Kartonverpackung auf dem Platz von zwei Doppelbetten - Hupe Verpackungsmaschinen

Produktvielfalt und kleine Losgrößen

In vielen Bereichen der produzierenden Industrie wird über die Automatisierung der Produktions- und Verpackungsprozesse nachgedacht, um die man bisher einen großen Bogen gemacht hat. Diese Prozesse sind meistens geprägt durch

eine recht große Produktvielfalt;
oft kleine Losgrößen, so dass oftmals umgerüstet werden muss;
viel Handarbeit und hoher Personaleinsatz.

Wenn die Produktvielfalt und die kleinen Losgrößen nicht gegeben wären, dann würde an dieser Stelle des Produktionsprozesses bestimmt schon ein Automat stehen.

Kartonverpackungsmaschine für Feinkost-Konserven

Ein namhafter Feinkosthersteller hat sich nun diesen Bereich vorgenommen, da er die Produktionsleistung so weit erhöhen will, dass der Mensch als Arbeitskraft überlastet und überfordert wäre. Denn ein erhöhter Personaleinsatz ist wegen der beschränkten Räume (Platz) nicht möglich. Also ist der Feinkosthersteller an die Firma Hupe Verpackungsmaschinen herangetreten, mit der Aufforderung eine passende Verpackungsmaschine zu projektieren und zu fertigen.

Anforderung an die Automatisierungslösung

Folgende Anforderungen sind an die Maschine gestellt worden:

Feinkostkonserven sollen in einen Umkarton verpackt werden
Die Maschine soll die Produktvielfalt von bis zu 30 verschiedene Feinkostkonserven (Dosen, Gläser, Becher, Flaschen) verarbeiten können.
Die Möglichkeit, die Maschine schnell auf Produkte einzustellen, die neu ins Sortiment aufgenommen werden.
Die Maschine soll auch kleine Losgrößen verarbeiten können. Das bedeutet, dass diese nach einer sehr kurzen Umrüstzeit wieder einsatzbereit sein muss (kleiner 8 Minuten).
Eine relativ hohe Produktionsleistung mit bis zu 100 Einzelprodukten/Minute (6000 Produkte/Stunde). Das entspricht bis zu 18 Kartons/Minute (1080 Kartons/Stunde).
Die Maschine muss auf den vorgegebenen, recht kleinen Platz in der vorhandenen Produktionshalle passen (kleiner 8 qm).
Die einbahnig ankommenden Produkte müssen aufgenommen werden.
Die Produkte sollen zu Formierungen 2 x 3 oder 3 x 4 zusammengestellt und dann in 1 oder 2 Lagen in den Karton gesetzt werden.
Der Karton soll mit Heißleim verschlossen werden.

Maschinen, die packen und passen

Bei Hupe Verpackungstechnik ist man bestrebt, Verpackungsmaschinen für den Kunden zu projektieren, die zu dessen Bedürfnissen passen. Dabei wird auf ein in den letzten Jahren entwickeltes Baukastenprinzip zurückgegriffen, dass auf sich ständig in Maschinen wiederholende Strukturen zurückgreift.

Gerade in der Steuerungstechnik und im Softwarebereich sind diese Entwicklungen sehr weit fortgeschritten. „Bei vielen Aufgaben in einer Verpackungsmaschine handelt es sich um Transportaufgaben. Wenn man die Transportaufgabe losgelößt betrachtet, so findet man die Struktur eines Förderbandes. Steuerungstechnisch betrachten wir ein Förderband wie einen Antrieb mit verstellbarer Geschwindigkeit, der also über einen Frequenzumrichter betrieben wird“, erläutert Dipl.-Ing. Dirk Hatje.

Aufgabe in Funktionen zergliedern

Das Projektteam hat die gesamte Aufgabe, welche die Maschine bewerkstelligen soll zunächst in Funktionen zergliedert. Z.B. müssen die Kartonzuschnitte

im Magazin bevorratet werden;
aus dem Magazin vereinzelt werden;
der Kartonzuschnitt muss aufgerichtet werden;
der Boden des Kartons muss verschlossen werden.

Maschine modularisieren

Diese Funktionsketten sind dann mit bisher entwickelten Strukturen verglichen worden, so dass einfache Module identifiziert werden konnten. So wurde die Maschine dann auch aus den folgenden Modulen aufgebaut:

Kartonmagazin zum Speichern der Kartonzuschnitte
Kartonaufrichter
Bodenverschliesser
Befüllstation
Deckelverschliesser
Produkteinlaufband
Produktformierung, wo die einbahnig ankommenden Produkte zu einer Formation (z.B. 3x4) zusammengefasst werden.
Portalroboter mit Manipulator, der die Produkte aus der Produktformierung aufnimmt und dann in den Karton in der Befüllstation setzt.

