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Servomotor

Wie Servomotoren helfen, Produktionsanlagen flexibel zu gestalten

| Autor/ Redakteur: Carolin Ank, Jörg Mückeley / Ute Drescher

Flüssigkeiten mit wechselnder Viskosität punktgenau und prozesssicher dosieren – diese Herausforderung löst die Harro Höfliger GmbH mit Kleinservoantriebssystemen von Wittenstein Cyber Motor – aus gutem Grund.

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Harro Höfliger hat mittlerweile eine ganze Reihe von Produktformungsmaschinen mit …
Harro Höfliger hat mittlerweile eine ganze Reihe von Produktformungsmaschinen mit …
(Bild: Wittenstein SE)

Harro Höfliger bietet Hightech-Verpackungsanlagen, Prozesslösungen und Services rund um die Produkte seiner Kunden. Das Unternehmen im baden-württembergischen Allmersbach ist mit etwa 1300 Mitarbeitern, einer Betriebsleistung von 259 Mio. € im Jahr 2018 und einem Exportanteil von 80 % einer der weltweit führenden Verpackungspartner der Pharma- und Medizintechnik, der Chemieindustrie und der Nahrungsmittel- und Consumer-Goods-Branche. Aufbauend auf einem großen Portfolio an Standardmaschinen und Plattformtechniken entwickelt und fertigt das Unternehmen individuelle und wirtschaftlich effiziente Verpackungslösungen – „Für einzelne Prozessschritte ebenso wie für komplette Produktionslinien“, wie Hubert Rypalla, Projektleiter bei Harro Höfliger, erläutert.

Als Anbieter von kundenspezifischen Maschinen und Anlagen ist das Unternehmen dabei in fast jedem Kundenprojekt gefordert, kreative Lösungen für Teilprozesse der Herstellung und Verpackung unterschiedlichster Produkte zu finden. Dies verdeutlicht Hubert Rypalla am Beispiel einer Produktformungsmaschine für Spülmittelpads: „Hier mussten wir eine Dosierlösung finden, um eine flüssige Komponente einzubringen". Trotz erhöhter Viskosität des Mediums sollte diese Lösung mit Blick auf die Produktsicherheit und die Reinigungs­eigenschaften der Pads punktgenau und prozesssicher dosieren.

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Gefordert wurde zudem aufgrund des knappen Montageraums eine kompakt bauende, leistungsdichte Lösung, die auch den korrosiven Einflüssen durch das Dosiermedium und regelmäßigen Anlagenreinigungen Stand hält. „Wichtig war schließlich die Möglichkeit per Internet auf die Dosierstationen zugreifen zu können“, hebt Hubert Rypalla hervor – ein verständlicher Aspekt, denn vier von fünf Harro-Höfliger-Anlagen werden im Ausland und häufig in Übersee betrieben. Der Zugriff über das Netz vereinfacht Service und Instandhaltung.

Kleinservoantriebe steuern Dosierschnecken

In zwei Dosierstationen der Produktformungsmaschine für Spülmitteltabs kommen Inox-Kleinservoantriebe der Cyber Dynamic Line in Baugröße d40 (Außendurchmesser in mm) und Übersetzung i=30,67 sowie kompakte Servoregler der Cyber Simco Line SIM2010D in Schutzart IP20 mit Profinet-Schnittstelle zum Einsatz. „Voll-Edelstahl deshalb, weil die Spülmittelsubstanzen bei einem Pro­duktaustritt korrosiv auf Oberflächen einwirken und weil die Anlagen zudem von außen gereinigt werden“, so Hubert Rypalla. „Da ist es natürlich ein großer Vorteil, dass das Getriebe komplett – also ohne Dichtung zum Motor hin – in das Edelstahlgehäuse integriert ist.“

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Antriebslösungen individuell skalieren schafft Performance-Sicherheit

Im Portfolio der Kleinservoantriebssysteme von Wittenstein Cyber Motor bilden die Servomotoren und Servoaktuatoren der Cyber Dynamic Line zusammen mit Servoreglern der Cyber Simco Line kundenspezifisch konfigurierbare, hochperformante und leistungsdichte Funktionseinheiten. Unterschiedliche Leistungsbereiche der Motor-Getriebe-Einheiten, die auch in korrosions- und hygienegerechten Ausführungen verfügbar sind, sowie intelligente Servoregler mit Webserver-Funktionalität und eine Reihe möglicher Feldbusschnittstellen ermöglichen individuell skalierbare Antriebslösungen mit Performance- und Zukunftssicherheit – beispielsweise in einer Produktformungsmaschine der Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH, auf der täglich sechs Millionen Spülmittelpads produziert werden.

