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01 Ein Anwendungsbeispiel für besondere Antriebe sind Rotationsmaschinen zur Etikettierung oder aber auch Verschließung von Flaschen

Servotechnik für Karussellmaschinen

02 Drehübertrager in Edelstahlausführung können Strom und verschiedene Signale übertragen; sie finden in zahlreichen Verpackungsmaschinen, unter anderem in der Getränke- und Lebensmittelindustrie, Verwendung

03 Gehäusematerial und Schutzart von kombinierten Drehübertragern lassen sich an die jeweiligen hygienischen und chemischen Anforderungen anpassen. Für Anwendungen mit explosiven Füllgütern sind bei A-Drive auch Schleifringe in Atex-Ausführung erhältlich

04 Servomotoren (im Bild die Baureihe Pegasus) sorgen zum Beispiel bei Rotationsmaschinen zur Etikettierung oder Verschraubung von Flaschen für einen zuverlässigen und präzisen Antrieb

Energie- und umweltfreundliche Servoantriebe übernehmen in schnellen Verpackungsmaschinen immer neue Aufgaben. Bei Karussellmaschinen zum Beispiel sind die Antriebe typischerweise auf der Drehscheibe selbst installiert und sollten daher möglichst leicht und kompakt sein. Zudem müssen Flüssigkeiten, Druckluft, die erforderliche elektrische Leistung und alle Signale auf das Karussell übertragen werden. Um die Kosten für Bauteile und Installation möglichst gering zu halten und gleichzeitig die Leistung zu steigern, sind intelligente Lösungen gefragt. Das Systemhaus für Antriebstechnik A-Drive Technology bietet passende Produkte für spezielle Aufgaben in modernen Verpackungsmaschinen.

Ob Käse, Kopfschmerztabletten oder Apfelsaft – im Regelfall gelangen alle Konsumgüter in einer individuellen Verpackung zum Endverbraucher. Lebensmittel werden so vor schnellem Verderb bei Transport und Lagerung geschützt, gleichzeitig werden die Produkte attraktiv und bedarfsgerecht dargeboten. Um die Prozesse der Verpackung möglichst automatisiert durchführen zu können, sind optimale Werkstoffe, Maschinen und Technologien erforderlich. Dabei ergeben sich jedoch eine Reihe spezieller Anforderungen. So müssen die Verpackungen beispielsweise möglichst leicht sein, damit die Transportkosten niedrig bleiben. Außerdem existieren gerade im Lebensmittelbereich zahlreiche Vorschriften und Standards, die eingehalten werden müssen. Und darüber hinaus gewinnen Themen, wie Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit, an Bedeutung. Entsprechend vielfältig und spezialisiert sind die Maschinen und Materialien, die für die Verpackungen von Konsumgütern jeglicher Art zum Einsatz kommen. Alle diese unterschiedlichen Geräte haben jedoch einen kleinsten gemeinsamen Nenner: Fast immer kommen kombinierte Drehübertrager zum Einsatz, die je nach System Strom, verschiedene Signale oder auch Flüssigkeiten übertragen. Die Produkte aus dem Sortiment von A-Drive finden in zahlreichen Verpackungsmaschinen, unter anderem in der Getränke- und Lebensmittelindustrie, Anwendung.

Hygienisch einwandfrei abfüllen
Das Abfüllen, zum Beispiel von Lebensmitteln und pharmazeutischen Produkten, muss in einer sterilen Umgebung erfolgen. Dementsprechend müssen die Drehübertrager gewisse Grundvoraussetzungen erfüllen. So müssen die verwendeten Bauteile leicht zu reinigen sein und eine hohe Dichtigkeit aufweisen. Je nach chemischer Aggressivität der Füllgüter sowie der eingesetzten Reinigungsmittel sollten die Gehäuse zudem in hochwertigen Materialen ausgeführt sein. Welche Schleifringe aber schlussendlich zum Einsatz kommen, hängt auch hier ganz von der Art der Maschine ab. Das Befüllen mit Flüssigkeiten kann auf viele unterschiedliche Arten erfolgen. Soll es schnell gehen, eignen sich besonders Karussellmaschinen (Bild 1). Hier werden die Behältnisse in einem kontinuierlichen Ablauf gereinigt, befüllt, verschlossen und etikettiert. Durch die geometrische Anordnung und den Durchmesser des Karussells erfolgen die Prozessschritte in einer effizienten zeitlichen Abfolge und erzeugen den für diesen Maschinentyp charakteristisch hohen Ausstoß. Vor dem Befüllen der Flaschen müssen diese gereinigt und vielfach sterilisiert werden. Zur Flaschenreinigung kommen Spülmittel und Wasser zum Einsatz. Zum Trocknen werden die Behältnisse üblicherweise mit Druckluft ausgeblasen.

