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Inbetriebnahme einer Maschine? Immer ein spannender Moment. Wie relaxt das mit Servoantrieben funktionieren kann, zeigen eine vollautomatische Butter-Abfüllanlage und ein Kartonaufrichter des Maschinenbauers WAL Mess- und Regelsysteme.

Die oldenburgische WAL Mess- und Regelsysteme GmbH entwickelt und produziert Messanlagen und Steuerungen für den industriellen Einsatz. Den Schwerpunkt liegt auf der Messung und Regelung physikalischer Größen. WAL stellt auch kundenspezifische Lösungen für die Lebensmittelindustrie her – wie beispielsweise eine vollautomatische Abfüll- und Verpackungsanlage für Butter, Pflanzenfette und weitere pastöse Lebensmittel. Sowohl in der Butterverpackung selbst als auch bei einem Zusatzmodul der Anlage, einem Kartonaufrichter, setzt WAL Servoantriebe von Yaskawa ein.

In der vollautomatischen Butterabfüll- und Verpackungsanlage lassen sich große Buttereinheiten zu je 25 kg abfüllen und verpacken. Dafür führt die Anlage der Füllposition einen leeren Karton zu, der dann innen mit Folie ausgeschlagen und befüllt wird. Mit einem Antrieb werden die Folien hierfür von einer Rolle abgezogen, die benötigte Länge abgeschnitten und um den Füllkopf gelegt. Anschließend fährt der Füllkopf zusammen mit der Folie in den Karton. Wird die Butter durch das Füllrohr in den Füllkopf gepumpt, so „schwimmt“ dieser auf der Butter auf.

Bei der Konstruktion der Maschine musste WAL besonders auf Kriterien wie Hygiene und Langlebigkeit achten. Einfach zu reinigende Innenbereiche oder ein vollautomatisches CIP (Cleaning in Place) aller produktberührenden Bauteile sowie die Innen- und Außenreinigung des Füllkopfes waren gefordert. Ein modularer Aufbau der Anlage erlaubt kurze Inbetriebnahme und einfache Erweiterung. Die motorbetriebene Folienzuführung sorgt durch ein gleichmäßiges Abrollen ohne Nachlauf und mit exakter Folienlänge für zuverlässige Verpackung. Den Abzug der Folie übernahm früher ein Schrittmotor. Wurde dieser nicht regelmäßig gewartet, kam es in etlichen Fällen zu Störungen.

Schwierig war auch, dass der Schrittmotor bauartbedingt nur im Stillstand sein maximales Drehmoment erreichte, bei steigender Drehzahl das Drehmoment aber abnahm. Für den Folienzug war mehr und mehr eine Dynamik nötig, die der Schrittmotor nicht bieten konnte. Ein Servoantrieb war nun für das Retrofit der Maschine gefragt. Mathias Willner, Technische Leitung bei der WAL Mess- und Regelsysteme GmbH, einigen der Kriterien: „Wir vertreiben unsere Anlagen nicht nur in Europa, sondern auch in den USA. Daher war eine wesentliche Anforderung an den neuen Servoantrieb, dass dieser sowohl Profinet als auch Ethernet/IP als Kommunikationsmedium unterstützt.“ Die Lösung hat WAL mit Sigma-7 von Yaskawa gefunden.

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Egal ob die Butterabfüllanlage in Europa oder den USA eingesetzt wird, immer ist derselbe AC-Servomotor verbaut, nur der Servoverstärker wird mit der jeweils benötigten Busschnittstelle ausgewählt. „In manchen Ländern hatten wir Probleme mit unsauberer Netzspannung. Das war für den Schrittmotor eine echte Herausforderung“, so Willner. „Die Servoantriebe dagegen laufen auch bei schwankenden Netzspannungen zuverlässig.“

Passend zur Butterabfüllanlage bieten die Oldenburger einen neu entwickelten Kartonaufrichter als Anlagenmodul an. Hier werden pro Minute bis zu 12 Faltkartons vollautomatisch einem Magazin entnommen, aufgerichtet, die gefaltete Bodenlasche mit Klebeband verschlossen und der Karton an die Füllstation übergeben. Wegen der hohen geforderten Taktzahlen fiel die Wahl von vornherein auf Servoantriebe. „In diesem Anlagenmodul haben wir ebenfalls zwei Sigma-7-Antriebe im Einsatz“, berichtet Willner, „weil uns beim Retrofit an der Butterabfüllanlage sowohl der Sigma-7-Servoantrieb als und die Zusammenarbeit mit den Yaskawa-Mitarbeitern überzeugen konnte.“

Die Intelligenz steckt im Servoverstärker. Funktionen wie etwa Vibrationsunterdrückung, Resonanzfilter und Rippel-Compensation sind unabhängig von der übergeordneten Steuerung verfügbar.

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

Wie gut ein Antrieb ist, hängt auch davon ab, ob er sich einfach in Betrieb nehmen lässt. Yaskawa hat hierfür die Tuning-Less-Funktion entwickelt. Hierbei passt der Servoverstärker selbständig und kontinuierlich seine Reglerparameter an die aktuelle Situation an. Das erlaubt den sofortigen Betrieb des Antriebs ohne aufwendige Parametrierung oder spezielle Kenntnisse der Regeltechnik. Matthias Willner: „Wir hatten alles gut vorbereitet, also die mechanischen Schnittstellen für den Motor durch entsprechenden Adapterbau und natürlich auch die Ansteuerung über die jeweiligen Protokolle. Die Integration selbst war dann bei der Butterabfüllanlage innerhalb eines halben Tags erledigt.“ Auch beim Kartonaufrichter war die Integration der Antriebe in weniger als einem Arbeitstag abgeschlossen.

* Dipl.-Ing. (FH) Martin Hoop, Technical Sales Support bei Yaskawa Europe, Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll, RB Stutensee

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