19.05.2020

Energiekettensystem mit Condition-MonitoringFunktion sorgt für ausfallsichere Verpackung

Toastbrot intelligent in die Tüte gebracht

GHD Georg Hartmann Maschinenbau im nordrhein-westfälischen Delbrück zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Maschinen und Anlagen zum Schneiden und Verpacken von Backwaren und Lebensmitteln. Die Verantwortlichen suchten für die Weiterentwicklung einer Verpackungsmaschine mit hohen Bearbeitungszyklen eine zuverlässige Energieversorgung mit pneumatischen und elektrischen Leitungen. Unterstützt von Igus, kommt eine überwachte smarte Lösung zum Einsatz, die Störungen bereits vor dem Ausfall der Maschine anzeigt. Der Steckerbaukasten Module Connect sorgt darüber hinaus im Wartungsfall für einen raschen und sicheren Wechsel des einbaufertigen Energiekettensystems.


Die Brotverpackungsmaschine arbeitet mit hohen Hubzahlen in einem kompakten Bauraum. Deswegen griffen die Entwickler für eine zuverlässige Leitungsführung auf Energieketten und flexible Leitungen zurück.
Bild: GHD Hartmann

GHD Hartmann bietet Maschinen zum Schneiden, Verpacken, Verschließen, Gruppieren sowie für den Transport und das Handling rund um Backwaren und Lebensmittel an. Von Einzelmaschinen bis hin zu kundenspezifischen schlüsselfertigen Gesamtanlagen liefert das mittelständische Familienunternehmen mit rund 250 Mitarbeitern alles aus einer Hand: Planung, Fertigung, Inbetriebnahme und Service. Auf der Grundlage einer besonders hohen Fertigungstiefe schätzen Kunden die ständige Erreichbarkeit und eine erstklassige Versorgung mit Ersatz- und Verschleißteilen. Vor rund 90 Jahren von Johannes Hartmann als mechanische Werkstatt gegründet, führen Kristina Hartmann-Wook und Thomas Wook die Geschäfte heute in der dritten Generation. 1969 entstand mit der VS 700 als Prototyp die erste Verpackungsmaschine - kontinuierliche Neu- und Weiterentwicklungen begleiten seither die Unternehmensgeschichte. Bei einer aktuellen Verpackungsmaschine für industrielle Backwaren wie z.B. Toastbrot mussten die passenden Energieversorgungskomponenten gefunden werden. Der Verpackungsautomat GBK 440 bietet in einem Arbeitsgang das sichere Verpacken und Verschließen von Produktbeuteln. Auf der Maschine lassen sich verschiedenste Lebensmittelformate bei sehr kurzen Zykluszeiten verpacken. Die Geschwindigkeit lässt sich je nach Wunsch und Anwendung variieren. Die Maschine ist dabei ausgelegt für bis zu schnellen 80 Zyklen pro Minute, also deutlich mehr als einer verpackten Einheit pro Sekunde. Auf der Fachmesse Iba in München im Herbst 2018 wurde die Neuentwicklung der Maschine zum ersten Mal vorgestellt. "Die Maschine arbeitet mit wirklich hohen Hubzahlen in einem vergleichsweise kurzen Bauraum. Deswegen benötigten wir zum einen hoch biegefeste Leitungen. Darüber hinaus galt es, ein vorbeugendes Warnsystem zu finden, um einen möglichen kostenintensiven Ausfall bei dieser Maschine mit ihrem hohen Output zu vermeiden", erläutert Oliver Tausch, Leiter Elektrotechnik, die GHD-Wunschvorgaben.

Hoch biegefeste Leitungen

Liegen Leitungen in einer Energiekette, beschreibt der Mindestbiegeradius als Faktor die Belastbarkeit. Bei Unterschreiten des Wertes kann es vermehrt zu frühzeitigem Ausfall durch Aderbruch kommen. "Der zur Verfügung stehende geringe Bauraum für die Energiekette war eine der größten Herausforderungen. Infolgedessen mussten wir einen sehr kleinen Biegeradius von maximal 63 mm realisieren", erläutert Maik Lipsmeier, technischer Verkaufsberater E-Kettensysteme bei Igus. Die Wahl fiel auf eine Energiekette der Serie E4.1L, die sehr hohe Kräfte aufnehmen kann und daher gut für die Anwendung geeignet ist. Zudem werden hoch biegefeste Chainflex Leitungen eingesetzt. Als Servoleitung kommt die abgeschirmte Chainflex Leitung CF10.UL.05.04 mit einem Mindestbiegeradius von 5 x d für hohe Beanspruchungen zum Einsatz. Sie ist öl- und bioölbeständig, flammwidrig, PVC-frei, kälteflexibel sowie hydrolyse- und mikrobenbeständig. Die Steuerleitung CF9.03.04.INI weist die gleichen hochwertigen Eigenschaften auf. Und ebenfalls für hohe Anforderungen ausgelegt ist die Chainflex Messsystemleitung CF113.028.D mit einem Mindestbiegeradius von 7,5 x d. Ein 6-mm-Pneumatikschlauch sowie zwei weitere Sensorleitungen CF9 komplettieren das Sortiment, und der Kunde erhält ein einbaufertiges und endgeprüftes Readychain System.

