Etikettenwechsel am laufenden Band

Laut Erhebungen der CFS Germany GmbH werden \“7,5 bis 12% aller Stillstände in einer typischen Verarbeitungslinie für Wurst oder Käse durch die Etikettiertechnik verursacht\“, berichtet der an der Niederlassung in Wallau tätige Product Manager Labelling & Printing, Michael Brandt. Das Gros der erfassten Stillstände entfällt dabei auf das Nachladen des Etikettenspenders mit neuem Etikettenmaterial. Das verwundert nicht, bedenkt man, dass bei einer Taktfrequenz, wie sie bei Hochleistungsverpackungsmaschinen üblich ist (8 Takte pro Minute, pro Takt 16 Produkte), eine durchschnittliche Rolle mit 5.000 Etiketten bereits nach etwa 40 Minuten aufgebraucht ist. Wird ein Thermotransferdrucker genutzt, können zusätzliche Maschinenstopps erforderlich werden, um das für dieses Druckverfahren benötigte Karbonband auszutauschen. Werden darüber hinaus besonders dünne und nachgiebige oder perforierte Trägermaterialien für die Etiketten verwendet, kommt es bei vielen konventionellen Maschinen zu zusätzlichen Problemen und unvorhergesehenen Maschinenstillständen durch gerissene Etikettenbänder. Getrennte Wege: Spendereinheit und Absetzkasten Die Experten des Kompetenzzentrums für Verpackungsmaschinen und Etikettierer von CFS in Wallau haben sich dieser Probleme angenommen, ein neues Konzept entwickelt. Darauf aufbauend haben sie den Etikettierer TiroLabelNT realisiert. Bei diesem Etikettiersystem handelt es sich um einen Querbahnetikettierer, der das Wechseln der Etikettenrollen während des laufenden Betriebs ermöglicht. Hierfür haben die CFS-Entwickler die Aufteilung der bisher von einer konstruktiven Einheit ausgeführten Funktionen \’Etikett spenden\‘ und \’Etikett absetzen\‘ in zwei separate Einheiten geteilt: Der bewegliche Absetzkasten holt die Etiketten am ortsfest installierten Spender ab und platziert sie über der zu etikettierenden Ware. Vertikal verschiebbare, gefederte Anpressstifte applizieren die so positionierten Etiketten dann auf die Ware. Rüstet man die Etikettiermaschine mit zwei Spendereinheiten aus, lässt sich ein Etikettenwechsel während des laufenden Betriebs realisieren: Dazu muss die Maschine konstruktiv und steuerungstechnisch so ausgelegt sein, dass der Absetzkasten automatisch den zweiten Spender anfährt, sobald der erste Spender leer ist bzw. das Karbonband durchgelaufen ist. Kann die leere Spendereinheit aufgefüllt werden, während der zweite Spender arbeitet, ist der unterbrechungsfreie Betrieb der Maschine erreicht. Mithilfe eines modularen Systems und der Antriebs- und Steuerungstechnik von B&R ist es dem Team um Michael Brandt gelungen, dies zu gewährleisten. Etikettiersystem flexibel konfigurierbar Da die durch den Etikettenwechsel verursachten Stillstandzeiten nicht in jeder Verarbeitungslinie gleichermaßen problematisch sind, bietet CFS den Etikettierer TiroLabelNT in verschiedenen Varianten an – TiroLabelNT 201 mit einem Spender und einem Absetzkasten als Einstiegspaket, TiroLabelNT 202 mit zwei Spendern und einem Absetzkasten für Anlagen mit einem Durchsatz zwischen 120 bis 170 Packungen pro Minute und für noch anspruchsvollere Anwendungen die High-end Variante TiroLabelNT 203 mit zwei Absetzkästen und zwei Spendereinheiten. \“Zwei Spender in einem Etikettierer können jedoch nicht nur dazu eingesetzt werden, um Stillstandzeiten zu vermeiden\“, unterstreicht Michael Brandt. \“Alternativ kann der Anwender sie einsetzen, um ein Produkt zusätzlich zum regulären Etikett ganz ohne aufwändiges Nachetikettieren mit einem Promotion Label wie \’nimm zwei zahle eins\‘ oder \’jetzt 20% mehr Inhalt\‘ zu versehen.