Antriebstechnik / Motion Control
Flüssiges Obst kompakt verpackt
Bei der Kelterei Sachsenobst übernimmt seit Kurzem eine multifunktionale Palettieranlage die gesamten Förder- und Handhabungsprozesse. – Alles in allem eine recht anspruchsvolle Motion-Control- und Antriebsaufgabe.
Zwischen Grimma und Döbeln beziehungsweise zwischen Oschatz und Colditz reifen im sächsischen ‚Obstland‘ unter günstigen klimatischen Bedingungen Erdbeeren, Kirschen, Johannis- und Himbeeren sowie Pflaumen, Äpfel und Birnen in großen Mengen. Mitten in diesem fruchtbaren Gebiet wurde 1936, unmittelbar vor den Toren der Stadt Döbeln, eine Süßmost- und Obstweinkelterei errichtet. Sie ist der Ursprung der heutigen Kelterei Sachsenobst.
Bereits in den 1980er-Jahren entwickelte der auch heute noch für Sachsenobst tätige Anlagenbauer Bayer zur Entlastung der Kelterei-Mitarbeiter eine Handhabungsanlage für die heiß abgefüllten Flüssigkeiten. „Obstsäfte werden bei 90 °C randvoll gefüllt, Obstweine bei 60 °C. Danach erfolgt ein Rückkühlen auf etwa 35 °C, damit Aroma und Vitamine erhalten bleiben“, erläutert Produktionsleiterin Luise Hoppe. Nachdem 1997 alle Anlagen und Transporteinrichtungen für mehr als 11 Mio. Euro umfassend modernisiert und in diesem Zuge unter anderem mit Antrieben des Herstellers von SEW-Eurodrive ausgestattet wurden, ereignete sich fünf Jahre später etwas, das als ‚Schwarzer Dienstag‘ in die Geschichte der Kelterei Sachsenobst einging: Das Jahrhunderthochwasser der Freiberger Mulde überschwemmte am 13. August 2002 alle Gebäude und zerstörte dabei die gesamte Abfülltechnik. 2013 kam das nächste Hochwasser. Danach war eine umfangreiche Erneuerung wichtiger Anlagenteile notwendig, was schließlich in der Ausschreibung einer neuen multifunktionalen Palettieranlage resultierte.
„Unsere Anforderungen waren hoch gesteckt“, blickt Johannes Zimmermann, Technischer Leiter der Kelterei Sachsenobst, zurück und ergänzt: „Die zu errichtende Anlage sollte die gesamten Förder- und Handhabungsprozesse des zugeführten Leerguts, der Paletten sowie die Handhabung der Kisten und Kartons übernehmen. Viel Platz konnten wir dazu nicht zur Verfügung stellen, da es die Anlage an der Stirnseite unserer Abfüllhalle zu installieren galt. Hier stand lediglich ein Raum von 15 m Breite, 10 m Tiefe und einer Höhe von 6,50 m zur Verfügung.“ Vor diesem Hintergrund entschloss man sich zusammen mit dem beauftragten Anla-genbauer Bayer dazu, die Palettieranlage in zwei Ebenen zu errichten. Zusätzlich war in diesem knappen Raum noch ein automatischer Abschieber zu installieren, welcher das Neuglas der Produktion zuführt. Insgesamt kann die Anlage pro Stunde 8000 Ein-Liter-Flaschen transportieren.

'Smart Carriages' für lineare Transportsysteme
Mitsubishi Electric und sein Partner APT Automation haben ein Transportsystem entwickelt, das mithilfe von 'smarten' Wagen den Warenfluss innerhalb einer einzelnen Maschine oder einer ganzen Produktionsanlage intelligent steuern kann.
So funktioniert der Materialfluss
Der Materialfluss in der neu errichteten Anlage ist wie folgt: Die gefüllten und zurückgekühlten Flaschen werden von einem Flascheneinpacker automatisch in Kästen gepackt. Ein Spiralförderer führt diese Kästen zur oberen Ebene der Palettieranlage. Dort treffen sie zuerst auf die Gruppierstation und den Reihen-schieber, die das Lagenbild erzeugen. Über Zahnriemen treibt ein Synchronservomotor den Reihenschieber an. Konkret handelt es sich hierbei um einen hochdynamischen Servomotor in kompakter Bauform der Baureihe CMPZ von SEW. Für die Bewegung des Portals sind weitere vier dieser Servomotoren installiert. Sie treiben die Drehachse A sowie die linearen Achsen in den X-, Y- und Z-Richtungen an und sind für eine netzausfallsichere Positionierung mit Absolutwertgebern ausgerüstet.
Ist eine Lage bereitgestellt worden, nimmt ein Klemmbackengreifer die ganze Lage auf und setzt sie auf einer Europalette ab. Doch der Palettierer übernimmt noch weitere Aufgaben. Damit stets ausreichend Paletten, Kisten und Flaschen zur Verfügung stehen, werden auf einem Zuführband laufend Paletten mit Leergut zugeführt. Der Palettierer entlädt die Leergutpaletten lagenweise und übergibt die Leergutbehälter einem Entladetisch. Von dort gelangen die vereinzelten Kisten automatisch zum Flaschenauspacker und werden anschließend zum Entschrauber weitertransportiert, während die leeren Mehrwegkästen zum Kastenwascher gefördert werden. Die Leerpaletten finden in einem Palettenmagazin Platz.