Vorausschauende Wartung

Igus bietet 36 Monate Garantie respektive zehn Millionen Doppelhübe auf jede Chainflex Leitung an - bei den High-End-Typen sogar bis zu 40 Millionen. Die Grundlage hierfür bietet das hauseigene Testlabor, in dem jährlich über 4.100 Versuche und mehr als 7.500 Testergebnisse bei bis zu zehn Milliarden Kettenzyklen generiert werden. Die hohe Zykluszahl beim Verpackungsautomaten GBK 440 lag dann aber doch außerhalb der standardmäßigen Gewährleistung. Bei bis zu 80 Doppelhüben pro Minute wären die Garantiegrenzen innerhalb weniger Monate erreicht. "Da passte es ganz gut, dass wir unsere aktuellen intelligenten Lösungen für die vorausschauende Wartung im Portfolio hatten", berichtet Richard Habering, Leiter Geschäftsbereich Smart Plastics bei Igus.

Leitungsüberwachung als integraler Maschinenbestandteil

Das Prinzip der Igus Smart Plastics sieht wie folgt aus: Sensoren unterschiedlichster Art erfassen den Zustand der Komponenten und melden diesen an das sogenannte Icom Modul, das die Daten an ein Cloud-System übermittelt. Wartungen und Serviceeinsätze werden planbarer und damit effizienter. Wichtiger Bestandteil der Isense Sensorfamilie ist das CF.Q Modul, das die Leitungsüberwachung übernimmt. An den richtigen Stellen eingesetzt, lassen sich Kabelbrüche so vermeiden, auch bei der Brotverpackungsmaschine von GHD Hartmann. Zudem wird zur eingesetzten Messsystemleitung zu Messzwecken eine zweite, identische Leitung aus gleicher Produktionscharge eingesetzt. Das CF.Q System überwacht kontinuierlich die zwei zusätzlichen Adern dieser Messleitung. An den Veränderungen der elektrischen Eigenschaften erkennt das Gerät über die hinterlegten Algorithmen den beginnenden Aderbruch und signalisiert dies über den Schließerkontakt. Durch die vielen Versuche im Testlabor ist das System in der Lage, einen beginnenden Aderbruch in einem sehr frühen Stadium zu identifizieren und so den Anwender frühzeitig über die Notwendigkeit eines Leitungstauschs zu informieren. Das System wird von Igus auf die spezifische Anlagensituation vorkalibriert ausgeliefert und ist ohne aufwendige 'machine learning'-Effekte von der ersten Minute an einsatzbereit. Das CF.Q-System ist Bestandteil der Serienmaschine GBK 440, und erste Tests ermöglichen eine deutliche Verlängerung der Zeit bis zur nächsten Wartung. Diese Information wird in der Kundensteuerung ausgewertet und über Meldungen auf dem HMI ausgegeben. Mit diesem Konzept können die eingesetzten Leitungen weit über das Igus Garantieversprechen hinaus betrieben werden.

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Neuerfindung der Schnittstelle

Überdies war für den Wartungsfall ein Plug&Play-System zur Verfügung zu stellen, um diese Aufgabe zügig zu erledigen. Bisher dauerten solche Vorgänge etwa vier Stunden, die sich teilweise nur mit zwei Mitarbeitern erledigen ließen. Der Wechsel verkürzt sich nun mithilfe des neuen Schnittstellenkonzepts - dem Module Connect von Igus - auf ca. 45 Minuten mit lediglich einer Person. GHD Hartmann gehört mit zu den ersten Kunden, bei dem ein Module Connect-Stecker eingesetzt wird. Unter dieser Bezeichnung bietet das Kölner Unternehmen ein neuartiges Steckverbinderkonzept für den Anschluss von Elektroleitungen, Lichtwellenleitern und Pneumatikschläuchen. Das platzsparende flache Gehäuse kommt überall dort zur Anwendung, wo etwa eine Vielzahl an Leitungen auf engem Raum gesteckt werden sollen. Dank des einfachen Baukastenprinzips lässt sich aus mehreren Steckergehäusen eine individuelle Steck-/Trennstelle als Modul konfigurieren. Jedes Gehäuse kann dabei mit bis zu vier verschiedenen Steckereinsätzen bestückt werden. Die Gehäuse lassen sich anschließend zusammenfügen, wodurch nahezu unbegrenzte Modulvariationen in individueller Breite und Höhe möglich werden. "Damit erfolgt der Austausch einer vorkonfektionierten Energiekette ausgesprochen einfach und absolut verstecksicher", weiß Verkaufsberater Lipsmeier. Die Endkunden von GHD Hartmann wechseln hiermit per Plug-and-play-System die Energieversorgung. Jede Maschine umfasst zwei Energieketten. Darüber hinaus erhält der Kunde zwei vorkonfigurierte Leitungen für den unmittelbaren Austausch direkt mitgeliefert

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