Komplettantriebe Flexibles Antriebskonzept optimiert Verschließer

Ein Blick in den Getränkemarkt bestätigt: wohl nirgends geht es dynamischer zu. Flaschen in unzähligen Varianten und Inhalten. Produkte, Verpackungen und kürzere Produktlebenszyklen,

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SAB Bröckskes GmbH & Co KG

FAULHABER Antriebssysteme

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Ein Blick in den Getränkemarkt bestätigt: wohl nirgends geht es dynamischer zu. Flaschen in unzähligen Varianten und Inhalten. Produkte, Verpackungen und kürzere Produktlebenszyklen, all das fordert seinen Tribut auch beim Maschinenbauer. Aktuelles Beispiel sind Verschließer von Flaschen. Beim Abfüllen der Flaschen kommt es an auf das optimale Drehmoment, die richtige Drehgeschwindigkeit und die ausgewogene Kombination von Flaschenwerkstoff und Verschlusswerkstoff. Wer hier Produktionskapazität und Präzision steigern will, der muss auf höchste Flexibilität bei den Materialkombinationen von Flasche und Verschluss setzen sowie auf ein Gesamtsystem verwenden, das ganz einfach installierbar ist. Die Krones AG, führender Systemlieferant bei Getränkeabfüll- und Verpackungsmaschinen, hatte die Aufgabe, bessere Flexibilität und höhere Produktionsgeschwindigkeit bei gleichzeitig sinkenden Systemkosten zu lösen. Eng arbeitete das Unternehmen dabei mit dem Antriebsspezialisten Danfoss zusammen. Gemeinsam entwickelte man einen Verschließer weiter. Krones steuerte die mechanische Lösung bei, während Danfoss für die gesamte Antriebstechnik verantwortlich zeichnete.

Nutzten Verschließer bisher zum Einhalten eines bestimmten Drehmoments beim Aufschrauben der Verschlusskappe auf die Flasche meist eine Hysteresekupplung, so stößt diese Lösung bei maximaler Kapazität an ihre Grenzen: Es besteht Überhitzungsgefahr. Flexibler und komfortabler lassen sich Flaschen mit einer Vorrichtung verschließen, die auf Direktantriebe setzt. Dabei handelt es sich um angepasste Direktantriebssysteme auf Basis eines individuell entwickelten Servos mit integrierter Motorelektronik und einer übergeordneten Steuerung.

Weil der Verschließer im aseptischen Bereich der Abfüllanlage arbeitet, muss er sich zudem gut reinigen lassen. Und: Krones wünschte sich wegen der kompakten Abmessungen innerhalb der Anlage ein entsprechend kompaktes und schlankes Motordesign. Der für den Verschließer von Danfoss entwickelte runde Motor misst lediglich 60 mm im Durchmesser. Er ist komplett aus Edelstahl gefertigt und lässt sich durch Schaum- und Sprühdesinfektion reinigen. Die Motorelektronik ist in Achsrichtung auf den Motor aufgesetzt. Weil die Anlage laufend zu reinigen ist, verzichtete man auf Steckverbinder am Motor. Den Antrieb gibt es fertig verdrahtet mit vorkonfektionierten Kabeln hoher Biegefestigkeit und mechanischer Belastbarkeit.

Zum Einsatz kommen hochpolige, permanenterregte Synchronservomotoren aus dem Kompaktservoprogramm von Danfoss-Bauer. Und: Weil der Antriebsspezialist zugleich auch Leistungsmodule und Elektronik fertigt, so kann er dank der dänischen Elektronikfertigung komplette Motoren mit eigengefertigten spezifischen Elektronikkomponenten, Leistungsmodulen von Danfoss Silicon Power und das entsprechende Rückführsystem bieten.

Weil sich das Drehmoment allein mit dem Messen des Stroms bestimmen oder vorgeben lässt, kann eine ansonsten übliche Rastkupplung entfallen. Für den Anwender bedeutet das größtmögliche Flexibilität bei der Auswahl der Werkstoffe, weil er je nach Kombination der Materialien für die Flaschen und den Verschluss das optimale Drehmoment und die richtige Drehgeschwindigkeit je nach Gewindeneigung vorgeben kann. Das permanente Dokumentieren innerhalb des Servosystems sichert die Datenverfolgung und das Erfassen der Aufdrehwerte.

Zum Steuern der Antriebe entwickelte Danfoss einen Masterrechner als übergeordnete Steuerung. Dieser versorgt die mit dezentraler Intelligenz ausgestatteten Einzelantriebe mit den erforderlichen Produktionsdaten. Für eine optimale Integration ist die Platine rund ausgeführt und ein Bussystem ist dort integriert. Das Bussystem kommuniziert über verschiedene, parallel am Masterrechner angeschlossene Stränge, über die sich jeweils mehrere Servoantriebe mit Informationen versorgen lassen. Die Antriebe sind dezentral steuerbar, und zwar über die integrierte Motorelektronik.

Das Besondere an der Lösung ist, dass die Motoren mit vorkonfektionierten Leitungen verkabelt sind, die bereits ab Werk fest montiert sind. Im runden Gehäuse des Masterrechners herrscht ein geringer Überdruck, der das Eindringen von störenden Verunreinigungen verhindern hilft. Alle Motoren lassen sich an das in der Hauptplatine des Rechners integrierte Bussystem anschließen. Dabei sind die Anschlüsse so ausgeführt, dass sich der Überdruck über den Kabelmantel bis hin zum Motor erstreckt. Dies schützt zusätzlich gegen das Eindringen von Reinigungsmedien in Motor und Kabelstrang.

Die Komponenten, einschließlich der vorkonfektionierten Kabel und Motoren, teste man vor dem Ausliefern. Damit erübrigen sich weitere Tests während der Installation und typische Fehlerquellen werden vermieden. Weil bereits vorhanden, lässt sich kein Kabel falsch anschließen.

Eine Lösung wie diese eröffnet neue Wege für eine Vielzahl von Anwendungen. Das unabhängige Steuern der einzelnen Motoren und das präzise Überwachen des Drehmoments verhindert Ausfälle durch zerstörte Gewinde und gewährleistet, dass sich Flaschen dicht verschließen und trotzdem wieder leicht öffnen lassen. Und es gibt noch einen Zusatznutzen: Der Wegfall von Kommunikationsbedarf für Programminformationen eröffnet ein großes Leistungspotenzial für eine effektive Maschinensteuerung. Und was für Getränkeabfüllmaschinen eine effiziente Steuerungsmöglichkeit ist, das ist auch auf andere Fälle übertragbar. Dezentral gesteuerte Direktantriebe können die Flexibilität auch in anderen Branchen – die ebenfalls mit besonders kurzen Produktlebenszyklen leben müssen – wesentlich erhöhen.

Danfoss

Tel. +49(0)69 89020

Krones

Tel. +49(0)9401 700

Gerhard Vogel, Verkaufsleiter Food & Beverage, Danfoss, Offenbach.

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