Verbunden sind die Antriebe und Regler mit integrationsfreundlicher und schleppkettentauglicher Einkabeltechnik. Eine Parametrierung ist nicht erforderlich, da sich Motor und Regler über ihr elektronisches Typenschild quasi per Plug-and-play abgleichen und so die Inbetriebnahme einer Anlage deutlich vereinfachen.

Die hohe Stromauflösung des Servoreglers ermöglicht es, die massenträgheitsoptimierten Kleinservomotoren dynamisch und hochgenau anzusteuern. Diese wirken unmittelbar auf die Dosierschnecken, die dadurch ihrerseits bei einer Füllmenge pro Pad von wenigen Gramm eine hohe Dosierpräzision gewährleisten. „Diese wiederholbare Genauigkeit ist sowohl aus Prozesssicherheit als auch mit Blick auf die Produktqualität wichtig“, erläutert Hubert Rypalla. „Prozesstechnisch kann eine Überfüllung der vorgeformten Pad-Unterseite zu Problemen beim Aufbringen und Versiegeln der Folie für die Pad-Oberseite führen. Das Pad ist dann nicht verschlossen und Flüssigkeit tritt aus. Die Pads mitsamt ihrer Spülmittelkomponenten sind damit nicht nur Ausschuss, sondern verschmutzen auch die Anlage, die angehalten und gereinigt werden muss. Produktseitig ist gleichzeitig zu gewährleisten, dass die einzelnen Spülwirkstoffe in der definierten Menge in die Pads eingebracht werden, um das vom Verbraucher erwartete Spülergebnis zu gewährleisten und Produktreklamationen im Handel und beim Hersteller zu vermeiden.“

Anwendertreff Mechatronische Antriebstechnik

Im Fokus des Anwendertreffs Mechatronische Antriebstechnik stehen die mechanischen Komponenten Getriebe, Kupplungen und Bremsen sowie deren Auslegung, Dimensionierung und Zusammenspiel im mechatronischen Gesamtsystem.

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Geeignet für die Anforderungen

Die Produktion der Spülmittel-Pads in kurzen Zügen: In der Vorheizstation wird eine zugeführte Folie erwärmt und per Vakuum in die Kavitäten von Produktionsplatten, die durch die Maschine getaktet werden, angesaugt. Nach einer ersten Pulverdosierung folgen die Liquidstationen, in denen jeweils 20 parallel montierte Kleinservoantriebssysteme als Dosierschneckenantriebe zum Einsatz kommen. Nachdem an Liquidstation 3 eine weitere Komponente zudosiert wurde, wird die Oberfolie zugeführt und die Pads in der Siegelstation verschlossen. Danach wird die Pad-Matte in der Produktionsplatte in Längs- und Querrichtung geschnitten und die einzelnen Pads durch Vakuum-Greifer aus den Kavitäten entnommen.

Das Kleinservoantriebssystem in der Produktformungsmaschine von Harro Höfliger überzeugt in diesem Prozess nicht nur durch seine kompakte, platz- und gewichtssparende Baugröße und die Eignung für höher viskose Medien, sondern auch durch die hohe Dosiergenauigkeit – und durch die Möglichkeit, die Präzision auch getrennt für jede einzelne Dosierschnecke regelungstechnisch zu optimieren. So kann das Austragsverhalten an verschiedene Medienviskositäten angepasst werden. „Wir haben im Servoregler beispielsweise eine kurze Rückdrehung der Schnecke programmiert, so dass ein eventuell sich bildender Produktfaden zwischen Austragsöffnung und Kavität automatisch reißt“, erklärt Hubert Rypalla. „Dadurch wird gleichzeitig eine Überdosierung pro Pad und eine Verunreinigung der späteren Versiegelungsfläche vermieden.“ Unterschiedliche Austragsmengen und Toleranzen einzelner Dosierschnecken können so prozesstechnisch ebenso kompensiert werden wie unterschiedliche Medieneigenschaften. „Der Anwender kann dank der Kleinantriebssysteme sogar verschiedene Produkte auf der Anlage fahren“, so Hubert Rypalla.

