Bis zu 4.600 Tissue-Tücher pro Minute produziert die 'Flowtos'-Taschentuchmaschine von Winkler+Dünnebier. Aufgrund ihrer komplexen Funktionen, die innerhalb von Sekunden aus einer Tissue-Rolle fertig gefaltete und verpackte Taschentücher macht, benötigt die Maschine Sensoren mit unterschiedlichen physikalischen Wirkprinzipien. "Es war uns wichtig, die Sensorik komplett aus einer Hand beziehen zu können, mit eingehender Beratung, Auswahl der für jede Applikation optimalen Lösung und ohne sensor- und liefer­technische Schnittstellenrisiken", argumentiert Frank Jungbluth, Projektleiter Elektrotechnik der Flowtos. Die insgesamt mehr als 40 in die Maschine integrierten Sensoren stammen sämtlich von Sick.

Die 'Flowtos' ist eine Komplettlösung für die Produktion von Tissue-Taschentüchern. Die Maschine ist durchgängig mit Servotechnik und Elektronik ausgerüstet und ermöglicht es Anwendern, verschiedene Format- und Päckchen-Variationen zu produzieren. Konkret handelt es sich um eine zweibahnige Taschentuchmaschine mit integrierten Einzel- und Gebindeverpackern. Aus 2-, 3- oder 4-lagigem Tissue stellt sie pro Minute maximal 4.600 Taschentücher her. Die Stapelmengen zwischen fünf und 15 Taschentüchern sind ebenso elektronisch voreinstellbar wie die Zahl der Gebinde – zwischen sechs und 56 Einzelpäckchen. Aufgrund ihrer modularisierten Bauweise und der U-förmigen Verkettung der Funktionseinheiten von der Abrollung bis zur Gebindeverpackung ist die Maschine für Betrieb, Reinigung und Wartung leicht zugänglich. Die integrierte Sensorik sorgt für das präzise Ablaufen und Ineinandergreifen der einzelnen Prozessschritte.

Abrollen, Glätten und Verprägen

In der Abrollung wird Tissue-Material von einer Rolle mit etwa zwei Metern Durchmesser abgewickelt (rechts) und dabei der abnehmende Rollendurchmesser kontinuierlich durch einen Lichttaster WT14-2 (links) überwacht.

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Die Flowtos setzt sich aus den aufeinanderfolgenden Modulen Abrollung, Glätt- und Verprägestation, Schneide-, Falt- und Stapeleinheit, Einzelverpackung mit integrierter Wendeeinrichtung und Gebindeverpackung zusammen. In der Abrollung wird Tissue-Material von einer Rolle mit einem Durchmesser von etwa zwei Metern abgewickelt. Dabei überwacht ein Lichttaster (WT14-2) kontinuierlich den abnehmenden Rollendurchmesser. Um die unterschiedlichen Kerndurchmesser der Rollen zu berücksichtigen und damit das Erreichen des Rollenendes sicher zu detektieren, ist der Sensor verfahrbar montiert. Seine Hintergrundunterdrückung sorgt für eine zuverlässige Detektion auch bei kritischen Umfeldbedingungen. Ein weiterer Lichttaster (WT18-3) in der Abrollung überwacht den Abwickelprozess auf einen möglichen Bahnriss. Die Unempfindlichkeit dieses Tasters gegenüber Fremdlichtquellen und HF-Lampen im Umfeld gewährleistet ein zuverlässiges Schaltverhalten.

In der Glätt- und Verprägestation wird das Tissue, dessen Bahnspannung die Servoantriebe elektronisch regeln, geglättet und in einem Kalander verprägt, um die einzelnen Tissue-Lagen am Rand miteinander zu verbinden. Als Überwachung gegen unbeabsichtigtes Aufwickeln von Tissue auf die Kalanderwalzen und zur Detektion von Materialrückständen im Prägebereich arbeiten Lichttaster der Produktfamilie VT180-2. Dabei sprachen drei Argumente für diesen Sensor: Die zylindrische M18-Bauform seines Metallgehäuses erleichtert die Integration. Trotz ähnlichem Remissionsverhalten kann der Sensor die glänzende Walzenoberfläche und die durchlaufende Tissue-Bahn sicher voneinander unterscheiden. Und last but not least sorgt die Schaltfrequenz von 1.000 Hz für ein schnelles Ansprechen des Sensors und minimalen Materialverlust.

Schneiden, Falten und Stapeln

In den Längsschneider im Schneide-, Falt- und Stapelmodul ist ein Lichttaster WT18-3 zur Bahnabfrage integriert.

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Im Schneide-, Falt- und Stapelmodul wird die geprägte Tissue-Bahn längsgeschnitten, gefaltet und einem Stapelmagazin zugeführt. In den Längsschneider integriert ist ein Lichttaster (WT18-3) zur Bahnabfrage. Dank des dezentralen Antriebs- und Automatisierungskonzeptes der Flowtos sind die Sensoren direkt mit dem Motorregler verbunden. „Wir konnten dadurch sowohl den Verkabelungsaufwand in der Maschine deutlich reduzieren als auch die Kommunikationslast des Automatisierungssystems erheblich verringern“, führt Frank Jungbluth aus. Ein Laserlicht-Taster (WTB8L) erfasst danach die korrekte Länge des geschnittenen Tissue-Tuches. Der kompakt gebaute Sensor bietet bedingt durch den kleinen Lichtfleck auf dem Material ein präzises und schnelles Schaltverhalten. Die Schacht- beziehungsweise Staukontrolle an der Stapeleinheit hat W+D mit Lichtleitersensoren (WLL180T) realisiert. Ansprechzeiten von 16 µs sprachen ebenso für diese Sensorauswahl wie die hohe Lichtstärke und Auflösung, die in diesem staubbelasteten Umfeld eine zusätzliche Funktionsreserve gewährleisten.

