So verpacken Sie Kartoffel­chips­tüten mit einer voll­auto­matischen Karton-Ver­packungs­maschine

27. Okt 2021

Im Lockdown haben wir viel Zeit auf der Couch verbracht und mancher hat ein paar Kilogramm zugelegt. War Ihnen beim Öffnen der Chipstüte für die abendliche Knusperstunde schon bewusst, wie viele High-Tech-Maschinen dafür heutzutage im Einsatz sind? Der Weg von der Kartoffel bis zum Supermarkt ist faszinierend. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlichster Herstellungs- und Verpackungsmaschinen für Nahrungsmittel. Viele Maschinenbauer tummeln sich mit speziellen Lösungen für einzelne Bearbeitungsschritte bei der Verarbeitung und Verpackung von Lebensmitteln. Einer von ihnen ist Tronrud Engineering aus Eggemoen in Norwegen in der Nähe von Oslo.

Das Unternehmen mit rund 200 Mitarbeitern begeistert seine Kunden mit Verpackungsmaschinen auf dem neusten Stand der Technik. Einer der Mitarbeiter ist Kjell Erik Meier, der bei Tronrud für die Programmierung und Automatisierung der Maschinen zuständig ist. Die Karton-Verpackungsmaschine TCP PN8 ist eine dieser Hightech-Maschinen.

Voll­auto­matische Karton-Ver­packungs­maschine TCP PN 8

Der Maschinentyp Typ TCP PN 8 ist eine Sekundärverpackungsmaschine zur Sortierung und Verpackung von Beuteln und Tüten in Kartons. In den Beuteln kann sich von Chips und Nachos über Kaffee bis hin zu Salat oder Gemüse alles befinden, was nicht flüssig ist. Lebensmittelkonzerne können diese Maschine also nachgelagert an verschiedene primäre Verpackungsmaschinen einsetzen. Die Produkte werden damit zur weiteren Logistik in verschiedene Kartons verpackt. Namhafte multinationale Lebensmittel- und Snacklieferanten, nutzen dafür die Maschinen von Tronrud Engineering und setzen sie weltweit ein. So wird der Maschinentyp TCP PN 8 zum Beispiel auch in Russland, Türkei, Ägypten und Südafrika genutzt, um Beutel und Tüten in Kartons zu verpacken. Kjell Erik Meier:

„Je nach Einstellung einer Maschine können bis zu 160 Beutel in der Minute in einen Karton konfektioniert werden – auch bis zu 12 Kartons in der Minute sind möglich. Das ist ein gut darstellbarer Kundenvorteil.“

Daneben bietet die Maschine aber noch weitere Vorteile. Jede Bewegung der Maschine wird zum Beispiel durch Elektromotoren umgesetzt. Die Maschine hat also keine pneumatischen Verstellachsen und ist daher auch im Betrieb beim Kunden viel effizienter als vergleichbare Maschinen mit pneumatischen Antrieben. Durch die Nutzung modernster Steuerungs- und Servotechnik können außerdem weitere Vorteile der Digitalisierung genutzt werden: Der Status der Maschine kann stets ausgelesen werden – auch aus der Ferne.

Neben dem Industriestandard der Maschinensprache PackML und IIOT-Funktionen ist auch die automatische Formatverstellung eine gefragte Funktion der Verpackungsmaschine von heute. Denn damit lässt sich die komplette Maschine innerhalb kürzester Zeit an den verschiedenen Bearbeitungsmodulen von einem Kartonformat auf ein anderes umstellen.

Format­ver­stellung auf verschiedene Karton­größen

Bei der Formatverstellung in der Verpackungsmaschine werden zum Beispiel Förderbänder in der Höhe verstellt oder die Breite der Lücke zweier Zuführbänder verändert. Alles passend für die Chipstüte, die über diese Bänder zum Karton transportiert wird. Auch Anschläge, die dabei helfen, die Beutel im passenden Muster anzuordnen, müssen abhängig von verschiedenen Kartongrößen angepasst werden. Die Kartons werden mehrlagig nach diesem Muster befüllt. Nachdem die die erste Lage der Beutel im passenden Muster angeordnet ist, werden sie in den Karton geschoben. Im Karton wird die erste Lage dann noch komprimiert. Anschließend wird eine neue Lage Beutel gerichtet und oben drauf geladen. Auch die dafür benötigten Module müssen verstellt werden, wenn sich ein Karton und damit auch das Legemuster der Beutel ändern. An der Rückseite der Maschine TCP PN 8 befindet sich ein Magazin von dem aus die Kartons aufgerichtet werden. Sie werden gefaltet, verklebt und an die Stelle transportiert, wo sie mit den Beuteln bestückt werden. Dieses Modul ist in die Maschine integriert und hat ebenfalls verschiedene Höhen- und Breitenverstellungen – individuell abhängig vom Kartonformat.

Tronrud hat die meisten dieser Verstellungen automatisiert. So kann die Maschine per Knopfdruck auf ein anderes voreingestelltes Kartonformat umgerüstet werden. Aus Sicherheitsgründen gibt es nur noch einige wenige Handverstellungen per Bedienknopf an externen Zuführungen der Maschine. Kjell Erik Meier erklärt die Vorteile der Automatisierung so:

„Durch die Automatisierung der Verstellung der insgesamt 10 Maschinenachsen können unsere Kunden pro Formatwechsel 10 Minuten gegenüber einer Maschine mit manueller Verstellung einsparen. Bezogen auf die Beutel entspricht das bis zu 1200 Stück oder 150 Kartons. Das ist eine enorme Ersparnis.”