\“ Wem der mit zwei Spendern und einem Absetzkasten erreichbare Durchsatz noch nicht ausreicht, ordert den Etikettierer mit zwei Absetzkästen. Neue Technologien ermöglichen das Maschinenkonzept Das neue Maschinenkonzept des TiroLabelNT wurde erst durch den Einsatz neuer Technologien möglich: Da Absetzkasten und Spender keine Einheit mehr bilden, sondern der Spender beim Einrichten der Maschine an einer für das jeweils gewählte Verpackungsformat optimalen Stelle positioniert wird, die während des Betriebs nicht mehr verändert wird, muss der Absetzkasten nach jedem Etikettiervorgang zum Spender fahren. \“Selbst wenn nur der gleiche Durchsatz wie bei herkömmlichen Systemen erreicht werden soll, muss sich der Absetzkasten schneller bewegen als bei bisherigen Ansätzen üblich\“, hebt Michael Brandt hervor. \“In unserem Etikettierer sorgt daher erstmals ein Linearmotor, der mit 2g beschleunigen kann, für den erforderlichen dynamischen Antrieb der Absetzeinheit. Neben der damit möglichen Durchsatzsteigerung spricht für diese Technik, dass sie ohne Verschleißmaterial wie Zahnriemen auskommt und dadurch absolut wartungsfrei ist.\“ Die Ansteuerung des Motors übernimmt dabei ein intelligenter Servoverstärker aus der Acopos-Familie von B&R. \“B&R hat sich sofort bereit erklärt, die Einbindung des Linearmotors zu übernehmen und die gesamte antriebsnahe Software zu erstellen. Dies war für uns eine absolut positive Erfahrung, die uns in unserer Entscheidung bestärkt hat, nicht nur die Steuerungs- und Visualisierungstechnik – wie bei all unseren Maschinen – von B&R zu beziehen, sondern auch die Antriebstechnik\“, urteilt Michael Brandt. Und letztere hat beim TiroLabelNT einen erheblichen Umfang: Im Vollausbau verrichten 16 Servos ihre Arbeit in dem Etikettiersystem. Wickelantrieb ersetzt mechanische Kupplung Alleine für die Spendereinheit werden zwei Servomotoren (bzw. Acopos-Verstärker) benötigt: Wie der Absetzkasten muss auch die Spendereinheit schneller arbeiten, damit es am Spender nicht zu unnötigen Verzögerungen kommt. Hier ersetzt ein Servo den bisher für das Abwickeln der Etikettenrolle üblichen Schrittmotor. Die bis dato genutzte mechanische Kupplung zum Antrieb der Spule, die das Trägermaterial nach dem Abziehen der Etiketten wieder aufwickelt, wurde ebenfalls durch einen Servo ersetzt. \“Dieser Antrieb ist momentengeregelt, sodass auch bei höheren Geschwindigkeiten und bei der Verwendung moderner Trägermaterialien eine unerwünschte Schlaufenbildung und ein Schlagen des Bandes ausgeschlossen ist und das Rollenmaterial insgesamt schonender behandelt wird\“, ergänzt der Manager von CFS. Die B&R-Antriebe unterstützen dabei die von CFS gewählte dezentrale Architektur: Jede Spendereinheit ist modular aufgebaut und verfügt über einen eigenen Schaltschrank, in dem die Antriebe und die ebenfalls von B&R gelieferten I/O-Module untergebracht sind. \“Die Acopos-Verstärker sind wie das I/O-System X20 platzsparend. Selbst der Antrieb für den Linearmotor ist überraschend klein ausgefallen\“, berichtet Michael Brandt. Die Steuerungsfunktionalität übernimmt das Control System der vorgelagerten Verpackungsmaschine (Thermoumformer PowerpakNT oder PowerpakRT). Diese Steuerungs- und Visualisierungslösung basiert auf dem Industrie-PC von B&R und wird von CFS maschinenübergreifend als Standard eingesetzt. Dabei ist die Architektur des Thermoumformers so gestaltet, dass für die (ggf. nachträgliche) Einbindung des Etikettierers nur ein Hub in das Powerlink Netzwerk der Verpackungsmaschine eingefügt werden muss. Bei Bedarf lässt sich diese Architektur um zusätzliche Etikettierer erweitern – und das, ohne den Schaltschrank der Verpackungsmaschine verändern zu müssen. Simulation und Codeerzeugung mit Matlab/Simulink