Mehr Flexibilität durch automatisierte Formatwechsel bei Verpackungs­maschinen

Auch vor der Verpackungsindustrie macht die Digitalisierung nicht Halt. Der Trend geht eindeutig zu immer individuelleren Verpackungen und Sonderformaten. Was bedeutet das für die Verpacker und die Verpackungsmaschinenhersteller? Die Variantenvielfalt bei jedem einzelnen Verpacker steigt. Dies wiederum führt zu einer sinkenden Chargengröße. Der Verpacker benötigt deshalb hochflexible Maschinen, die er möglichst einfach auf die verschiedenen Formate und Sondervarianten einstellen kann. Der Maschinenbauer wiederum muss solche flexiblen Maschinen zur Verfügung stellen. Wie kann man einen notwendigen Formatwechsel bestmöglich fehlerfrei durchführen? Welche Technologien können hier eingesetzt werden um damit den Verpacker optimal zu unterstützen?

Bei der Formatverstellung gibt es zwei verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Zum Einen das Verstellen von Führungsschienen, Seitenbändern oder Gliederketten, damit diese an das neue Format angepasst werden können. Und zum Anderen das Wechseln von verschiedenen Formatteilen, um ein neues Verpackungs-Format produzieren zu können.

Beide Aufgaben haben jeweils unterschiedliche Anforderungen an die Automatisierungstechnik und daraus resultierend ergeben sich verschiedene Lösungsmöglichkeiten.

Die Englische Version dieses Beitrags findet ihr auf dem Blog Automation-Insights

Formatverstellung

Wie bereits eingehend erwähnt, geht es hierbei zum Beispiel um das Verstellen von Führungsschienen, Seitenbändern oder Gliederketten. Um diese Verstellung schnell, sicher und fehlerfrei durchzuführen, benötigt man in der Regel genaue Positionsinformationen. Diese Positionswerte können dann zur Unterstützung einer Handverstellung am Anzeigegerät genutzt werden, oder aber zur vollautomatischen Verstellung an die Steuerung übertragen werden. Eine Lösungsmöglichkeit stellt hier der Einsatz unterschiedlicher Wegmesssysteme dar, die zur Positionserfassung dienen. Als Übertragungsformate für die Messwerte stehen hier neben analoger Signalübertragung wie z.B. 0-10V oder 4-20mA  verschiedene standardisierte digitale Schnittstellen wie z.B. SSI-Schnittstelle oder IO-Link zur Verfügung.

Schnelle Formatwechsel bei der Sekundärverpackung

IO-Link verfügt dabei über ideale, für die Formatverstellung geradezu prädestinierte Eigenschaften. Ausreichende Geschwindigkeit, vollen Zugriff auf alle Parameter des Messsystems, automatische Konfiguration und die absolute digitale Übertragung der Messwerte. Dadurch sind sehr zeitaufwändige Referenzfahrten nicht mehr erforderlich. Da die Maschinensteuerung permanent verfolgbar bleibt, spart man sich darüber hinaus den Aufwand für fehleranfällige schriftliche Dokumentation.

IO-Link zur einfachen Kommunikation auf Sensor-Ebene

Ein kleines Video aus der Reihe #BasicsOfAutomation erklärt hier die Grundlagen von IO-Link – der „USB-Schnittstelle“ der Automatisierung

Was sich genau hinter der Kommunikation über IO-Link verbirgt, ist in diesem Wiki-Beitrag auf Induux erklärt und beim IO-Link Konsortium

Beispiel für ein berührungsloses absolutes Wegmess­system

BML magnetkodiertes IO-Link Wegmesssystem

Das Balluff magnetkodierte Wegmesssystem BML ist ideal geeignet für die Positionserfassung bei der Formatverstellung. Es ist unempfindlich gegen Staub, Schmutz und Feuchtigkeit, bietet eine sehr hohe Genauigkeit bis zu einer Messlänge bis 8.190 mm. Positionserfassung und Geschwindigkeitsregelungen bei Veränderung von Führungsschienen, Seitenbändern oder Gliederketten sind somit kein Problem.

Grundlegende Informationen zu Wegmesssystem hier auf dem Induux-Wiki
Weitere Informationen zu diesem Thema auch in unserem englischen Blogbeitrag  „Boost Size-Change Efficiency with IO-Link Magnetic Encoders and Visualization“

Wechselteil­erkennung

Häufig müssen bei einem Wechsel auf eine andere Formatgröße nicht nur Führungsschienen verstellt werden, sondern auch eine ganze Reihe von Wechselteilen getauscht werden. Da die Maschinen immer flexibler werden müssen, nimmt somit die Anzahl von Wechselteilen pro Maschine immer mehr zu.  Für den einzelnen Mitarbeiter an der Maschinen wird es immer schwerer, das richtige Wechselteil zu finden und zuzuordnen. Das erfordert ebenfalls eine aufwändige Dokumentation. Dazu muss der Einrichter oder Maschinenbediener  erkennen, an welcher Stelle die Teile in welcher Position eingebaut werden müssen. Das birgt viele vermeidbare Fehlerquellen. Wird ein Wechselteil an der falschen Stelle bzw. in der falschen Orientierung eingebaut und die Maschine dann neu gestartet, kann es zu einem beträchtlichen Maschinenschaden kommen. Dies führt zu weiteren Stillstandszeiten, in denen nicht produziert werden kann.

Bei der Erkennung von Wechselteilen geht es darum, ein Wechselteil sicher zu identifizieren und die korrekte Einbau-Position an der Maschinen zu bestätigen. Dem Bediener kann es über eine Visualisierung sehr einfach gemacht werden, Fehler beim Rüsten rechtzeitig zu erkennen.