Blick in die Palettieranlage mit der Leergutzuführung (oben), dem Palettenmagazin (Mitte) sowie der Ausförderstrecke für das Vollgut (links)
© SEW-EurodriveDie Einwegflaschen sind in Kartons oder Trays verpackt, die ebenfalls palettiert werden. Dazu baute Beyer Maschinenbau einen zweiten Greifer, der entsprechend seiner Funktionsweise Jalousie-Greifer genannt wird. Die Besonderheit dabei ist, dass nach dem Anheben einer Produktlage eine Jalousie unter das Produkt gefahren wird, um das Produkt sicher transportieren zu können. Dieser Jalousie-Greifer ruht bis zu seinem Einsatz auf einer Ablage im Aktionsbereich der Maschine. Auf diesen Tisch legt die Palettieranlage den Klemmbackengreifer ab und löst automatisch die mechanische Verbindung. Anschließend trennen die Anlagenbediener den Greifer von den Strom- und Druckluftleitungen. Danach nimmt das Portal den Jalousie-Greifer in zwei Schritten auf. Die mechanische Verbindung erfolgt automatisch, die Verbindung der Elektro- und Druckluftleitungen geschieht hingegen manuell.
Ausschluss der Störbereiche
Der Neuglas-Abschieber schiebt die einzelnen Lagen vom Flaschentisch auf den Scharnierbandförderer.
© SEW-EurodriveFür die kollisionsfreie Arbeitsweise der Maschine waren umfangreiche Störbereiche zu definieren und aus dem jeweiligen Arbeitsbereich auszuschließen. Diese Störbereiche unterscheiden sich – je nach verwendetem Greiferkopf – zum Teil deutlich voneinander. Für die Koordinierung der Antriebsachsen ist ein Motion Controller vom Typ ‚Movi-PLC advanced‘ zuständig. Das hierauf laufende Anwenderprogramm ermöglicht es, bis zu 16 verschiedene Störbereiche zu definieren. Sie sind einzeln konfigurierbar beziehungsweise aktivierbar.
„Bei der Umsetzung sind sowohl eine schnelle Kommunikation innerhalb des Antriebssystems innerhalb weniger Millisekunden als auch eine hohe Regelgüte der eingesetzten Komponenten erforderlich. Beides bieten die Servo-Mehrachsverstärker ‚Moviaxis‘ in Verbindung mit den verwendeten Synchronservomotoren“, hebt Ralf Reinhardt hervor, Leiter des Technischen Büros von SEW-Eurodrive in Meerane. Der Motion Controller steuert die Achsmodule des Systems an und steht in ständigem Datenaustausch mit der übergeordneten SPS der Palettieranlage. Der Steuerschrank wurde aus den Erfahrungen der Hochwasserkatastrophen auf das Podest in der Höhe der oberen Ebene installiert.
Im Einzelnen steuert der eingesetzte Motion Controller die Jalousie des Jalousiegreiferkopfes an, den Hubbalken, den Reihenabschieber sowie den Reihensortierer der Gruppierstation. Zudem bedient er verschiedene Aktoren und Sensoren, beispielsweise die Sensoren für die Packkopf-Überwachung. Kommt es zu einer Störung am Packkopf, wird sie direkt in der Movi-PLC abgearbeitet, damit sich die Antriebsachsen schnellstmöglich stillsetzen lassen.
Der eingesetzte Mehrachsverstärker Moviaxis in Verbindung mit den Synchronservomotoren vom Typ CMPZ. Der eingesetzte Motion Controller Movi-PLC advanced (rechts) verfügt über Funktionen wie elektronisches Getriebe, Kurvenscheibe und Robotik.
© SEW-EurodriveDurch eine einheitliche Prozessdaten-Schnittstelle ist eine umfassende und detaillierte Vorgabe von Anwenderparametern für sowohl Kinematik-Achsen als auch Zusatzachsen möglich. Alle Anwenderparameter werden über eine XML-Datei konfiguriert. Diese kann sowohl über die überlagerte Steuerung per Feldbus als auch direkt in den Motion Controller eingelesen werden. Damit ist die Inbetriebnahme der Maschine sehr flexibel und auf den jeweiligen Maschinentyp abgestimmt handhabbar. Zudem verkürzen sich hiermit die Inbetriebnahmezeiten deutlich. Die Inbetriebnahme der Kinematik selbst erfolgt mit Hilfe einer grafischen Oberfläche, die wenig Know-how erfordert. Nicht zuletzt ist der eingesetzte Motion Controller so leistungsfähig, dass auch mehrere Kinematiken unabhängig voneinander auf der gleichen Steuerung laufen können.
Alles in allem erforderte die Umsetzung der beschriebenen Anlage bei Sachsenobst aufgrund der beengten räumlichen Verhältnisse eine besonders präzise und dynamisch arbeitende Kinematik. Zudem galt es eine Vielzahl von speziellen Funktionen für diese Applikation zu implementieren wie etwa die Vorgabe von Segmenten mit jeweils separat beschreibbaren Parametern zur Realisierung der kinematischen Bewegung, die Korrektur der kartesischen Zielposition während der Bewegung, die Generierung eines Geschwindigkeitsprofiles durch sogenannte Overrides oder auch Routinen zur Sicherung der Datenkonsistenz zwischen Movi-PLC und überlagerter Steuerung.
Autor:
Heiko Füller ist Marktmanager für Antriebselektronik und Steuerungstechnik bei SEW-Eurodrive in Bruchsal.