Basis für Zusammenarbeit geschaffen

Seit dem ersten gemeinsamen Pionier-Projekt hat Harro Höfliger mittlerweile eine ganze Reihe von Produktformungsmaschinen mit den Kleinservoantriebssystemen von Wittenstein Cyber Motor ausgestattet. Die Verfügbarkeit von Motor und Regler aus einer Hand gewährleistet jederzeit technisch optimale Lösungen ohne Schnittstellenrisiken – und das auch in anderen Applikationen, unter anderem bei der Pulverdosierung oder als Antriebslösung zum Aufschrauben von Verschlusskappen. Unabhängig vom jeweiligen Einsatzfall und Aufstellungsort der Maschine können sich der Maschinenbauer wie auch seine Endkunden auf globalen Support durch das Servicenetz von Wittenstein verlassen – wie kürzlich erfolgreich in den USA praktiziert. Darüber hinaus bietet der integrierte Webserver im Kleinantriebsverstärker die Möglichkeit, für Ferndiagnose und Service direkt auf die Kleinservoantriebssysteme zuzugreifen und so die Maschinenverfügbarkeit hoch zu halten.

Antriebstechnische Komplettlösung

Die Kleinservomotoren mit integriertem Getriebe der Familie Cyber Dynamic Line stehen in den vier Baugrößen 17 mm, 22 mm, 32 mm und 40 mm und in Leistungsbereichen zwischen 32 W und 345 W zur Verfügung. Bereits die Basisversionen bieten ein reinigungsfreundliches Edelstahl-Gehäuse. Varianten im Inox- und im Hygiene-Design überzeugen zusätzlich durch Materialbeständigkeit und Dichtigkeit gegenüber Abfüll- und Reinigungsmedien. Durch ihr geringes Gewicht – die von Harro Höfliger gewählte Baugröße d40 in zweistufiger Ausführung wiegt etwa 800 g – eignen sich die Kleinservomotoren zudem für die Integration in bewegte Maschinenstrukturen: Zum einen vermindern sie die erforderliche kinetische Energie; zum anderen ermöglichen sie eine höhere Dynamik beim Bewegen der Portal-Dosierstationen der Produktformungsmaschine, da weniger Masse beschleunigt und gebremst werden muss.

Der andere Baustein der antriebstechnischen Komplettlösung ist der Kleinantriebsverstärker Simco Drive – entweder als Schaltschrankvariante in IP20 oder als dezentrale Variante mit Schutzart IP65. Mit seiner sehr hochauflösenden Stromregelung und einer schnellen Strommessung bietet der Servoregler höchste Dynamik und Präzision für unterschiedlichste Anwendungen. Die verfügbaren Feldbusschnittstellen Canopen, Ethercat, Profinet RT/IRT, Ethernet/IP, Sercos III und TCP/IP sowie RS232 erlauben die Integration in alle gängigen Steuerungswelten. Die grafische Benutzerschnittstelle MotionGUI des Simco Drive sorgt für die intuitive Führung bei der Inbetriebnahme, der Diagnose sowie im Servicefall. Dadurch können ein Condition Monitoring wie auch Integrations- und Wartungsarbeiten sehr effizient und zeitsparend durchgeführt werden – bei Bedarf auch über den integrierten Webserver. (ud)

SPS 2019: Halle 4, Stand 221

Seminartipp

Die Grundkenntnisse, wie sich Servoantriebe optimal parametrieren lassen und wie die Steuerungs- und Regelfunktionen bei Motion Controllern beherrscht werden, lernen Teilnehmer im Grundlagenseminar Servoantriebe.

* Carolin Ank, Produktmanagerin und Jörg Mückeley, Vertriebsingenieur, beide Wittenstein Cyber Motor GmbH, Igersheim.

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