Typische Wechselteile bei der Abfüllung sind Einlaufsterne und Führungsschienen

 

Eine der Möglichkeiten eine Wechselteilerkennung zu realisieren, sind industrielle Identifikationssysteme mit RFID.

Das richtige Wechselteil an der richtigen Position

Bei der Umrüstung der Verpackungsmaschine auf ein neues Format, stellt man mit Hilfe von RFID-Datenträgern oder Barcodes sicher, dass die richtigen Wechselteile verwendet werden. Vision-Sensoren oder Kameras erkennen darüber hinaus, ob das Wechselteil in der richtigen Position eingebaut wurde. Solche Lösungen unterstützen den Bediener, Fehler und damit Maschinenschäden zu vermeiden. Dadurch steigt der Durchsatz und Produktionskosten sinken.

Predictive Maintenance umsetzen

Via RFID-Datenträger lassen sich die Betriebszeiten jedes Wechselteils direkt am Wechselteil dokumentieren. Muss ein Teil ausgetauscht oder nachgearbeitet werden, löst die  Maschinensteuerung von sich aus einen Hinweis/Alarm aus, bevor Betriebsstörungen überhaupt auftreten können. Zudem ermöglichen es RFID Datenträger, regelmäßige Reinigungszyklen zu protokollieren. Dies ist eine der Grundvoraussetzungen für die Umsetzung einer vorausschauenden Instandhaltung.

Maschinen­einstellungen automatisieren

Da man die individuellen Einstellparameter des Wechselteils auf dem Datenträger speichern kann, liefert das Wechselteil selbst damit auch Informationen für die Maschineneinstellung. Somit kann das Wechselteil in der SPS eine Formatverstellung anstoßen und den Fertigungsprozess anpassen. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zur intelligenten Fertigung im Sinne von Industrie 4.0.

Einfache Visualisierung ermöglicht Experten-freies Bedienen

Mit modernen LED-Signalleuchten erkennt der Bediener den Betriebszustand der Maschine schnell, einfach und auf einen Blick. Sie dienen unter Anderem der Überwachung von Betriebsfenstern oder signalisieren, ob alle Einstellungen korrekt durchgeführt worden sind. Die einzelnen Segmente dieser SmartLight Signalleuchten sind für jeden Anwendungsfall universell konfigurierbar. Im Vergleich zu herkömmlichen Signalleuchten können mit nur einer einzigen SmartLight LED-Signalleuchte somit unterschiedlichste Aufgabenstellungen und Meldungen an einer Maschine dargestellt werden.

LED SmartLight

 

Hier ein Video mit den verschiedenen Möglichkeiten der SmartLight

Beispiel für ein RFID-System

HF Schreib-/ Lesekopf
HF Datenträger

Das HF System besteht aus Datenträgern und Schreib-/Leseköpfen und deckt alle oben geforderten Anwendungsgebiete ab. Durch spezielle reinigbare Tags ist auch der Einsatz im Lebensmittelbereich möglich. Darüber hinaus ist kein unmittelbarer Sichtkontakt notwendig und es sind Leseabstände bis zu 30mm realisierbar. Das System funktioniert auch bei  Verschmutzung fehlerfrei. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, sowohl Daten auszulesen als auch neue Informationen auf dem Datenträger zu speichern. Auch können mehrere Datenträger gleichzeitig gelesen und beschrieben werden (Pulkerfassung).

Weitere Infos zu den verschiedenen RFID-Lösungen auf unserer Website

Mit dem RFID-Konfigurator auf unserer Website kann ein RFID-System nach eigenen Anforderungen individuell zusammengestellt werden. Egal ob mit der Selektion des Datenträgers, der Auswerteeinheit oder des Schreib-/Lesekopfs begonnen wird, erhält man immer die zur Auswahl passenden Komponenten angezeigt.

Doch nicht für alle Anforderungen ist ein RFID System das Richtige. Zum Teil kann eine Wechselteilerkennung auch mit Hilfe von Vision-Systemen realisiert werden. Die Zusammenstellung eines geeigneten Identifikationssystems richtet sich nach individuellen Anforderungen, die sich aus der jeweiligen Applikation ergeben.

Zusammen­fassung

Bei der Formatverstellung geht es um die Anpassung von Führungsschienen, Seitenbändern oder Gliederketten aufgrund eines neuen Formats. Dies kann halb-automatisiert oder vollautomatisiert an der Maschine realisiert werden. Hierzu benötigt man Wegmesssysteme, deren Sensoren Rückmeldung über die jeweilige Position geben.

Müssen darüber hinaus noch Formatteile an der Maschine getauscht werden, muss sichergestellt sein, dass das richtige Wechselteil an der richtigen Position in der Maschine eingebaut wird. Hierfür eignen sich industrielle Identifikationssysteme wie RFID. Dabei wird jedes Wechselteil mit einem Datenträger ausgestattet. Mit Hilfe der Schreib-/Leseköpfe wird erkannt, ob das richtige Wechselteil an der richtigen Stelle eingebaut ist.

Beide Automatisierungsmöglichkeiten bringen folgende Vorteile mit sich:

  • geringe Rüstzeiten und gesteigerte Anlageneffizienz
  • effiziente Fehlervermeidung
  • erhöhte Maschinenflexibilität
  • Vermeidung von Maschinenschäden durch Falschteile beim Anfahren der Maschine
  • einfache Visualisierung für den Bediener

Erfahren Sie mehr über Möglichkeiten beim Formatwechsel auf balluff.de

 

This post about format change was published as well in English on Automation-Insights Blog

 

 

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