Verpackungsrundschau 05/97

Dr.-Ing. Bernhard Klumpp ist Leiter
der Abteilung Handhabungstechnik
des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik
und Automatisierung in
Stuttgart
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Wissenschaft
Technisch-Wissenschaftliche Beilage · 48 · 1997 · N°3
Flexible Antriebssysteme -
Der Einsatz der Servotechnik eröffnet neue Möglichkeiten in der Verpackungsmaschinentechnik
Bislang kommen im Verpackungsmaschinenbau
fast ausschließlich traditionelle
Antriebskonzepte mit mechanisch starr
gekoppelten Einheiten zum Einsatz. Dadurch
bedingt verursachen die bei Formatoder
Produktumsattlungen notwendigen
Einstellarbeiten erhebliche Umrüstzeiten.
Die Reaktion auf schwankende Prozeßparameter,
wie beispielsweise unterschiedliche
Feuchtigkeit des Kartonmaterials, ist
schwierig. Um Stör- oder Blockadesituationen
sicher beherrschen zu können, muß die
mechanische Konstruktion für ein Vielfaches
der im Normalbetrieb auftretenden
Kräfte bemessen werden. Das wirkt sich
natürlich entsprechend verteuernd auf die
Maschine aus. Der anhaltende Preisdruck
stellt jedoch mittelfristig für diese gut eingeführte
Branche die Fertigung am Standort
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Verpackungs-Rundschau 5/97
FLEXIBILITÄT IST GEFRAGT
Deutschland in Frage und erfordert die
Entwicklung innovativer Maschinenkonzepte.
Verpackungsmaschinenhersteller müssen
sich ständig den Anforderungen des
Marktes anpassen, um weiterhin wettbewerbsfähig
zu bleiben. Eine Verlagerung
vom Verkäufermarkt hin zum Käufermarkt
hat in den letzten Jahren dazu geführt, daß
bei den Produkten die Typen- und Variantenvielfalt
bei gleichzeitig abnehmenden
Losgrößen gestiegen ist. Parallel dazu
haben sich die Produktlebenszeiten enorm
verkürzt.
Der Einsatz neuer Verpackungsmaterialien
und neuer Verpackungsprozesse
bietet zum einen viele innovative Möglichkeiten
und ist damit der Produktdifferenzierung
förderlich zum anderen erschwert
dies die Arbeit der Verpackungsindustrie
enorm.
Alles in allem ergibt sich daraus für
die Verpackungsmaschinen die Forderung
nach größerer Flexibilität bezüglich des
Packgutes und dessen Format. Eine schnelle
und unkomplizierte Umrüstung auf wechselnde
Produktformate erhöht die Produktivität
und damit die Wirtschaftlichkeit
der Anlage.
Die wichtigste Anforderung an ein neues
Maschinenkonzept ist die Auflösung der
starren Verbindungen unter den einzelnen
Funktionseinheiten und die Entkoppelung
der Bewegungsabläufe vom Zentralantrieb.
Jede Funktionseinheit erhält ihren eigenen
Servoantrieb, der über ein intelligentes
Bussystem mit den anderen Einheiten elektronisch
vernetzt ist. Bezüglich Antrieb,
Steuerung und Regelung sind die Funktionseinheiten
autonom.
Durch den kombinierten Einsatz von Servomotoren
und Mikroprozessoren lassen
sich konventionelle Antriebssysteme, die
bisher mechanisch starr gekoppelt waren,
durch leistungsfähigere und vor allem flexiblere
Antriebskonzepte ersetzen. Servomotoren
zeichnen sich durch eine hohe Dynamik
und Wartungsfreiheit aus und werden
inzwischen in einem großen Leistungsbereich
angeboten, der sich von einigen
wenigen Watt bis weit über 100 kW
erstreckt. Die Dynamik der Servomotoren
erreicht sogar teilweise Werte, die sich bisher
nur mit hydraulischen Servoventilen
realisieren ließen. Fahrprofile wie Abbremsen
bis zum Stillstand ohne Überschwingen
und Wiederbeschleunigen können im Takt
von 600 bis 800 Hüben pro Minute gefahren
werden. Wesentlicher Vorteil der Servomotoren
gegenüber konventionellen Antrieben
ist das Vorhandensein digitaler
Schnittstellen, die eine Anbindung an Industrierechner
und Mikroprozessorsysteme
ermöglichen.
Die rasche Entwicklung der Servotechnik
hat bei den Motoren zu immer kleineren
mechanischen Zeitkonstanten und damit
zu einer Präzision bei der Kopplung elektrischer
Antriebe geführt, die einen Einsatz
der mechanischen Kopplung erst möglich
macht.
Auch die anfangs unerschwinglichen
Kosten der Servomotoren sind im Laufe
der Entwicklung der Servotechnik soweit
gesunken, daß aus heutiger Sicht Servomotoren
in der Verpackungstechnik technisch
und wirtschaftlich sinnvoll eingeführt
werden können.