Kompaktsteuerung, Servoantriebe und Touchpanel als Kompaktlösung sparen Zeit und Geld

Was steckt in einer Papierpolstermaschine?

(Bild: Storopack)

Waren müssen beim Transport sicher verpackt sein. Aus praktischen Gründen werden viele Produkte in herkömmlichen Kartons verschickt. Da die Größe der Kartonage oft standardisiert und nicht an den Inhalt angepasst ist, setzt der Handel auf Füllmaterial. Dieses umschließt die Ware im Inneren des Kartons fest und schützt vor Stößen. Polster aus Papier, also aus erneuerbarem und recyclingfähigem Material, sind dabei zunehmend das Mittel der Wahl. Automatisch per Maschine zusammengeknüllt ergibt sich schnell ein voluminöses Polster mit guter Stoßdämpfung. Um die Papierpolstermaschine auf die jeweiligen Kundenanforderungen anpassen zu können, ist der Polsterspender mit einer Kompaktsteuerung, Servomotoren und übersichtlichem Touch-Panel für intuitive, symbolbasierte Bedienung ausgestattet.

Zeit ist Geld, Gewicht erhöht die Transportkosten und beschädigte Ware kostet Geld und Kundenzufriedenheit. Diese drei grundlegenden Fakten gelten für alle Warensendungen. Um nicht nur dem Versandhandel eine schnelle, platz- und zeitsparende Möglichkeit zu bieten, kleinere Waren aller Art flexibel und sicher im Transportbehälter schützen  zu können, entwickelte der Spezialist für Schutzverpackungen Storopack ein neues Papierpolstersystem. Ziel war eine optimale Leistungsfähigkeit der neuen Maschinengeneration bei kleinem Bauvolumen. Um das zu erreichen,  arbeiteten die Entwickler von Storopack mit dem Automatisierungsexperten Omron zusammen. So entstand ein flexibles, leicht zu bedienendes Maschinensystem, das schnell vor Ort einsetzbar ist.

Mobil und leistungsfähig

Bild 1 Der neue Papierspender PPS GE fertigt Papierpolster nach Maß direkt vor Ort am Verpackungsplatz (Bild: Storopack)

Bild 1 Der neue Papierspender PPS GE fertigt Papierpolster nach Maß direkt vor Ort am Verpackungsplatz (Bild: Storopack)

Papier als Verpackungsmaterial hat eine lange Tradition. Als Karton ist es für Transportverpackungen gerade bei kleineren Sendungen noch immer  die beste Wahl. Um die Ware im Karton zu schützen, ist Papier als Füllmaterial ebenfalls sehr geeignet. Früher verwendete man dazu geknülltes Zeitungspapier oder Papierstreifen. Die heutigen Anforderungen an das Material sind aber größer und der Lagerraum spielt ebenfalls eine große Rolle. Gefragt ist eine Lösung, die schnell große Volumina an Füllmaterial bietet, wenig Lagerraum beansprucht und noch dazu mobil an den Einsatzort gebracht werden kann. Die Lösung ist dabei vordergründig recht einfach: Man nehme eine Papierbahn, die platzsparend auf einer Rolle aufgespult ist, wickle sie ab und knülle sie zu einem voluminösen Polsterstrang zusammen. Damit ist das Funktionsprinzip der Papierpolstermaschine beschrieben.. Der erste Blick täuscht, in dem neuen Maschinensystem stecken ausgereifte Engineeringleistungen.

Bild 2 Kompakte Servoantriebe sorgen für die sichere Führung der Papierbahn. (Bild: Omron)

Bild 2 Kompakte Servoantriebe sorgen für die sichere Führung der Papierbahn. (Bild: Omron)

Der neue Papierspender PPS GE ist exakt auf die Eigenschaften der Papierbahnen abgestimmt. Die Papierbahn darf trotz hoher Abzugsgeschwindigkeit nicht reißen, muss also sicher geführt werden. Dazu ist ein exakt regelbares, relativ umfangreiches Antriebssystem notwendig, das allerdings nur wenig Platz beanspruchen darf. Die Maschine misst inklusive Fahrgestell maximal 1,83 m Höhe,  1,1 m Tiefe und 0,76 m Fahrgestellbreite (Bild 1). Durch die elektrisch verstellbare Bauhöhe ist der ausgeworfene Polsterstrang in ergonomisch günstiger Höhe leicht erreichbar. Papier-Rollen von bis zu 600 mm Breite erlauben dem Polsterspender je nach eingelegter Papierqualität und individueller Einstellung Polsterstränge mit einer Geschwindigkeit bis zu 40 m/min abzugeben (Bild 2). Damit kann der Anwender z.B. bei Kartons mit 60 x 40 x 40 cm und 6 m Polsterlänge bis zu drei Kartons pro Minute bestücken. Bei kleineren Einheiten wie 40 x 30 x 30 cm sind sogar sechs Verpackungen je Minute möglich. Die Papierauswahl reicht von stabilem Kraft- bis zu Recyclingpapier, unterschiedliche Papierstärken sorgen für eine, dem Warengewicht angepasste Federung des Papierpolsters . Um die optimale Abstimmung auf die jeweilige Verpackungslinie zu gewährleisten, lässt sich der neue Polsterspender einfach über ein übersichtliches Touch-Panel einstellen.

