Weckerle GmbH; Weilheim (Deutschland)
Erschienen in: Special Interpack April 2008

Servosanft einschachteln

Weltmarktführer stellt neuen Kartonierer auf durchgängiges Motion Control-System um

Lippenstifte und artverwandte Kosmetik- bzw. Pharmaprodukte automatisiert in kleine Faltschachteln zu bringen, ist keineswegs profan. Im Sekundentakt müssen diverse Arbeitsschritte und Bewegungsabläufe so präzise wie sicher koordiniert werden. Der führende Hersteller von Kosmetik-Produktionsmaschinen tut dies jetzt mit durchgängiger Automatisierungstechnik aus einer Hand. Dreh- und Angelpunkt ist ein antriebsbasiertes Motion Control-System, das die nötige Performance und Funktionalität kompakt integriert.

Auch Lippenstifte müssen so kosteneffizient wie möglich hergestellt und verpackt werden, wenn die ökonomische Seite der Produktion auf Dauer „gut aussehen“ soll.
Einer, der sowohl die kosmetischen als auch die technologischen Anforderungen des Geschäfts wie kaum ein Zweiter kennt und erfüllt, ist die Weckerle GmbH aus dem oberbayerischen Weilheim. Der weltweit führende Hersteller unter anderem von Produktionsmaschinen für Lippenstifte hat neuerdings auch maßgeschneiderte Kartonierer dafür im Programm. Er bietet damit ein vollständiges Maschinenspektrum vom Compounding der Grundmasse bis zum versandfertig verpackten Produkt.
Eine feste Größe an den meisten Weckerle-Maschinen ist seit langem schon Steuerungs- und Visualisierungstechnik von Siemens. Bei der Entwicklung der neuen Kartonierer waren Zeit und Technologie schließlich reif dafür, neue Wege zu gehen. Nachdem bereits zwei Kartonierer mit einem anderen Antriebssystem gebaut worden waren, haben sich die Oberbayern für einen grundlegenden Neuansatz entschieden. Mit dem antriebsbasierten Motion Control-System Simotion D445 und Umrichtern der darauf abgestimmten, modularen Familie Sinamics S120 von Siemens haben sie die erwünscht performante Steuerungs- und Antriebslösung gefunden.

Von der Durchgängigkeit profitieren
Das war das Hauptargument für die Oberbayern, den Wechsel zu wagen und einen für sie gänzlich neuen Ansatz zu erproben. Mit Unterstützung durch Siemens aus dem nah gelegenen Kempten ist dies in jeder Hinsicht erfolgreich gelungen.
„Entscheidender Vorteil der neuen Lösung ist in der Tat, dass wir künftig alles unter einem Dach haben. Also Logik, Motion Control und Visualisierung auf ein und derselben Software-Plattform projektieren und programmieren können“, so Programmierer Leonhard Habersetzer. Die volle Integration auch der Projektierung des HMI -Systems (in Zukunft Simatic WinCC flexible) ins Engineering-System Scout (für Logik und Motion Control) erspare das bislang übliche Umstecken und Neuladen voneinander getrennter Projekte und vereinfache das Engineering doch erheblich. Auf etwa 30% schätzt der Programmierer den Zeitvorteil mit der integrierten Lösung. Die Arbeit mit dem Engineering-System Scout geht dank der grafischen Unterstützung nach kurzer Einarbeitung schnell und komfortabel von der Hand. So dass schon die nächsten Projekte zügig und sicher in eigener Regie bewältigt werden können.
Die rund 15 Bildmasken umfassende Bedienoberfläche des Kartonierers auf einem Simatic Multi Panel MP370 Touch (zukünftig MP377) fügt sich nahtlos ein ins bewährte und bekannte HMI-Konzept (Farben, Menüführung) anderer Weckerle-Maschinen. Anwender kompletter Linien aus Oberbayern müssen so auch diesbezüglich nicht groß umlernen. Obwohl sie jetzt wesentlich mehr Möglichkeiten haben und (autorisierte Einrichter) auch die Antriebe über das Bedienpanel parametrieren können.
Auf dem Weltmarkt schnell alles aus einer Hand zu bekommen, war für den Global Player Weckerle ein weiteres Argument für den jetzt durchgängigen Einsatz von Automatisierungstechnik made by Siemens. Der Ausrüster ist wie die Endanwender der Maschinen weltweit präsent und kann bei Bedarf schnell Ersatzteile und/oder Support bieten, was Stillstandszeiten minimieren und die Maschinenverfügbarkeit hoch halten hilft.

Alles hört auf ein Kommando

Aufgabe des Kartonierers ist es, die unmittelbar zuvor gefertigten Lippenstifte in Faltschachteln zu verpacken, sprich von einem getakteten in einen kontinuierlich laufenden Prozess zu überführen. Eine besondere Herausforderung sind die filigranen Kartons mit einer Breite von 10 bis 40 mm. Dabei müssen verschiedene Bewegungsabläufe aufeinander abgestimmt werden. Master für (praktisch) alle Bewegungen ist eine im Simotion-System generierte virtuelle Leitachse, an die alle anderen Achsen/Aggregate elektronisch gekoppelt sind:

Der Zubringer übernimmt die Produkte am Auslauf der Vormaschine, und legt sie auf das Doppelketten-Transportband für Produkte (grün) ab. Vertikal- und Querbewegung des Zubringers sind über Einfachlinearantriebe realisiert, während die anspruchsvollere Längsbewegung ein Servoantrieb im Getriebegleichlauf zur virtuellen Masterachse synchronisiert.
Sobald (und auch nur wenn) das zu verpackende Produkt in der Beladelücke liegt, saugt die Absaugung des Schachtelaufrichters mit jeder Umdrehung (maximal 80 pro Minute) einen flachgefalteten Zuschnitt vom Vorratsstapel. Die Ventile zum Umschalten zwischen Saugen und Blasen werden hardwareseitig über schnelle Zeit- und Wegnocken angesteuert. Mit Hilfe einer zweiten Saugvorrichtung (und unterstützt durch einen speziellen Federmechanismus) wird die Schachtel vollständig aufgerichtet und in Aufnahmen auf einem zweiten Transportband (rot) abgelegt.
Wie die jeweils zwei Doppelketten jedes Transportbandes laufen auch die Bänder als Ganzes im Getriebegleichlauf zum Master und somit auch zueinander synchron. Sie werden vor dem Produktionsstart in Grundposition gefahren und anschließend mit dem gleichen Getriebefaktor an den virtuellen Master gekoppelt.
Auch der Produkteinschub bewegt sich in Förderrichtung synchron zu den Transportbändern. Im Normalfall schiebt die Hub-Achse dabei jeweils zwei Produkte vom vorderen in die stirnseitig geöffneten Schachteln auf dem hinteren Transportband. Längs- und Querbewegung dieser Achsen werden im Kurvenscheibengleichlauf zum Master ausgeführt. Die optimierten Stützpunkte für die Kurvenscheiben der ursprünglichen Antriebstechnik konnten mit Hilfe des Engineeringtools CamEdit einfach in Scout übernommen werden. Auch das simple Einschieben der Lippenstifte in die Schachteln wird jetzt elektronisch statt bislang pneumatisch realisiert, um in allen Achsen harmonische und somit Mechanik-schonende Bewegungen zu erreichen. Was außerdem zu einer bemerkenswerten Laufruhe des Kartonierers führt. Nach dem Rückzug der Hub-Achse wird der Produkteinschub zurück in die Ausgangsposition gefahren.
Zu guter Letzt bewegt sich auch der Niederhalter synchron zum Transportband mit den Schachteln und fixiert diese in der Aufnahme. Für Formatänderungen ist die einzige nicht an die virtuelle Leitachse gebundene Achse höhenverstellbar ausgeführt.

Weil sämtliche Achsen mit elektronischen Antrieben bestückt sind, sind Formatwechsel quasi auf Knopfdruck am Bedienpanel möglich und die Umrüstzeit reduziert sich von etwa ein bis zwei Stunden auf wenige Minuten. Ein klarer Vorteil, wo häufigere Produktwechsel die Regel sind.
In Summe werden über die Control Unit CU320 der Simotion D445 elf reale Achsen geregelt, womit das System zu knapp über 40% ausgelastet ist. So bleiben noch ausreichend Reserven für künftige Erweiterungen bzw. leistungsfähigere Maschinenvarianten. Ein einziges rückspeisefähiges Active-Line-Modul versorgt fünf Doppelachs- und ein Einachs-Motormodul der Antriebsfamilie Sinamics S120. Nicht zuletzt dadurch baut der neue Antriebsverband von Siemens ein deutliches Stück kompakter als die Vorgängerlösung, was Platz im Schaltschrank und somit wertvolle Stellfläche spart. Alle Sinamics-Antriebskomponenten sind über einen digitalen Systembus („Drive-Cliq“) untereinander verbunden. Das vereinfacht neben der Verdrahtung auch die Wartung, weil Antriebsdaten in der Control Unit abgespeichert werden und sich Austauschgeräte über ihr elektronisches Typenschild quasi automatisch identifizieren, folglich nicht erst aufwändig neu parametriert werden müssen. Zusätzliche Achsen können bei Bedarf jederzeit nachgerüstet werden.
Die Umrichter der drei Einfachlinearantriebe konnten über die integrierte Profibus-Schnittstelle des Simotion-Systems schnell und einfach angebunden werden.

Projektverlauf nach Maß

Die integrierte Steuerungs- und Antriebslösung von Siemens lief von Anfang an stabil und zuverlässig und hat die Erwartungen des Maschinenbauers sowohl in technischer als auch wirtschaftlicher Hinsicht voll erfüllt. Weckerle kann ein von Anfang bis Ende durchgängiges Produktionssystem anbieten und seine führende Position auf dem Weltmarkt festigen und weiter ausbauen.

Lippenstifte (und mehr) für den Weltmarkt

Weckerle machines ist seit 30 Jahren führend in der Herstellung innovativer Abfüll- und Produktionsmaschinen für die Kosmetik-, Pharma- und Lebensmittelindustrie und der Spezialist für Maschinen im Bereich dekorativer Kosmetik bzw. der Make-Up-Industrie. Auf höchstem Niveau werden die Anforderungen hohe Farb- und Formatwechselfrequenz, Flexibilität, Lifecycle-Costs (LCC) und Anlagenverfügbarkeit erfüllt.
Der Geschäftsbereich Weckerle Cosmetics übernimmt darüber hinaus die kundenspezifische Entwicklung und vollständige Produktion dekorativer Kosmetikprodukte, u. a. von Lippen(pflege)stiften, Eyeliner- und Lidschattenstiften, Nagellacken und dergleichen mehr.
Weckerle hat weltweit (USA, Brasilien, Frankreich, Schweiz, Russland, Deutschland) 500 Mitarbeiter, davon 90 bei Weckerle machines.
Zu den Kunden zählen namhafte Kosmetikkonzerne wie L’Oreal, Christian Dior, Estée Lauder, Max Factor, Maybelline oder Avon. Rund 85% aller Lippenstifte weltweit werden auf Maschinen von Weckerle hergestellt.

Lösungen für Verpackungsmaschinen

08.10.2009