PC-based Control von Beckhoff in der Verpackungstechnik

Steuerung sorgt für weniger Transportvolumen und mehr Nachhaltigkeit

Unmengen an Luft von A nach B zu transportieren, ist weder nachhaltig noch effizient. Dennoch sind viele Pakete zu groß und erhöhen die Portokosten. Das Unternehmen Ranpak hat eine Lösung für dieses Problem entwickelt: Eine Inline-Verpackungsmaschine, die die Höhe des Kartoninhalts misst und an den Seitenwänden exakte Knickkanten und Schnitte setzt, um den Deckel millimetergenau zu falten. Voraussetzung, dass dieses Konzept aufgeht, ist moderne Steuerungstechnik.
 Noel Ritzen (l.) und Paul Spronken vor einer 
Inline-Verpackungsmaschine, die durch PC-based Control und das breite Beckhoff-Portfolio zu 95 Prozent aus standardisierten Teilen besteht.
Noel Ritzen (l.) und Paul Spronken vor einer Inline-Verpackungsmaschine, die durch PC-based Control und das breite Beckhoff-Portfolio zu 95 Prozent aus standardisierten Teilen besteht.Bild: Ranpak

Das niederländische Unternehmen Ranpak ist auf Papierfüll- und Schutzmaterialien für Verpackungen spezialisiert. Nach der Übernahme eines französischen Anbieters für Maschinen zur Höhenreduzierung am Ende von Verpackungslinien beschloss Ranpak, diese Lösung in eine serientaugliche Konstruktion zu implementieren. Das Ergebnis ist die Inline-Verpackungsmaschine Cut’it! Evo. Sie ermittelt die maximale Höhe des Inhalts handelsüblicher Kartons und schneidet dessen Seiten automatisch ab, sodass Laschen aus dem überschüssigen Material entstehen. Anschließend werden die Laschen über die versandfertigen Produkte geklappt und ein Deckel aufgeklebt. Das Ergebnis ist ein leicht zu öffnender, manipulationssicherer Karton mit stark reduzierter Luftmenge im Paket. Damit das auf hohen Durchsatz getrimmte System nicht ins Stocken gerät, werden überfüllte Pakete per Laserscanner erkannt und durchgeleitet. Ein umfassendes Online-Monitoring, inklusive Zugriff auf integrierte Videokameras, sorgt für möglichst hohe Produktivität. Mit einer Kapazität bis 15 Kartons pro Minute eignet sich die Maschine für E-Commerce-Unternehmen oder Logistikbetriebe, die den Durchsatz ihrer Packstraßen steigern und die Versandkosten reduzieren wollen.

 Ranpak nutzt nahezu die komplette Produktpalette von Beckhoff, z. B. einen Embedded-PC CX20x3 mit angereihten Ethercat-Klemmen und das Multiachs-Servosystem AX8000.
Ranpak nutzt nahezu die komplette Produktpalette von Beckhoff, z. B. einen Embedded-PC CX20x3 mit angereihten Ethercat-Klemmen und das Multiachs-Servosystem AX8000.Bild: Ranpak

Per Automatisierung zur Serienfertigung

Weil Ranpak bis zu elf Maschinen gleichzeitig produziert, bedarf es klarer Arbeitsanweisungen, passender Konstruktionszeichnungen sowie einer in Hard- und Software skalierbaren und standardisierten Automatisierungstechnik. Das HMI ist für alle Maschinen identisch und wird lediglich für die unterschiedlichen Funktionen geringfügig angepasst. Auch die eingesetzte Steuerungstechnik von Beckhoff hilft bei der Standardisierung. „Egal ob wir eine einfache Maschine oder große Anlage mit vielen Funktionen automatisieren, wir können immer die gleiche Softwareplattform nutzen und müssen lediglich die Performance des IPC anpassen“, betont Noël Ritzen, Leiter der Abteilung Automation bei Ranpak.