Hat ein Tissue-Stapel die vorgegebene Größe von zum Beispiel zehn Taschentüchern erreicht, wird er an den Einzelverpacker transportiert. In diesem Fördersegment sind für verschiedene Positions- und Endlagenabfragen induktive Näherungssensoren der Baureihe IM12 verbaut. Die Geräte mit M12-Baugröße des Metallge­häuses in Schutzart IP67 lassen sich bündig in Metall einbauen und bieten hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit

Kontrolle beim Verpacken

Im Einzelverpacker wird bei der Zuführung der Kunststofffolie, in die der Taschentuch-Stapel dann verpackt wird, mit einem induktiven Näherungssensor (IMA18) die Position des Tänzers bei der Folienabwicklung überwacht. Der Sensor verfügt über einen dreifachen Schaltabstand, wodurch er bei gleicher Baugröße wie Standardsensoren einen größeren Erfassungsbereich abdeckt. Darüber hinaus stellt er wahlweise ein analoges Strom- oder Spannungssignal zur Verfügung, was einer kontinuierlichen Überwachung der Tänzerposition innerhalb des Detektionsfeldes dient. Ein Farbsensor (CS8) triggert das Schneiden der Folie. Dank seiner Dreifarb-LED-Technologie kann er die hinsichtlich Farbe und Hintergrund variierenden Registermarken in jeder Situation erfassen.

Lichtschranken vom Typ WL9G, die auf die Detektion transparenter Objekte und Materialen spezialisiert sind, prüfen die einwandfreie Versiegelung.

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Unmittelbar nach dem Umwickeln mit Folie erreicht das Tissue-Päckchen die Siegelstation, in der zunächst die Längsnaht der Verpackung verschlossen wird. Vor Erreichen der Wendeeinrichtung kontrollieren Laserlicht-Taster (WTB8L) die korrekte Längsversiegelung. Danach werden die Päckchen gedreht und der zweiten Siegeleinheit zugeführt, in der das Kopf- und das Bodenende verschlossen werden. Bei der Kopfsiegelung wird an der Öffnungsperforation der Verpackung durch einen Etikettierer ein Verschlusslabel appliziert – getriggert durch einen Miniatur-Lichttaster (WTB8) mit Hintergrundunterdrückung. Die Prüfung der einwandfreien Versiegelung übernehmen Lichtschranken (WL9G). "Diese Sensoren sind spezialisiert auf die Detektion transparenter Objekte und Materialen", sagt Frank Jungbluth. "Sie können hochstehende Folie, die auf eine nicht einwandfreie Versiegelung hinweist, ebenso sicher erkennen wie das Fehlen eines Verschlusslabels." Ist ein solches fehlerhaftes Tissue-Päckchen erkannt, wird es vor dem Gebindeverpacker ausgeschleust. Angesteuert wird die automatische Auswurfeinheit ebenfalls von einem Miniatur-Lichttaster (WTB8).

Überwachung von Schutzeinrichtungen

Die Abrollung sowie der gesamte Maschinenbereich zwischen dem Stapelmodul und der Wendeeinrichtung vor der zweiten Siegelstation sind aus Gründen der Maschinensicherheit mit einem Schutzzaun beziehungsweise mit Schutzabdeckungen ausgestattet. Die Zugangstür am Zaun der Abrollstation sowie die mechanisch trennenden Abdeckungen im mittleren Maschinensegment überwachen Sicherheitszuhaltungen der Produktfamilie 'i15 lock'. Als mechanische Sicherheitsschalter in Schutzart IP67 mit Feder- und Magnetkraftverriegelung und einem robusten Betätigerkopf bewähren sie sich im staubbelasteten Betriebsumfeld der Taschentuchmaschine. Sie stellen sicher, dass ein Tauschen der Papierrolle beziehungsweise das Eingreifen in die Stapeleinheit, die Transportstrecke, die Folienabwicklung und die Siegelstation nur dann möglich ist, wenn diese Module abgeschaltet sind. Umgekehrt lassen sie einen Wiederanlauf erst zu, wenn die mechanischen Schutzeinrichtungen geschlossen sind.

Systemlösungen für die Briefumschlag- und Hygiene-Industrie

Die Firma Winkler+Dünnebier (W+D) mit Sitz in Neuwied bietet ein breites Spektrum integrierter Komplettlösungen für die Briefumschlag- und Mail-Industrie sowie für die Tissue- und Hygiene-Industrie. Die Kernkompetenzen des Unternehmens mit Fertigungsstandort in Deutschland sowie einem globalen Vertriebs- und Service-Netzwerk liegen in der Verarbeitung und Handhabung dünner und inhomogener Materialien, wie zum Beispiel Papier, Tissue und Non-Woven – bei hohen Geschwindigkeiten und geringen Toleranzen. Im Bereich Mail Solutions entwickelt und verkauft W+D Systemlösungen zum Herstellen, Bedrucken, Kuvertieren und Verpacken von Briefumschlägen und Versandtaschen. Das Geschäftsfeld Hygiene Solutions steht für Systemlösungen zur Herstellung und Verpackung von Tissue-Falt- und Hygiene-Produkten, zu denen auch die Taschentuchmaschine 'Flowtos' gehört.

Autoren:
Marco Kaiser ist Technical Industry Manager Consumer Goods, Corporate Solution Center Factory Automation bei Sick in Waldkirch;
Andreas Zimmermann ist Key Account Manager Consumer Good bei der Sick Vertriebs-GmbH in Düsseldorf.