Zusammenspiel wichtig

Bild 3 Gewusst wie, ein komplexes Innenleben sorgt für die richtige Papierstauchung (Bild: Storopack)

Bild 3 Gewusst wie, ein komplexes Innenleben sorgt für die richtige Papierstauchung (Bild: Storopack)

Von der im Fahrgestell untergebrachten Vorrats-Rolle muss die Papierbahn gleichmäßig abgezogen werden. Dazu wird die Bahn über federbelastete Rollen fixiert und geführt. Neben der Zuführung übernehmen die Rollen auch bereits die erste Formgebung der Papierbahn (Bild 3). Im Gerät selbst wird die bereits leicht vorgeformte Bahn weiter zusammengelegt und gleichzeitig gestaucht. In regelmäßigen Abständen kommen dann noch Querfaltungen hinzu, um eine optimale Stabilität des fertigen Papierstranges zu gewährleisten. Dazu müssen alle Antriebe, Walzen und das Schneidmesser in der richtigen Geschwindigkeit aufeinander abgestimmt zusammenarbeiten. Nur so kann aus dem dünnen Papierbogen ein rückfederndes, voluminöses Verpackungspolster entstehen, das auch über längere Zeit zuverlässig schützt. Da bei Papier immer ein gewisser Abrieb entsteht, müssen alle bewegten Teile besonders gegen den zwangsläufig auftretenden Papierstaub resistent sein. Nur so lassen sich lange wartungsfreie Betriebszeiten erreichen.

Bild 4 Komplexes Zusammenspiel der Servoantriebe über Kompaktsteuerung gesteuert (Bild: Omron)

Bild 4 Komplexes Zusammenspiel der Servoantriebe über Kompaktsteuerung gesteuert (Bild: Omron)

Um die Funktion der einzelnen Komponenten sicherzustellen, wurden aufeinander abgestimmte Komponenten aus dem Hause Omron eingesetzt. Durch den Einsatz modernster Servotechnik, bestehend aus Antrieb, Steuerung und Eingabeschnittstelle (Bild 4) wird eine optimale Regelungsgüte sichergestellt. Die Automatisierungsexperten lieferten aber nicht nur die einzelnen Technikkomponenten, sie übernahmen im Zuge eines Komplettservices im Vorfeld die Komponentenauswahl, die Antriebsauslegung und die Programmierung. Die SPS wird per ST (strukturiertem Text) programmiert, das spart Zeit beim Programmieren und ermöglicht schnell auch komplexe Funktionen und Berechnungen zu generieren. Diese „alles aus einer Hand“-Lösung erlaubt eine schnellere Entwicklung und sichert das richtige Zusammenspiel aller Komponenten im Gerät. Als Steuerung kam in diesem Fall der kompakte Maschinenkontroller CP1L zum Einsatz. Er erlaubt den Anschluss eines breiten Sensor- und Antriebsspektrums und kann bei Bedarf auch per Ethernet-Schnittstelle kommunizieren. Das ermöglicht die Kommunikation mit PC´s und anderen Geräten, sowie einen einfachen Fernzugriff auf das interne Netzwerk auch über WLAN oder das Internet (per VPN). Vier schnelle Zählereingänge, zwei Impulsausgänge sowie eine ganze Reihe fertiger Funktionsblöcke für unterschiedliche Positionieraufgaben erleichtern dem Anlagenbauer die Arbeit. Durch den modularen Aufbau können Funktionsbausteine wie digitale und analoge E/A, Temperatureingänge oder serielle Schnittstellen nachgerüstet werden.

Bild 5 Übersichtliche Dateneingabe und Parameterdarstellung per Touch-Panel (Bild: Omron)

Bild 5 Übersichtliche Dateneingabe und Parameterdarstellung per Touch-Panel (Bild: Omron)

Kompakte Servoantriebe der G-Serie setzen die Steuerbefehle der Kompaktsteuerung in mechanische Bewegung um. Die Servoantriebe sind dabei in mehrfacher Hinsicht optimal: Sie arbeiten äußerst energieeffizient und sparen so teuren Strom, gleichzeitig arbeiten sie sehr dynamisch und exakt. Im Fall der Polstermaschine bedeutet dies weniger Verschnitt durch ein sehr genaues Vorschubsystem. Durch die Einsparung von Strom und Material sparen so auch kleine Maschinen über ihre Lebenszeit erhebliche Ressourcen und damit natürlich Betriebskosten ein.
Als Mensch-Maschinen-Schnittstelle wählten die Verpackungsexperten von Omron eine moderne Lösung, ein übersichtliches Touch-Panel (Bild 5). Die sonst nur in wesentlich größeren und teureren Maschinen eingesetzte Lösung vereinfacht die Einstellungsarbeiten enorm. Intuitive Bedienung über leicht verständliche Grafikelemente erleichtert den Einsatz vor Ort, auch mit ungelernten Arbeitern. So kann der Bediener vor Ort schnell und sicher die gewünschten Parameter für die Gerätesteuerung eingeben. Die blendfreie Oberfläche der NQ-Baureihe zeigt die einzelnen Daten- und Eingabefelder auch bei unterschiedlichem Lichteinfall zuverlässig und leicht ablesbar an.

Auch bei kleinen, kompakten Maschinen wie dem Papierpolsterspender lässt sich durch die Auswahl der richtigen Komponenten und Serviceleistungen bei der Entwicklung Zeit und Kosten sparen. Abgestimmte Komponenten und dieexterne,  fachmännisch geleistete Programmierarbeit erlauben dem Anwender, sich auf seine Kernkompetenz zu konzentrieren. So können die Zielvorgaben schneller erfüllt werden und die Time-to-Market sinkt. Das spart Kosten und verbessert die Chancen auf dem Markt.

 

Andreas Zeiff

Andreas Zeiff

Studium des Chemie-Ingenieurwesens und der Chemie, Beschäftigung mit Elektronik, berufliche Tätigkeit im Maschinenbau, seit Ende 1998 journalistisch tätig für das Redaktionsbüro Stutensee.

Daniel Hochrein

Key Account Manager Verpackungsindustrie bei Omron

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