„Die Vorteile der Standardisierung werden sofort sicht- und spürbar, wenn man in größerem Maßstab zu produzieren beginnt“, fährt Ritzen fort. Jede Maschine von Ranpak besteht inzwischen zu 95 Prozent aus Standardelementen und die Programmierung ist eher eine Parametrierung. Rund 50 Anlagen werden pro Jahr gefertigt. Auch die Serviceabteilung profitiert von der Standardisierung. Früher war im After-Sales-Prozess ein erfahrener Ingenieur nötig, um die Probleme eines Kunden zu lösen. Jetzt können Techniker viel einfacher Support leisten und haben leichteren Zugang zu Ersatzteilen.

Durch die Nutzung von Standardkomponenten profitiert der Maschinenbauer auch von deren ständigen Weiterentwicklungen. So etwa bei den Linearführungen, die Ranpak früher selbst entwickelte. Auch mit der Antriebstechnik von Beckhoff spart das Unternehmen viel Entwicklungszeit für die meist von Servomotoren angetriebenen Maschinenfunktionen. „Dadurch können wir die Anlagen besser anpassen als mit herkömmlichen Antrieben“, betont Paul Spronken, Produktmanager Automation bei Ranpak, „Mit inhärenter Positionsrückmeldung der Servoantriebe können wir direkter und präziser steuern und den haben gesamten Prozess besser im Griff.“ Ranpak regelt darüber z.B. die Beschleunigung, um ein Verrutschen der Paketinhalte zu verhindern.

Spezifische Bewegungskurven und intelligente Abläufe lassen sich einfach mit einem Servoverstärker programmieren. Die Produktentwicklung ist daher viel schneller und flexibler als bei älteren Konzepten, bei denen man deutlich mehr in die interne Mechatronik investieren musste. Ranpak nutzt zudem die dezentralen I/O-Box-Module von Beckhoff, in denen alle Sensoren und Aktoren zusammenlaufen und über Ethercat mit der Steuerung verbunden sind. Das reduziert nicht nur die Montagezeit, sondern ermöglicht es, die einzelnen Funktionseinheiten getrennt von der Maschine zu bauen und auf Lager zu legen „So können wir bei Bedarf mehrere Maschinen auf einmal herstellen“, erklärt Spronken. Insgesamt ergebe sich eine überschaubarere Entwicklung, eine schnellere Markteinführung und ein reduzierter Wartungsaufwand.

Rückkopplung aus dem Feld

Für die Erstellung von Analysen und Reports nutzt Ranpak Twincat OPC UA von Beckhoff. „Wir sehen genau, wie sich die Maschinen beim Kunden verhalten, wie ihre Verfügbarkeit ist, bis hin zu Fehlern und deren mögliche Ursachen“, so Spronken. Diese Auswertungen fließen dann in die Wartungsintervalle ein sowie in die Schulung und Beratung der Anwender. Die Mehrheit der Ranpak-Kunden ist im elektronischen Handel tätig. Entsprechend hoch sind die Ansprüche an die Benutzerfreundlichkeit der Anlagen. „Die Bediener erwarten von den Maschinen inzwischen den Benutzerkomfort eines Smartphones“, zeigt Ritzen die Herausforderung an das Maschinen-HMI auf. Twincat HMI biete hier eine Menge an Möglichkeiten hinsichtlich einfacher Bedienung und Design. „Wir wollten die Schnittstelle für alle unsere Maschinen vereinheitlichen. Zu diesem Zweck befinden wir uns jetzt in der Abschlussphase eines völlig neuen HMI. Der Ausgangspunkt ist eine einfache Bedienung“, sagt Spronken.

Die Standardisierung über alle Automatisierungsdisziplinen trägt auch dazu bei, die Markteinführung neuer Produkte zu verkürzen, wie Ritzen bestätigt: „Wenn wir einen Prototyp entwickeln, wollen wir schnell testen, ob er wie vorgesehen funktioniert.“ Daher werden neue Automatisierungskomponenten oft zeitnah benötigt. „Bei Beckhoff funktioniert das unbürokratisch“, versichert Spronken. Wenn Ranpak z.B. eine bestimmte Softwareerweiterung testen will, bietet der Automatisierer kurzfristig technischen Support und stellt Themen wie Lizenzen zurück.

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