Tronrud Engineering setzt auf die Direktantriebe PSD und Positioniersysteme PSE von halstrup-walcher
Tronrud Engineering setzt auf die Direktantriebe PSD und Positioniersysteme PSE von halstrup-walcher

Nicht nur die Zeit ist ein entscheidender Vorteil der automatisierten Verstellung. Auch mögliche Einstellfehler werden stark reduziert. Dadurch kommt es zu weniger Ausschuss und insgesamt weniger Maschinenstillständen. Auf diese Weise werden also auch Ressourcen geschont. Auch das Design und die Konstruktion der Maschine lässt sich im Gegensatz von manuell zu verstellenden Handrädern einfacher und damit kostengünstiger gestalten, da die Verstellmotoren von außen nicht zugänglich sein müssen. Darauf muss also bei der Planung nicht geachtet werden und komplizierte mechanische Konstruktionen können entfallen und eingespart werden.

Da die Abläufe der Maschine für das Kartonhandling relativ kompliziert sind, hat Tronrud bei der Entwicklung der Maschine die Steuerungsabläufe vorab getestet. Das heißt, alle Teilnehmer der Steuerung simulieren schon in der Entwicklungsphase das Verhalten im späteren Maschinenablauf. So kann vorab schon ausgeschlossen werden, dass später Fehler vorliegen. Die Maschinen werden erst aufgebaut und umgesetzt, sobald alle Abläufe klar programmiert sind. Auch bei den Verstell-motoren wurden die Positionen überprüft, die für die einzelnen Kartonformate voreingestellt sind, damit die Formate durchgängig richtig sind.

Einfaches Maschinen­design bei der Format­verstellung mit den Direkt­antrieben PSD

An fast jeder Achse mit einer Formatverstellung lassen sich bei der Maschine von Tronrud kleine, hübsche schwarze Verstellmotoren mit der Aufschrift PSD entdecken. Diese Antriebe sind komplett integrierte Verstelleinheiten mit Motor, Buskommunikationsschnittstelle und Abolutencoder. Tronrud setzt hierbei auf Antriebe von halstrup-walcher. Mit seinen Positioniersystemen für Formatverstellungen hat der Antriebsspezialist bereits jahrzehntelange Erfahrung – auch in anderen Verpackungs-, Abfüll-, Holzbearbeitungs- und Sondermaschinen.

Zur einfachen mechanischen Integration werden die Direktantriebe von halstrup-walcher direkt an die Spindel in der Maschine angeschlossen. Durch die integrierte Hohlwelle spart sich Tronrud einen Adapter oder eine Kupplung und verkürzt damit auch die Montagezeit. Über drei standardisierte M12-Stecker wird die Versorgungsspannung und die Buskommunikation am Gerät angeschlossen – das Bussignal wird von einem Antrieb zum nächsten durchgeschleift. Zur Inbetriebnahme in die PROFINET-Steuerung wird die Bus-Adresse einfach nach der Reihenfolge des Anschlusses der Antriebe vergeben.

Mathias Hils ist der Ansprechpartner bei halstrup-walcher für Kundenprojekte aus dem Ausland und damit auch für Tronrud. Er beschreibt den Vorteil des absoluten Messsystems folgendermaßen:

„Das integrierte absolute Messsystem der Direktantriebe sorgt dafür, dass die Steuerung jederzeit weiß, auf welcher Position die Antriebe stehen – ohne jegliche Referenzfahrt. Ein Wettbewerbsvorteil der Direktantriebe PSD ist, dass dieses Messsystem ohne Batterie – und damit ohne Wartungsaufwand funktioniert. Das Messsystem ermöglicht also eine gute Steuerbarkeit und zugleich einen guten Zugriff aus der Ferne.“

Denn aktuell arbeiten auch Service-Techniker immer häufiger digital, um Probleme an Maschinen zu beheben oder Einstellungen vorzunehmen. Tronrud testet dafür auch den Einsatz sogenannter Augmented Reality Brillen und kann somit den Service-Techniker vor Ort vom anderen Ende der Welt aus unterstützen. Dafür ist lediglich eine gute WiFi- oder Mobilfunkverbindung notwendig.

Die PSD-Direktantriebe verstellen Maschinenachsen und können nicht nur Spindeln, sondern auch Zahnriemen betreiben
Die PSD-Direktantriebe verstellen Maschinenachsen und können nicht nur Spindeln, sondern auch Zahnriemen betreiben

In Zukunft Condition-Monitoring der Maschinenachsen

Um Stillstände beim Verpacken der Lebensmittel zu vermeiden, können künftig auch Parameterwerte über die Buskommunikation gesammelt und ausgewertet werden. Tronrud betreibt die präventive Instandhaltung seiner Maschinen heute vor allem bei den Motoren, die ständig laufen. Um die Schwergängigkeit der Spindeln zu überwachen ist es geplant, auch die Parameterdaten der PSD zu nutzen. Denn gerade in den Endbereichen sind die Spindeln gerne verdreckt und ein höheres Drehmoment ist notwendig, um die richtige Position in der passenden Zeit zu erreichen. Damit unter dieser Last die Antriebe nicht ausfallen, können sie vorab eine Warnmeldung an die Steuerung senden.

halstrup-walcher bietet hier bereits viele Funktionen, die Tronrud für seine Maschinenüberwachung nutzen kann. Auch für die Weiterentwicklung der Direktantriebe besteht ein guter Austausch zwischen beiden Firmen. Um neue Anforderungen zu erfüllen arbeutet halstrup-walcher sehr gerne und sehr intensiv mit Kunden wie Tronrud zusammen. So sprechen Mathias Hils und Kjell Erik Meier offen über neue Trends, weitere Anwendungen zur Automatisierung oder technische Features.

Weiter­führende Informationen

Format­verstellung in

Verpackungsmaschinen

Antriebstechnik

Produktfinder

Predictive Main­tenance

Condition Monioring

Antriebe für Verpackungsmaschinen

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