Stellantriebe

Gemeinsam abschalten

Produkte gelangen über Positioniersysteme automatisiert und effizient in Verpackungen — in unterschiedlichen Kartonformaten und Stückzahlen. Verkürzte Umrüstzeiten und Flexibilität sind gefordert. Dafür hat Lenord + Bauer eine modulare Powerdrive-Box entwickelt.

21. Februar 2019
Gemeinsam abschalten
Das modulare System ermöglicht Gruppieren und gemeinsames Abschalten von Stellantrieben. (Bild: Lenord + Bauer)

In modernen Verpackungsmaschinen sorgen Positioniersysteme für effiziente und reproduzierbare Formatwechsel. Da die geforderte Produktivität von Verpackungslinien weiter zunimmt, geraten auch die Umrüstzeiten in den Fokus. Deren Reduktion ist ein Dauerthema in der Branche, das mit der Forderung nach mehr Flexibilisierung, geringeren Produktionslosen und besserer Dokumentation der Produktionsprozesse einhergeht. Das Baukastenprinzip stellt hier eine Lösung dar. Lenord + Bauer hat dementsprechend eine modulare Powerdrive-Box entwickelt. Sie bietet eine Plattform für das Automatisieren von Sekundärachsen mit intelligenten Stellantrieben. Bis zu vier Boxen können räumlich verteilt – dezentral – in einer Verpackungsanlage montiert werden. Eine Master-Box enthält hierfür ein CPU- und ein COM-Modul, um mit den weiteren Boxen zu kommunizieren. Für das Projektieren einer Anlage bietet diese Topologie laut dem Unternehmen den Vorteil, dass bis zu 17 Powerdrives über einen Knotenpunkt konfiguriert werden können.

Flexible Auswahl

Mit dem CPU-Modul lässt sich über USB-Schnittstelle oder optional auch über Web-Browser direkt kommunizieren. Unabhängig von der gewählten Echtzeitkommunikation der Anlage können so Parametersätze auf die CPU geschrieben sowie Zustandsdaten gelesen und direkt weiterverarbeitet werden. Insbesondere lässt sich das CPU-Modul für diverse ethernet-basierte COM-Profile wie Profinet, Ethercat, Powerlink, Ethernet/IP und Modbus/TCP auch kundenseitig konfigurieren. Mit der flexiblen Auswahl der COM-Profile hat das Unternehmen einer zentralen Forderung der Anlagenhersteller OEMs Rechnung getragen.

Auch die Anforderungen bei Bestandsnachrüstungen haben die Entwickler berücksichtigt. Für alle COM-Profile stehen die Funktionsblöcke (FB) aus der bewährten Powerdrive-Box GEL 6505 in einer Library zur Verfügung.

Mit den FB kann der Anwender die Stellantriebe bezüglich Positionierung, Geschwindigkeit und Rampenfahrten konfigurieren. Zustandsdaten wie Motorstrom, Absolutposition und Gerätetemperatur sowie Schwellenwerte lassen sich über die Anlagensteuerung einfach verarbeiten. Somit wird nicht nur die grundlegende Auswertung bezüglich des Anlagenzustandes zur vorbeugenden Wartung, sondern auch eine weitere Prozessoptimierung möglich. Damit steigt auch die Produktivität der Anlage.

Optimierter Datenfluss

Die modulare Box entlastet als Sub-System das Kommunikationsnetz der Maschine und optimiert den Datenfluss. Mithilfe des Webservers sind Konfiguration und Diagnose ortsunabhängig möglich. Anlagenparameter wie der Energieverbrauch der eingesetzten Antriebe und aktuelle Zustandsdaten sind verfügbar. Über die Konfiguration verteilter Boxen wird das Gruppieren und gemeinsame Abschalten von Stellantrieben, etwa in Anlagenteilen, optimiert. Für den produktiven Einsatz eines Formatverstell-Systems sind Stellantriebe mit geeigneter Anschlusstechnik unabdingbar. Mit dem Reduzieren auf je ein Hybridkabel vom Antrieb zur modularen Box minimiert sich der Verdrahtungsaufwand. Auch der Platzbedarf, etwa in Schleppketten und im Schaltschrank, verringert sich. Die Leistungsversorgung für den Getriebemotor ist dabei separat im Hybridkabel geführt, sodass Kommunikation und Diagnosefunktionen auch bei abgeschaltetem Motor erhalten bleiben.