Baukasten mechanischer und steuerungstechnischer Module

„Diese mechanischen Module finden sich auch in der Steuerungstechnik und der Software wieder. Jedes Modul hat einen eigenen Steuerschaltschrank. Diese sind vom Prinzip her alle identisch. Nur die Menge des Innenlebens wird skaliert, d.h. angepasst. So können von jedem Schaltschrank Sensoren, Ventile, frequenzumrichtergeregelte Motoren oder Servomotoren angesteuert werden. Die Anzahl kann dabei variieren“, führt Dipl.-Ing. Stefan Hupe aus.

„So können wir eine Komponente häufiger fertigen, die Produktionskosten senken und die Arbeit parallelisieren. Denn jeder Modulsteuerschrank besitzt eindeutige Leistungs- und Steuerbusschnittstellen. Über diese können die Module mit der Zentralsteuerung vernetzt werden, welche die Abstimmung zwischen den Modulen vornimmt. Während der Testphase kann jedes Modul auch einzeln eingefahren werden. Und im Servicefall erlaubt die über-sichtliche Modulstruktur eine schnelle Fehler- und Ursachensuche.“

Leicht zu demontieren - leicht zu transportieren - leicht aufzubauen

Alle Module der Maschine sind auf zwei Plattformen befestigt. Der Portalroboter und ein großer Teil der Steuerungstechnik sind dabei nach oben gewandert. Die Maschine ist so gut zugänglich und einsehbar. Beide Plattformen werden für den Transport voneinander getrennt: Vier Passschrauben, einen Pneumatiksteckanschluß und je einen Steckanschluss für den Leistungsbus und den Steuerungsbus lösen.

Plug & Go

Ebenso geschwind wird die Maschine beim Kunden dann wieder aufgebaut. „Wir haben die Maschine in diese beiden Plattformen getrennt, um sie in dem engen Räumen des Kunden leichter zum geplanten Standort transportieren zu können“, meint der Erich Hupe. „Allgemein verfolgen wir das Konzept PLUG & GO. D.h., dass wir die Maschine derart konzipieren, dass wir beim Kunden nur noch den Stecker in die Steckdose stecken, die Schnittstellen zu den vor- und nachgeschalteten Maschinen anpassen und dann auf den Startknopf drücken. Dafür brauchen wir nur wenige Stunden. Damit dies möglich ist, proben wir in unserem Werk die Aufstellung und testen die Maschine auf längere Zeit auf Herz und Nieren, um Kinderkrankheiten und Einfahrprobleme vorher in den Griff zu bekommen.“

Intensiver Test - Gründliche Validierung

So sind alle Produkte und Kartonagen, die auf der Maschine verarbeitet werden sollen, vorher in mehreren Durchläufen im Werk getestet worden. „Wir können es dem Kunden nicht zumuten, ihm eine Baustelle zu liefern, die seine Produktion auf längere Zeit behindert. Daher versuchen wir die Optimierungsphasen Vorort zu reduzieren, indem wir die Produktion in unserem Werk simulieren. Auch das Umrüsten wird von uns selbst mehrfach vorgenommen und dabei werden die Prozesse immer wieder verbessert.“

Intuitives Bedienkonzept

Als Besonderheit der Maschine ist noch das Bedienkonzept zu erwähnen. „Alle Maschinen haben bei uns das gleiche Bedienterminal und die gleiche Bedienart. Kennt man eine Maschine von uns, kann man alle bedienen,“ so Dipl.-Ing. Stefan Hupe.

„Die Bedienung ist sehr intuitiv und greift auf vertraute Bediengewohnheiten und Symbole zurück. So ist auch fremdsprachiges Personal leicht in der Lage, die Maschine zum Laufen zu bringen“. Dies verkürzt den Schulungsaufwand ungemein, was bei der heute leider üblichen hohen Personalfluktuation positiv ist.

Eine Hilfe ist auch die gezielte Störungsanzeige. Leuchten zeigen den Zustand einer Störung an. Auf dem Display steht dann, um welche Störung es sich dabei handelt und was der Anwender tun muss, um diese Störung zu beheben.

Bedienungsanleitung in der Steuerung

„Die Betriebsanleitung wird sozusagen in die Steuerung der Maschine verlegt und durch die Benutzerführung am Monitor ersetzt,“ erläutert Dipl.-Ing. Dirk Hatje. „Eine gründliche und umfangreiche Bedienungsanleitung in traditioneller, gedruckter Form ist aber immer noch eines der wichtigsten Hilfsmittel und wird von vielen Kunden weiterhin ausdrücklich gewünscht.“