Automatisierte Verstellung von Abfüllanlagen
14. Sep 2022
Flexible Fülltechnik
Mit „Synonym für Systemtechnik“ charakterisiert sich die Krones AG mit Sitz in Neutraubling bei Regensburg und das kommt nicht von ungefähr. Komplette Abfüllmaschinen und Anlagen werden von Krones entwickelt, gefertigt und an namhafte Kunden der Prozess-, Abfüll- und Verpackungstechnik weltweit geliefert. Seit der Gründung 1951 hat sich Krones zum „Rundum-Partner“ für seine Kunden entwickelt: Maschinenbau, Anlagen-Know-how, Verfahrenstechnik, Mikrobiologie und Informationstechnik werden von Krones miteinander verknüpft.
Ein Beispiel hierfür zeigt sich im Bereich der Fülltechnik. Hier arbeitet Daniel Ludwig, Konstruktionsingenieur, daran, die Abfülltechnik und die Verschließmaschinen mit dem UnitXpress System zu flexibilisieren. Die Rundläufermaschinen füllen typischerweise Wasser und karbonisierte Getränke in klassische PET-Flaschen verschiedener Größe ab.
Nach dem Füllen werden die Flaschen verschlossen, etikettiert und anschließend zu Gebinden mit beispielsweise vier oder sechs Flaschen verpackt. Teilweise erfolgt der Etikettiervorgang bereits vor dem Füllen der Behälter.
Auf dem Weg durch die Abfüllanlage bewegen sich die Flaschen auf sogenannten Teilkreisen, die ineinander übergehen. Dies bedingt eine Führung der Behälter. Zum einen muss gewährleistet werden, dass die Flaschen auf dem Teilkreis gehalten und nicht nach außen, beispielsweise aufgrund von Fliehkräften, abgelenkt werden.
Darüber hinaus ist eine Stabilisierung in Laufrichtung notwendig.
Diese stabilisierenden Führungen nennt man in der Abfülltechnik Garnituren. Verarbeitet ein Abfüllunternehmen mehrere Behälter, so sind häufig aufgrund der unterschiedlichen Geometrien mehrere Sätze Garnituren notwendig. Jeder Garniturensatz wird dann individuell an jede Flasche angepasst.
„Da kommen schnell bis zu 30 Minuten zusammen, bis die komplette Maschine umgerüstet ist.“, beschreibt es Daniel Ludwig, der die Automatisierung dieser Anlage umgesetzt hat. Zum Vergleich: In Krones Rundläufermaschinen werden bei laufendem Betrieb in 30 Minuten bis zu 45.000 Flaschen abgefüllt und verpackt.
Neben dem Zeitaufwand für die Umrüstung kommt es zu zusätzlichem Reinigungsaufwand. Jedes Mal, wenn Mitarbeiter den sensiblen Abfüllbereich betreten, müssen wieder hygienische Bedingungen geschaffen und mögliche Verunreinigungen und Keime entfernt werden.
Zusätzlich werden für die Garnituren Lagerkapazitäten vor Ort benötigt. Denn abhängig wie viele und welche Flaschenformate genutzt werden sollen, muss der Abfüller die entsprechende Menge an Garnituren lagern. Soll eine Maschine also sechs verschiedene Flaschenformate beherrschen sind auch sechs Sets der Garnituren notwendig (z.B. mit verschiedenen Füllmengen 0,33; 0,5; 0,7; 1; 1,5 und 2 Liter).
Automatische Formatwechsel ohne Garnituren
Beim automatisierten System UnitXpress gibt es keine Garnituren und das ausgefeilte Design der Führungen lässt verschiedene Formen der Flaschen zu, z.B. verschiedene Flaschenböden. Durch eine schnelle und automatische Umrüstung lohnt sich im Maschinenbetrieb auch häufiger der Formatwechsel. Der Abfüller kann dann die Losgrößen bedarfsgerecht anpassen und Lagerkapazitäten einsparen. Für Kunden, die mehrere Flaschenformate an einer Anlage abfüllen und häufiger umrüsten, bietet sich eine voll- automatische Maschine an.
Normalerweise werden mehrere Garnituren speziell für jede Flaschenformen ausgelegt. Beim UnitXpress System passt sich eine Garnitur automatisch jeder Flasche an. Durch ihr Design sind sie zu- dem leicht zu reinigen.
„Wenn man die Automatisierungskosten mit den Kosten für die benötigten Garnituren vergleicht, kann sich die automatisierte Maschine schon bei fünf unterschiedlichen Flaschenformaten rechnen. Bei manchen Anlagen bei weniger, bei anderen bei mehr Formaten. Es hängt natürlich immer davon ab, welche Maschinenvarianten beim Kunden im Einsatz sind.“ so Daniel Ludwig über die Wirtschaftlichkeit der Automatisierung.