Rahmenbedingungen

Besonders bezüglich UL-Anforderungen muss die verwendete Anschlusstechnik definierte Rahmenbedingungen erfüllen, um eine Zulassung und bestimmungsgemäße Verwendung sicherzustellen. Die cULus-Recognized-Component-Zertifizierung aller eingesetzten Komponenten ist in der stark exportorientierten Verpackungsbranche wichtig. Beim Konzipieren der modularen Box haben die Entwickler deshalb die bewährten und UL-zertifizierten Lösungen des aktuellen Formatverstell-Systems übernommen.

Die Antriebe wurden bereits nach der aktuellen Norm UL61800–5–1 zugelassen, welche im Februar 2016 in Kraft getreten ist und die bisher gültige Norm UL508C spätestens im Februar 2020 vollständig ersetzt. Bis da gilt für Altzulassungen ein Bestandsschutz, während für Neuzulassungen seit 2016 die neue Norm herangezogen werden muss. Das hat besonders für 24-V-basierte Formatverstell-Systeme starke Auswirkungen, da die neue Norm deutlich höhere Sicherheitsanforderungen an Antriebssysteme stellt. Auch 24-V-Stellantriebe bis 100 Watt werden damit formal als Power Circuits deklariert.

Zudem greifen neben den Anforderungen der UL-Norm auch implizit die Anforderungen der NFPA79 (National Fire Protection Agency). Hier sind für Power Circuits in Produktionsanlagen spannungsunabhängig Leistungsquerschnitte von mindestens 14 AWG für den Geräteanschluss vorgeschrieben.

Bei den Stellantrieben selbst ist eine wesentliche Funktion die elektromotorische Einstellung der Geländerbreite. Damit bezeichnet man die seitliche Begrenzung eines Transportbandes. Eine hohe Dynamik ist hier unerwünscht, jedoch sind ein erhöhtes Losbrechmoment sowie eine Positions- oder Zustandsrückmeldung nötig.

In einigen Produktionsbereichen sind zusätzlich staub- und spritzwasserdichte Gehäuse gefordert. Die integrierten Antriebe von Lenord + Bauer kombinieren 24-V-BLDC-Motoren, Getriebe, Endstufe, Buskommunikation und einen Multiturn-Absolutwertgeber in einem kompakten Gehäuse der Schutzklasse IP67.

Bei fünf Newtonmeter Nennmoment liegt die Einbautiefe unter 100 Millimeter. Die Motoren lassen ein erhöhtes Losbrechmoment zu. In anderen Bauformen sind Edelstahl- oder Aluminiumgehäuse sowie das Integrieren einer kompakten Bremse auf der Motor-B-Seite möglich. Für reproduzierbare Einstellungen ist es wichtig, wie präzise ein Antrieb sein Ziel anfährt.

Bei typischen Antriebsachsen sind ein inkrementelles Gebersystem auf der B-Seite des Motors und ein Getriebe auf der A-Seite montiert. Das inkrementelle Gebersystem wird zum Kommutieren des Motors und Positionieren verwendet. Der zusätzliche Multiturn-Absolutwertgeber an der Getriebeabtriebswelle ermöglicht bei den Powerdrives eine Positioniergenauigkeit von meist 50 Mikrometern an Spindelachsen. Referenzfahrten entfallen.

Besonderheit

Bereits das etablierte Formatwechsel-System erfüllt grundlegende Marktanforderungen zu flexibler Kommunikation, einfacher Anschlusstechnik und kompakten Stellantrieben, so der Hersteller. Eine Besonderheit ist die durchgängige cULus-Recognized-Component-Zertifizierung nach aktuellen Standards für den Bereich Factory Automation Equipment.

Mit der Entwicklung der modularen Box wird nun eine intelligente Systemlösung realisiert, die neue Funktionen zur Anlagen- und Kostenoptimierung bietet, so das Unternehmen. Die einfache Auswahl diverser COM-Profile via Software und die dezentrale Topologie der Boxen würden einen wesentlichen Beitrag zur Vernetzung von Komponenten und Maschinen liefern.

Erschienen in Ausgabe: 01/2019