Antriebstechnik Höhere Leistung bei gleicher Infrastruktur

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Mit steigenden Taktzahlen wachsen in Thermoformmaschinen normalerweise auch Anschlussleistung, Schaltschrankgröße und Energiebedarf. Gabler Thermoform wollte diesen Zusammenhang bei der Weiterentwicklung seiner Maschinenplattform durchbrechen. Gemeinsam mit SEW-Eurodrive entstand deshalb ein neues Energie- und Automatisierungskonzept auf Basis von Movi-C und Power and Energy Solutions.  

Ob Joghurtbecher, Lebensmittelschalen, Deckel oder Blumentöpfe: Die Herstellung thermoformbarer Kunststoffverpackungen erfolgt heute mit hohen Taktzahlen und großer Wiederholgenauigkeit. Kunststofffolie wird erhitzt, geformt, gestanzt, transportiert und gestapelt. Steigende Produktivität erhöht dabei zwangsläufig die Anforderungen an die Antriebstechnik.Mit jeder Takterhöhung wachsen die Beschleunigungs- und Bremsvorgänge innerhalb der Maschine. Dadurch entstehen hohe Leistungsanforderungen und kurzzeitige Lastspitzen. Klassische Maschinenkonzepte müssen deshalb häufig mit entsprechend großen Anschlussleistungen, umfangreicher Schaltschranktechnik und aufwändigen Energieversorgungen ausgelegt werden. Vor dieser Herausforderung stand auch der Lübecker Maschinenhersteller Gabler Thermoform bei der Weiterentwicklung seiner Maschinenplattform M-Line. Ziel war es, die Maschinenleistung deutlich zu steigern, ohne die elektrische Infrastruktur im gleichen Maße wachsen zu lassen. 

Energie intelligent im Prozess nutzen 

Im Mittelpunkt der Entwicklung stand daher die Frage, wie sich der hohe Leistungsbedarf während der dynamischen Prozess­phasen bereitstellen lässt, ohne die gesamte Energieversorgung dauerhaft auf diese Spitzen auszulegen. Die Lösung von SEW-Eurodrive basiert auf dem modularen Automatisierungsbau­kasten Movi-C in Kombination mit Power and Energy Solutions (PES). Das Konzept nutzt die im Maschinenprozess entstehende generatorische Energie und speichert diese in Energiespeichermodulen zwischen. Die Energie steht anschließend für den nächsten Prozesstakt erneut zur Verfügung.

Der Einsatz von Movi-C ermöglicht es uns, den Platzbedarf des Schaltschranks um rund zwei Drittel zu reduzieren.

Steffen Lüking, Gabler Thermoform

Dadurch verbleibt ein großer Teil der Brems­energie innerhalb des Systems, anstatt ungenutzt abgeführt oder erneut aus dem Netz bezogen werden zu müssen. Gleichzeitig können die Speicher einen kurzfristigen Leistungsbedarf bedienen. Dies reduziert die erforderliche Netzanschlussleistung erheblich. „Der Einsatz von Movi-C ermöglicht es uns, den Platzbedarf des Schaltschranks um rund zwei Drittel zu reduzieren. In der neuen Generation der M-Line setzen wir Energiespeicher ein, die generatorische Energie im Zwischenkreis zwischenpuffern und dynamisch für den nächsten Prozesstakt wieder zur Verfügung stellen“, erläutert Steffen Lüking, Elektrokonstruktion und Entwicklung bei Gabler Thermoform.

Anschlussleistung drastisch reduziert

Die Auswirkungen dieses Konzepts zeigen sich besonders deutlich bei der Energieversorgung der Maschine. Während die bisherige Ausführung eine antriebsseitige Anschlussleistung von rund 140 kW erforderte, kommt die neue Maschinenplattform mit lediglich 25 kW aus. Gleichzeitig sank der Energie­bedarf des Antriebssystems um etwa 40 Prozent.  Darüber hinaus beeinflusst das neue Energiekonzept die gesamte elektrische Architektur der Maschine. Statt mehrerer Schaltschränke benötigt man nur noch einen Schaltschrank. Auch die Dimensionierung der Netzzuleitungen fiel deutlich schlanker aus: Der eingesetzte Kabelquerschnitt verringerte sich von 70 mm² auf 10 mm². Neben den Energiespeicherlösungen kommen Movidrive Modular, Movitrac Advanced sowie dezentrale Kompakt-Kleinspannungsantriebe Movimot Performance ELV zum Einsatz. Insbesondere die dezentralen Antriebe tragen dazu bei, Verdrahtungsaufwand und Installationskosten zu reduzieren und gleichzeitig eine kompakte Maschinenarchitektur umzusetzen.  

Mehr Leistung aus derselben Maschine 

Das neue Energie- und Automatisierungskonzept eröffnet dem Maschinenbauer zusätzliche Freiheiten bei der Auslegung seiner Anlagen. Die neue Maschinenplattform erreicht Produktionsleistungen von mehr als 250.000 Bechern pro Stunde. Gleichzeitig konnte die Stanzkraft gegenüber der Vorgängergeneration um 25 Prozent erhöht werden. Die Leistung steigt auf bis zu 39 Takte pro Minute. Trotz dieser Leistungssteigerung sinken Energiebedarf und Infrastrukturaufwand deutlich. Silviu-Gabriel Madsen, Gebietsverkaufsleiter bei Gabler Thermoform, beschreibt die Ergebnisse so: „In enger Zusammenarbeit mit SEW-Eurodrive konnten wir die Stanzkraft um 25 Prozent steigern, den Energiebedarf im Antriebssystem um rund 40 Prozent senken und die Leistung auf bis zu 39 Takte pro Minute erhöhen.“  

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Modulare Basis  für zukünftige Maschinen

Neben den unmittelbar messbaren Effekten bietet die Plattformarchitektur weitere Vorteile für die Maschinenentwicklung. Mit Movi-C steht ein durchgängiges System für Engineering, Antriebstechnik und Automatisierung zur Verfügung. Dies erleichtert die Skalierung von Maschinenkonzepten und die Umsetzung zukünftiger Varianten. Gerade bei hochdynamischen Produktionsanlagen zeigt sich, dass man Energieeffizienz nicht isoliert betrachten kann. Sie beeinflusst die Dimensionierung der gesamten Infrastruktur und wird damit zu einem wichtigen Bestandteil der Maschinenperformance. Fazit: Das Projekt zeigt, wie sich durch die Kombination aus Automatisierungsbaukasten Movi-C und Power and Energy Solutions hohe Maschinenleistungen mit einer deutlich schlankeren Infrastruktur verbinden lassen. Durch die intelligente Nutzung und Zwischenspeicherung von Bremsenergie konnte Gabler Thermoform sowohl die Anschlussleistung als auch den Energiebedarf erheblich reduzieren. Gleichzeitig steigt die Produktivität der Maschine. Das Beispiel verdeutlicht, welches Potenzial in modernen Energie- und Automatisierungskonzepten für hochdynamische Thermoformanlagen steckt.