Effiziente Synchronmotoren für Verpackungsmaschinen

Von Markus Jaksch

Die Weltbevölkerung wächst und bis 2050 wird sich der Bedarf an Nahrungsmitteln nahezu verdoppeln. Doch nicht nur die Produktion von Nahrungsmitteln, sondern insbesondere auch der Transport und die Lagerung sind besonders wichtige Punkte, die bedacht werden müssen. Schon heute gelangt ein enormer Anteil an Lebensmitteln nicht zum Verbraucher, da er auf dem Weg dorthin oder bei der Lagerung verdirbt. Zirka 1,2 Milliarden Tonnen Lebensmittel gehen so pro Jahr weltweit verloren.
Die Verpackungsindustrie muss also Lösungen bieten, die weltweit eine bessere Lagerung und sichereren Transport von Lebensmitteln ermöglichen. Besonders Tiefziehmaschinen sind hier von großer Bedeutung. Käse, Wurst, frisches Gemüse und Obst, Fertiggerichte – tagtäglich kaufen wir zahllose in Tiefziehmaschinen verpackte Lebensmittel. Nicht nur Lebensmittel aber, sondern auch Industrieprodukte oder medizinische-pharmazeutische Erzeugnisse werden in Tiefziehmaschinen verpackt und versiegelt.
Obwohl der Energiebedarf bei Tiefziehmaschinen nicht ausgesprochen hoch ist, lohnt es sich dennoch, bei den Verpackungsmaschinen einen Blick darauf zu werfen. Wegen der besonders eng kalkulierten Kosten und damit geringen Gewinnmargen bei Verpackungsmaterialien sind schon mit kleinen Optimierungen erhebliche Vorteile für den Maschinenbetreiber möglich.

Höherer Wirkungsgrad 

Der Nürnberger Spezialist für Automatisierungssysteme und Antriebstechnik Baumüller realisiert Tiefziehmaschinen mit effizienten Synchronmotoren. Gegenüber der bislang in solchen Maschinen meist favorisierten Asynchrontechnik bietet der Synchronmotor einen sehr viel besseren Wirkungsgrad und damit mehr Effizienz. Die permanenterregten DS-Synchronmotoren von Baumüller erlauben zudem hohe Momentengenauigkeit und verschaffen dem Maschinenbauer dank ihrer kompakten Bauform mehr Flexibilität beim Maschinendesign, so lässt sich bei gleicher Produktivität Raum einsparen.
In Verbindung mit den energieeffizienten Umrichtern b maXX 5000 und der skalierbaren Steuerung b maXX controller PLC bietet Baumüller ein effizientes und zuverlässiges Automatisierungssystem für Tiefziehmaschinen, das zum Beispiel beim indischen Hersteller Rajoo realisiert wurde. Dabei hat der anreihbare Umrichter b maXX 5000 den Vorteil, dass sich dank des integrierten Drive-Connect-Systems ganze Antriebsverbände flexibel erweitern und modifizieren lassen, ohne dass der Verbund gelöst werden muss. Außerdem sind für diesen Umrichter steckbare Sicherheitsmodule verfügbar, so kann man ihn flexibel an die Anforderungen der geltenden nationalen Vorschriften und der jeweiligen Applikation anpassen. Auch Sicherheitssteuerungen für die Ansteuerung der jeweiligen Applikation sowie die sicherheitstechnische Programmierung nach der Maschinenrichtlinie sind im Portfolio des Nürnberger Herstellers enthalten. Damit liefert Baumüller komplette und durchgängige Systemlösungen, mit denen die gesamte Automatisierung der Anlage effizient realisiert werden kann.

Schneller und effizienter dank Softwarebausteinen

Besondere Vorteile bietet Baumüller den Maschinenbauern mit seinem umfangreichen Softwarebaukasten. Mit Technologiebausteinen kann der Automatisierer die Time to Market erheblich verkürzen, da bereits vorprogrammierte und validierte Softwaremodule vorhanden sind. Die bestehende Bibliothek ist hier so umfangreich, dass man die gesamten Bewegungsabläufe in Tiefziehmaschinen mit vorprogrammierten Modulen realisieren kann. Unter diesen Standardmodulen finden sich etwa Bausteine für den automatischen Rollenwechsel, für die energieoptimierte Anpassung der Bewegungsprofile in der Maschine oder für die Regelung der Heizelemente. Die in der Tiefziehmaschine integrierten Heizelemente, mit denen die Folie für die Bearbeitung erwärmt wird, lassen sich über Softwarebausteine entweder zentral oder dezentral ansteuern. Besonders hier sind erhebliche Energieeinsparungen möglich, da die Heizelemente mit Abstand der größte Energieverbraucher innerhalb der Tiefziehmaschine sind. Bei möglichst exakter Regelung lässt sich dieser Verbrauch, der in Thermoformverfahren unvermeidlich ist, so weit es geht reduzieren. Mit Softwarebausteinen zur exakten Erfassung von Druckmarken kann Baumüller außerdem Positionen besonders schnell regeln, so erfolgt das Zuschneiden der Plastikschalen exakt und damit materialschonend.  Durch die Ansteuerung über Kurvenscheibentechnologie mit virtueller Leitachse lassen sich sprunghafte Bewegungen in der Maschine vermeiden, damit wird die Mechanik geschont, der Verschleiß reduziert und durch die optimierte Bewegungsführung die Energieeffizienz der Maschine gesteigert. Durch den Einsatz von EtherCAT, dem hochperformanten Echtzeit-Ethernet-Bussystem, erreicht Baumüller koordinierte Bewegungsführung in Echtzeit.

Intuitives Engineering

Alle Softwarebausteine sind im Engineering Framework von Baumüller ProMaster integriert. Der Maschinenbauer kann die komplette Maschine in dieser intuitiven und umfassenden Automatisierungssuite darstellen. Damit spart er sich enorm Zeit, da schon bei der Inbetriebnahme die Möglichkeit zur Systemdiagnose besteht. Außerdem lassen sich bereits bei der Programmierung verschiedene Maschinenmodelle vorsehen, so dass sich das Variantenhandling beim Maschinenbauer effizienter gestaltet, und automatisch zur jeweiligen Maschinentype die richtige Variante erstellt wird. Dies bringt dem Maschinenbauer bei der Erstellung unterschiedlicher Maschinenkonzepte enorme Vorteile. Zudem hat Baumüller eine Service- und Produktionstechnologie integriert, mit der sich die Stillstandzeiten einer Anlage im Servicefall auf ein Minimum reduzieren lassen.
Fazit: Wie so oft liegt der Teufel im Detail. Wenn es bei Thermoformmaschinen um Effizienz geht, gibt es zahlreiche Möglichkeiten, den Energieverbrauch zu senken und den Gesamtwirkungsgrad der Anlage zu steigern. Angefangen bei der Wahl des richtigen Motors bis hin zur Bewegungsoptimierung durch Software und exakte Regelung der Heizelemente. Durch solche Verbesserungen kann aber nicht nur die Energieeffizienz gesteigert werden, auch der Materialverschleiß und der Ausschuss werden gesenkt und die Produktqualität und Produktivität steigen. 

Markus Jaksch ist Leiter Applikation und Branchen-Experte für Verpackung bei der Baumüller Nürnberg GmbH.

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