthema bei unseren Kunden; er ist eigentlich immer knapp“, erläutert Inhaber Günther Opitz.

Ein weiteres Thema ist die Energieeffizienz. Deshalb sind die einzelnen Abläufe zeitlich aufeinander abgestimmt. Beispielsweise fahren die Hubwerke nie gleichzeitig hoch, um die Stromaufnahme zu begrenzen. Der zeitliche Versatz führt vielmehr dazu, dass die beim Absenken erzeugte Brems-energie an der einen Stelle für das Anheben an einer anderen Arbeitsstation Verwendung findet. Folglich spart dieser Verbund Energie und kappt Lastspitzen.

Günther Opitz, Geschäftsführer und Inhaber von Opitz Packaging Systems. © SEW-Eurodrive / Opitz

Für den Schneidprozess nutzt Opitz dezentrale Kleinspannungsantriebe CMP ELVCD (Extra Low Voltage Compact Drive). Ihre Aufgabe: die lineare Einstellung der Messerpositionen in Verbindung mit servomotorisch angetriebenen Elektrozylindern. Diese Lösung zählt zu den wesentlichen Ergebnissen der Zusammenarbeit von Opitz und SEW-Euro-drive bereits in der frühen Phase des Engineerings und der Auslegung der Antriebe. Die Programmierung der Bewegungsfunktionen innerhalb von Movi-C gestaltete sich nach Erfahrung des Programmierers Helge Sünnemann sehr komfortabel: „SEW macht einem das Leben sehr leicht – gerade mit den vorgefertigten Bausteinen, die ich nur noch beschalten muss. Das spart viel Zeit.“

Weniger Kabel durch dezentrale Technik

Blick in das Innere des Volumen-Reduzierers Vario 558. © SEW-Eurodrive / Opitz

Durch die dezentrale Servotechnik sinkt zunächst der komplette Verkabelungsaufwand spürbar, weil keine Leitungen zwischen Schaltschrankumrichter und Motor notwendig sind. In diesem Fall wären Schleppketten unvermeidbar gewesen. Diese jedoch sind verschleißbehaftet, erhöhen den Reibwiderstand und die Massenträgheit sowie den benötigten Einbauplatz in der Maschinenkonstruktion. Die auf den Portalen mitfahrenden Kleinspannungs-Servoantriebe ELVCD wiegen hingegen wenig, haben ausreichend Leistung und werden über einen durchgeschleiften Energie- und Kommunikationsbus versorgt.

Mit dieser Architektur erschließen sich für Opitz Packaging Systems sehr gute Möglichkeiten, Verpackungslösungen modular zu konzipieren. Der Einsatz dezentraler Servoantriebe macht hier den Weg frei, weitere Antriebe in den Verbund zu bringen, ohne dabei die generelle Installation in Frage zu stellen oder den Schaltschrankplan anfassen zu müssen. „Wir haben Luft für den Einbau weiterer Achsen“, fasst der technische Leiter Florian Ahlert zusammen.

Der Blick in den Volumen-Reduzierer zeigt die Vorteile, die sich mit einem durchgängigen System aus zentraler und dezentraler Antriebstechnik erzielen lassen. Der Automatisierungsbaukasten Movi-C bereitet auch den Weg für künftige Anwendungen durch moderne Kommunikationsschnittstellen sowie Modularität und Offenheit für Erweiterungen der Maschinen in Richtung Komplettanlage.

Stefan Kattner, SEW-Eurodrive, Technisches Büro Kassel / am

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