Zuständig für die Ausführung und Überwachung dieser Prozesse sind verschiedene Sensoren. Dabei gilt es, neben der Zufuhr von Luft und den abzufüllenden Flüssigkeiten eine Vielzahl von elektrischen Signalen sowie die elektrische Leistung auf die sich drehende Platte zu übertragen. Durch die Verwendung von Feldbussen für die Datenübertragung verringert sich der Installationsaufwand und die Leistungsfähigkeit der Maschine lässt sich steigern. Dies erfordert Schleifringe, die für die schnelle Datenübertragung von Feldbussen, wie Profibus, CANopen, Profinet, Sercos, Ethercat und anderen, konzipiert sind. Kombinierte Drehübertrager (Drehdurchführungen) (Bild 2) ermöglichen die schnelle Übertragung und Verteilung von Fluiden, Gasen, elektrischer Leistung, Signalen und Daten. Gehäusematerial und Schutzart lassen sich an die jeweiligen hygienischen und chemischen Anforderungen anpassen. Für Anwendungen mit explosiven Füllgütern sind bei A-Drive auch Schleifringe in Atex-Ausführung erhältlich (Bild 3).

Synchroner Lauf von Flaschen zum Etikettieren
Bei Rotationsmaschinen zur Etikettierung oder der Verschließung von Flaschen handelt es sich um spezielle Anwendungen, für die besondere Antriebe benötigt werden. Diese Maschinen bestehen aus einem Karussell, umgeben von einer Anzahl kleiner Drehteller für jeweils eine Flasche. Für die gewünschte Rotation der Flaschen sorgt ein Servomotor (Bild 4), der systembedingt immer die drei entscheidenden Regelkreise Position, Geschwindigkeit und Kraft an Bord hat. Die durch einen Abstandshalter voneinander getrennten Flaschen bewegen sich nach vorne und werden über eine sternförmige Transporteinheit zu den einzelnen Tellern auf dem Karussell befördert. Dabei hält eine spezielle Halterungen, die auf den Deckel drückt, die Flaschen in Position. Das Rotationskarussell befördert nun die Flaschen von der Eingangsposition zunächst zur Etikettierung, danach werden sie über die Transporteinheit abtransportiert. Die Etiketten werden aus einem Vorratsbehälter entnommen, zur Flasche transportiert und zum Schluss auf die Flasche geklebt. Wichtig dabei ist eine perfekte Synchronisation aller Bearbeitungsabläufe. Sämtliche Bewegungen werden über Servomotoren, Treiber und eine Spezialsoftware der Antriebssteuerung generiert. Die meisten der oben genannten Vorrichtungen befinden sich auf dem Karussell und drehen sich gleichzeitig synchron. Möglich machen dies Drehübertrager an der Karussellspindel, durch die Strom, Daten und Feldbussignale von der Basisstation zum rotierenden Karussell gelangen. A-Drive bietet hierfür eine große Auswahl an Produkten, die simultan und in nur einem Modul sowohl elektrischen Strom als auch Daten und Feldbussignale (A und B) übertragen. Dies gilt auch im Fall von hohem Datenaufkommen, wie es beispielsweise Ethercat und Serco III mitbringen. Bei Bedarf ist auch die Übertragung von flüssigen Stoffen zum Karussell möglich. Hierfür sind kombinierte Drehübertrager für Fluide und Elektrik geeignet, die ebenfalls bei A-Drive erhältlich sind.

Komplexe Aufgaben in der Folienverpackung
Zu den klassischen Maschinentypen in der Verpackungsbranche zählen auch Schlauchbeutelmaschinen bzw. Tray- und Flow-Packer, die Folien schneiden, schweißen und kleben. Im typischen Anwendungsfall des Folienschweißens wird der rotierende Schweißbalken über seinen Widerstand aufgeheizt. Die Temperatur wird mittels eines Sensors (Thermoelement) gemessen und über den Strom geregelt. Dies erfordert die Übertragung von Leistung und Signalen. Für diese spezielle Aufgabe eignen sich besonders die gekapselten und eigengelagerten Schleifringe der Baureihe SRC. Durch einen reduzierten Durchmesser baut diese Lösung kompakt. Es werden Drehzahlen bis 600 min –1 erreicht. Die geringere Umfangsgeschwindigkeit erhöht zusätzlich die Lebensdauer auf 10 Mio. Umdrehungen. Mit drei bis acht Spuren, bis zu 40 A und verschiedenen Standardoptionen findet sich immer das passende Produkt für die jeweilige Maschine. Mit diesen Schleifringen lassen sich hohe Bahngeschwindigkeiten erreichen. Auch Ausführungen in höheren Schutzarten sind optional erhältlich. Bei komplexeren Prozessen wie dem Verkleben von Folie werden mehrere Sensoren verwendet. Steigende Geschwindigkeiten der Maschine sowie die Prozessregelung bedingen hohe Übertragungsraten. Hier sind Feldbusse zur Datenübertragung gefragt. Die Schleifringe der Baureihe SRC sind für alle gängigen Feldbusse einsetzbar. Für schnelle Datenübertragung wie Sercos III mit bis zu 100 Mbit/s sind sie optional in einer in der Schirmung angepassten Ausführung erhältlich. Für raue Umgebungsbedingungen sind auch Varianten mit AL-Gehäuse verfügbar, die die Schutzart IP65 erfüllen. Auch eine Hohlwellenausführung ist möglich. (ih)

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Autor:
Kurt Metz ist Produktmanager Servosysteme bei der A-Drive Technology GmbH. kmetz@a-drive.de