Flexible Anlagen werden komplett voreingestellt geliefert
Als Lieferant für Systemtechnik ist es für Krones selbst- verständlich, das fertige Programm des Umrüstvorgangs in der Maschinensteuerung zu bereitzustellen. So richtet Krones die Anlage bereits auf die passenden Einstellpositionen für die vorgesehenen Flaschenformate ein. Alle Haltungs- und Führungsvorrichtungen werden bei der Planung und Vormontage voreingestellt und in der Maschinensteuerung abgespeichert. Der Abfüller muss im Betrieb nur daran denken, die Sorte tatsächlich umzustellen und das passende Format per Knopfdruck auszuwählen.
Krones registriert seit Jahren sowohl eine steigende Nachfrage an flexiblen Maschinen als auch an Kundenanfragen, Maschinen nach zurüsten. Gerade wenn sich während der Maschinenlaufzeit neue Flaschenformate ergeben, die bei der Auslieferung der Maschine noch nicht vorgesehen waren, ist die vollautomatisierte Anlage flexibler und es muss lediglich das neue Programm eingelernt werden.
Der Beschaffungs- und Lagerungsprozess für neue Garnituren entfällt. Die automatische Maschine ist somit für künftige Flaschenformate nutzbar.
Flexible Formatverstellung mit Positioniersystemen von halstrup-walcher
Für die automatisierte Anpassung der Garnituren des Fülleraus- laufs setzt Krones auf die Positioniersysteme der 3er Familie von halstrup-walcher. Durch das Baukastenkonzept kann je nach Bau- raum entschieden werden, ob ein PSE mit IP54 oder ein PSW mit IP68 aus Edelstahl eingesetzt wird. Die PSW sind robust, dicht und können auch die Drücke und Reinigungsmittel der automatischen Krones-Schaumreinigung ohne Korrosion überstehen. Bei einem Wechsel der Positioniersysteme innerhalb der 3er Familie ändern sich keine relevanten Anbaumaße und auch die Software bleibt gleich.
„Mit dem Einsatz der PSW konnten wir in der Konstruktion auf komplizierte Einhausungen verzichten und neben dem Material auch Platz sparen. Dort, wo eine Einhausung unkompliziert möglich ist, setzen wir weiterhin PSE ein.“, so Daniel Ludwig über den Einbau der Geräte in der Anlage. „Der Wechsel der Antriebe hat sich durch das Familienkonzept leicht gestaltet. Da bereits eine langjährige Zusammenarbeit mit halstrup-walcher besteht, sind die Software-Komponenten der Antriebe bei den Kollegen in der Programmierung bereits bekannt.
Einfache kundenspezifische Anpassungen der Positioniersysteme
Bei der Auswahl der passenden Geräte für seine Applikation wurde Daniel Ludwig von Michael Rossa unterstützt. Der Vertriebsingenieur bildet die Schnittstelle zwischen Krones und halstrup-walcher. Das mittelständische Familienunternehmen aus Kirchzarten hat sich mit seinen rund 160 Mitarbeitern zu einem verlässlichen Partner für viele Maschinenbauer entwickelt und liefert zahlreiche kundenspezifische Varianten.
Auch die eingesetzten PSW waren mit dem benötigten Drehmoment von 18 Nm noch nicht im Katalog von halstrup-walcher aufgeführt, doch die Anpassung eines PSE zu einem PSW war verlief unkompliziert und schnell. Nicht nur bei der Konstruktion, auch bei der Materialbereitstellung lief die Modifika- tion reibungslos ab: „Wir hatten hier durch den speziellen Werkstoff Edelstahl mehr Probleme erwartet – gerade bei den Lieferzeiten. Aber die Anpassung ging einfach und unkompliziert und die Geräte wurden schnell und zuverlässig geliefert.“ beschreibt Daniel Ludwig die Zusammenarbeit.
Bei der Inbetriebnahme der Systeme war ein wenig Support von Michael Rossa nötig um die werksseitig voreingestellten Parameter der Positioniersysteme zu optimieren. Durch direkte Kommunikati- on wurde das Fahrverhalten der Antriebe auf die Anwendung hin angepasst. Eine einfache Änderung der Parameter eliminierte eine mechanisch bedingte Fehlermeldung und die Systeme laufen nun reibungslos. Mit der Busschnittstelle der Positioniersysteme können solche Meldungen künftig genutzt werden, um Rückschlüsse auf die Konstruktion zu ziehen und Verschleißteile besser zu überwachen.