Das Unternehmen des hier beschriebenen Beispiels ist auf die Entwicklung und Fertigung von Verarbeitungs- sowie Verpackungsmaschinen in der Tabakindustrie spezialisiert. Bei dieser Lösung handelt es sich um eine Neuentwicklung bei den Übereinschlagmaschinen. Dabei werden je nach Vorgabe fünf bis 13 Tabakbeutel zu einem Gebinde verpackt. Der Endanwender kann aus drei verschiedenen Verpackungsmaterialien wählen: Zellophanfolie in klar oder entsprechend der Firmenvorgaben bedruckt, Papier oder Kartons. Im Vergleich zu früheren Maschinen dieses Typs verpackt der neue Gebindepacker die Beutel kleiner zusammen. Der Tabakwarenhersteller spart somit Umverpackung und senkt aufgrund des kleineren Volumens Kosten für Lagerung und Transport. Die Verpackung verläuft in drei Schritten. Die Tabakbeutel werden über ein Transportband liegend zugeführt. Ein sogenanntes Aufrichtband sorgt für eine aufrechte Position der Beutel, die entsprechend der vorgegebenen Einstellung zu Gruppen zusammengestellt werden. Schließlich sorgt die Maschine im Revolver für den Einschlag der Beutel in das gewählte Verpackungsmaterial. Beim Ausschieben bringt das System ein Etikett an.
Konstruktion der Maschine
Um den steigenden Anforderungen der Kunden gerecht zu werden, entschloss sich das Unternehmen, eine neue Verpackungsmaschine zu konstruieren. Wesentlicher Gesichtspunkt dabei war es, Gebinde aus verschiedenen Verpackungsmaterialien auf einer Maschine herzustellen. Außerdem sollte die Verpackungsleistung gesteigert werden. Dazu war es notwendig, die Spannung in der Verpackungsbahn besser kontrollieren zu können. Außerdem sollte die Installation und der Austausch der Getriebemotoren im Fehlerfall einfach und effektiv erfolgen. Das Unternehmen entschied sich für den Antrieb des Staubandes, das die Zuführung der Tabakbeutel übernimmt, sowie den Bobinenantrieb für eine Gesamtlösung mit Danfoss Frequenzumrichtern und Getriebemotoren. Ein weiterer Getriebemotor übernimmt den Antrieb des Aufrichtbandes. Danfoss konnte die Anforderungen, die in einem Katalog für die Maschine definiert und gefordert waren, erfüllen – auch durch die Entwicklung einer kundenspezifischen Anpassung der Frequenzumrichterserie. So entstand ein kompakter Umrichter der VLT AutomationDrive FC 301-Baureihe, der neben dem kleinen, aber trotzdem modularen Gehäuse auch den \’Sicheren Stopp\‘ nach EN954-1, Kategorie 3 beherrscht. Das Gerät wird den in der ersten Maschine noch eingesetzten FC 302 in der Serienproduktion ablösen.
Übergeordnete PC-Steuerung
Eine übergeordnete PC-Steuerung übernimmt die Kontrolle innerhalb der Maschine. Sie ist es auch, die je nach Kundenvorgabe – z.B. Anzahl der Beutel, verwendetes Material und Gebindegröße – die VLT Frequenzumrichter parametriert. Mittels Profibus-Kommunikation überträgt die Steuerung die Parameter in zwei Schritten auf die Umrichter: Im ersten Schritt setzt sie sie auf die Werkseinstellung zurück. Erst im zweiten Schritt erfolgt die Parametrierung gemäß notwendiger Steuergrößen für den Verpackungsprozess. Dieser Ablauf sichert einen jederzeit definierten Ausgangszustand und die korrekte Einstellung für den Produktionslauf. Insgesamt ergibt sich durch den frequenzgeregelten Bobinenantrieb in Verbindung mit der Pendelregelung ein wesentlich präsziserer Lauf und eine konstantere Vorspannung des Verpackungsmaterials, sei es Zellophan oder Papier. Der Aufbau der Maschine, der Steuerung sowie der Frequenzumrichter erlaubt auch im Fehlerfall einen schnellen und einfachen Austausch. Die Umrichter sind mit steckbaren Klemmen ausgestattet, so dass ein Austausch innerhalb kürzester Zeit erfolgen kann – eine aufwändige Neuverdrahtung bis auf Klemmenebene entfällt. Die Parametrierung über Profibus sorgt daran anschließend für die passende und korrekte Einstellung. Die Produktion kann sofort weiter laufen.
Baukastenprinzip
Danfoss bietet mit dem VLT AutomationDrive FC 300-Konzept eine \’One Drive for all\‘-Lösung, die zwei Baubereiche umfasst. Beide haben ein modulares und offenes Systemdesign, wodurch die Frequenzumrichter variabel und erweiterbar werden. Sie sind in Grenzen frei programmierbar. Die grafische Anwenderschnittstelle unterstützt weltweite Sprachen und Schriftzeichen. Mit der Einführung des VLT AutomationDrive FC 301 Anfang 2005 wurde die Plattform erweitert. Sie deckt das Spektrum vom Hilfs- über den Standard- bis hin zum Servoantrieb an Maschinen und Anlagen ab. Mit dem FC 302 und seinem kleinen Bruder FC 301 existiert eine einheitliche Gerätevariante mit gleicher Verdrahtung und Parametrierung. So können beide Gerätereihen die verfügbaren Optionen mit Ausnahme der C-Option, die nicht am FC 301 angeschlossen werden kann, verwenden. Der modulare Aufbau ermöglicht die Anpassung an die Applikation. So zahlen Anwender nur die Funktionen, die sie wirklich benötigen und erhalten ein fertig montiertes und geprüftes Gerät. Zudem macht der modulare und offene Aufbau alle Geräte der FC 300-Plattform zukünftig variabel und erweiterbar. Auch der kleine FC 301 ist ein vollwertiges Mitglied der VLT AutomationDrive Serie. Als Steuerfunktion greift er auf die VVC+ Vektorregelung zurück. Wie der FC 302 hat er integrierte EMV-Filter und Zwischenkreisdrosseln, ebenso wie der Smart Logic Controller mit frei programmierbarer Ablaufsteuerung und Logikregeln. Zur Kommunikation mit der Außenwelt ist standardmäßig in alle Geräte eine USB- und eine RS485-Schnittstelle integriert und durch weitere optionale Feldbusmodule wie Profibus, DeviceNet oder CanOpen erweiterbar. Die hier zukünftig eingesetzte Lösung ist eine Sonderausführung und bietet in einem kleinen Gehäuse viele Eigenschaften des Gesamtsystems. So ist nur aufgrund der Baugröße die Erweiterbarkeit eingeschränkt. Dafür bietet der FC 301 in der kleinen Ausführung den integrierten \’Sicheren Stopps\‘ nach EN954-1, Kategorie 3. Im vorliegenden Fall wird er genutzt, um die gesamte Maschine mittels Gruppierung der Antriebe schnell und einfach stillzusetzen. Die Anlage erhält eine schnelle Reaktions- und Wiederanlaufzeit, da der Frequenzumrichter nicht komplett energielos geschaltet werden muss. So wird der zeitaufwändige Prozess des Ent- und Beladens des Zwischenkreises gespart. In Zukunft könnte sogar das bisher noch integrierte Netzschütz entfallen.
