Kompaktservos ersetzen Hydraulik

Blow-Mold-Maschinen erhöhen Output von PET-Flaschen
Im Jahr 1978 beginnt die PET-Flasche ihren Siegeszug in der Getränkeindustrie. Coca-Cola brachte sie auf den Markt, heute kommen in Deutschland über 80% der kohlensäurehaltigen, nicht-alkoholischen Getränke in ihr in den Handel, 34% aller Getränke weltweit. Pro Jahr werden in Europa gut 12Mrd. Gebinde hergestellt, bis 2015 können dies laut einer Studie von PIRA International bis zu 17Mrd. Stück sein. Das erfordert eine präzise, zuverlässige und effiziente Produktionstechnik. Dabei können Kompaktservomotoren eine entscheidende Rolle spielen. Sie stellen eine schnellere, flexiblere und energieeffizientere Antriebslösung im Vergleich zu den heute noch häufig eingesetzten Pneumatik-Lösungen dar.

PET-Flaschen werden aus Rohlingen, sogenannten Preforms auf Streckblasmaschinen hergestellt. In der Anlage sind sie meist direkt vor den Abfüllstationen installiert. Sie heizen den Preform in einem Ofen auf die spezifizierte Verarbeitungstemperatur von ca. 100°C auf. Dabei verändert sich die Molekülstruktur des Materials, und der Preform lässt sich formen. Vom Ofen aus gelangen die warmen Rohlinge an das Blasrad der Streckblasmaschine, das die eigentliche Formung übernimmt. Dazu fixiert die Anlage die Rohlinge in Blaswerkzeugen, formt sie aus und kühlt sie anschließend ab. Die Blasstation öffnet sich, und eine fertige Flasche verlässt die Maschine. Während des Streckblasvorganges hält die Maschine den temperierten Preform am oberen, als Gewinde ausgeformten Ende und bläst ihn mit Druckluft gegen die Innenwand des Blaswerkzeugs (Mold) auf. Sie führt dabei eine Druckluftlanze, die sogenannte Reckstange, von oben in den Preform ein und streckt diesen in der Länge. Gleichzeitig erfolgt das Aufblasen in mehreren Stufen. Die erste, der Reckvorgang, benötigt Drücke von 5 bis 10bar, die zweite Stufe für die endgültige Form erhöht dann den Druck auf bis zu 35bar. Eine exakte Abstimmung und Reproduzierbarkeit des Druckprofils und der vertikalen Bewegung sind – vor allem bei dünnwandigen Behältern – Voraussetzung für die Qualität des Blasprozesses und somit für die Qualität der fertigen Flasche. Bisher erfolgte die Vertikalbewegung überwiegend pneumatisch oder mit mechanischen Kurven. Hier bieten Kompaktservos, wie sie der VLT Integrated Servo Drive ISD410 darstellt, folgende Vorteile: – durchgehende Kontrolle von Position und Geschwindigkeit der Reckstange, und damit Sicherstellung eines optimalen und reproduzierbaren Reckvorganges – mehr Flexibilität in Bezug auf die Fertigung von Behältern verschiedener Größen auf einer Maschine, da Reckhub und Reckgeschwindigkeit unabhängig von der Maschinendrehzahl sind – kein mechanisches Justieren mehr – signifikante Reduzierung des Druckluftverbrauchs durch Wegfall der pneumatischen Vertikalbewegung – erhöhte Ausbringung: Über 2.000 Flaschen pro Blasstation und Stunde Kompaktservo-Lösung als Ersatz für Pneumatik Eine Realisierung dieser \’elektronischen Reckstation\‘ kann auf Basis eines dezentralen Kompaktservos erfolgen, beispielsweise mit dem dezentralen Servoantrieb ISD410 von Danfoss. Er sorgt mit einer Kugelumlaufspindel für die präzise Bewegung der Reckeinheit. Unterschiedliche Flaschenformate lassen sich über die elektrische Bewegungssteuerung anpassen, was in der Praxis nur eine Änderung der Parameter für das Verfahrprofil erfordert, aber keinerlei sonstigen Umbau. Die dezentralen Servoantriebe basieren auf Synchronmotoren mit Permanentmagneterregung. Motor und Elektronik sitzen in einem Gehäuse. Die Abtriebsdrehzahl von 500 bis 1.500U/min ermöglicht einen Direktanbau an die Spindel, ein Getriebe entfällt. Als Rückführung stehen dem Anwender Resolver und Absolutwertgeber, Single- oder Multiturn zur Verfügung. Im Falle einer Unterbrechung der Spannungsversorgung der Antriebe werden die Reckstangen durch die optionale magnetische Haltebremse in Position gehalten, um ein Absinken der Reckstange auf den Werkzeugboden zu verhindern. Da alle Achspositionen jederzeit bekannt sind, kann die Maschine bei Neustart ohne Referenzfahrt sofort weiterfahren, wobei sie in einer Leerfahrt alle in der Blasstation erkalteten Rohlinge ausfördert. Die Speisung der ISD410 Antriebe erfolgt über ein Versorgungsmodul im Schaltschrank, das eine 300VDC-Spannung erzeugt. Diese stellt die Versorgungsspannung der über diesen Zwischenkreisverbund in der Applikation eingesetzten ISD410 Antriebe dar. Dem Spannungsversorgungsmodul ist eine Anschlussbox nachgeschaltet, die neben Vor- und Entladeschaltung zusätzliche Kondensatoren zur Erhöhung der Zwischenkreiskapazität sowie die Anschlusstechnik enthält, die DC-Spannung und CAN-Bus in einem Hybridkabel zusammenführt. Die Ansteuerung der ISD410 erfolgt mittels Loop-Kabeln, die von Motor zu Motor weitergeschleift werden (Daisy Chain). Bessere Energiebilanz durch Nutzen der Bremsenergie Das vorgestellte Servosystem bietet gerade auch in der Energiebilanz Vorteile. Da sich Drehtisch-Applikationen auf dem Maschinenteller im Kreis bewegen, sind nicht alle im Gesamtsystem eingebauten Servoantriebe zur gleichen Zeit aktiv. In der Streckblasmaschine arbeitet immer ein Teil der Antriebe motorisch (Beschleunigung der Vertikalbewegung), während ein anderer Anteil der Antriebe generatorisch die Drehzahl verringert (Abbremsen der Vertikalbewegung). Durch den gemeinsamen DC-Bus steht die gewonnene Bremsenergie dem beschleunigenden Antrieb zur Verfügung. So muss im Idealfall die eingespeiste Leistung lediglich die Verlustleistungen der Motoren und der mechanischen Komponenten kompensieren. Ein weiterer Aspekt liegt in der Anordnung der Systemkomponenten. In Turntable-Maschinen fahren Teile der Maschinensteuerung im Kopfteil der Maschine auf dem rotierenden Teil mit. Das Danfoss-System braucht nur die Anschlussbox auf dem rotierenden Teil. Es ist nur jeweils eine Schleifringübertragung für Leistung und Steuersignal notwendig, was sich in der Praxis bereits bewährt hat. Intelligenz integriert: Bewegungssteuerung läuft autark Die ISD410 Servoantriebe sind \’intelligente\‘ Antriebe, das heißt ein übergeordneter Masterrechner verwaltet die Servoantriebe, die Bewegungssteuerung läuft autark im DSP direkt im Antrieb. Eine Skalierung erfolgt über die Anzahl der Servoantriebe und nicht über die übergeordnete Steuerung, was hohe Freiheitsgrade bezüglich der Flexibilität und des übergeordneten Mastersystems bietet. Gerade in den Streckblasmaschinen spielt die Anzahl der Achsen für den Applikationsaufwand fast keine Rolle mehr, da alle Antriebe die gleiche Bewegung ausführen. Über den Kurven- editor kann der Anwender die Bewegungsabläufe erstellen, editieren, erweitern und verwalten. Dabei sind eine Änderung und eine Beeinflussung der Bewegung im laufenden Betrieb möglich. Komplexe Kurvenfunktionen speichert der Servoantrieb in Koeffizientenform von Polynomen. Durch die integrierte Intelligenz berechnen die Servoantriebe zeitnah die Bewegungssteuerung. Den notwendigen Leitwert erhalten sie direkt vom Geber über CAN oder alternativ über die Danfoss Encoder-Box. Sie erzeugt Geberwerte mit Zeitstempel, die einen synchronen Kurvenbetrieb ermöglichen. Einfache Verkabelung und schnelle Inbetriebnahme Das Verkabelungskonzept der Kompaktservos bringt deutliche Vorteile. Die Möglichkeit, mittels Loopkabel Steuerung und Versorgung an den Antrieben durchzuschleifen, reduziert den Verdrahtungsaufwand drastisch. Zudem schließen die vorkonfektionierten Kabel mögliche Verdrahtungsfehler aus. Für eine einfache Inbetriebnahme und Projektverwaltung dient dem Anwender die ISD Toolbox. Hier kann er Servoparameter editieren und speichern. Zudem bietet die Toolbox weiterführende Funktionen, wie beispielsweise eine Tracefunktion für jeden Servoantrieb. Weitere Funktionen wie Servoantriebe steuern, Kurvendownload, Projekte und Einzelachsen kopieren sowie verschiedene Reglertools runden das Angebot ab.

Danfoss GmbH
http://www.danfoss.de

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