Maschinen-Footprint um 60 % reduziert
Dank IO-Link wird die Anlage effizienter und deutlich platzsparender
Industrie: Lebensmittel- und Verpackungsindustrie | Kunde: Triangle Package Machinery
Um den Anforderungen der Kunden nach kleineren, effizienteren Maschinen gerecht zu werden, die auch den Anforderungen an hygienisches Design entsprechen, suchte die Triangle Package Machinery Company nach zwei Lösungen in einer. Das Unternehmen mit Sitz in Chicago, das vertikale Form-, Füll- und Verschließmaschinen vor allem für die Lebensmittelverpackungsindustrie herstellt, integrierte die IO-Link-Steuerungsarchitektur und Sensoren von Balluff in seine neue Compact Sanitary Bagger (CSB)-Maschine, um die Maschinen- und Steuerungsarchitektur zu vereinfachen. Durch die Integration von IO-Link von Balluff konnten sie den Platzbedarf, den Verkabelungsaufwand und die Größe der Schalttafel deutlich reduzieren, die hygienischen Eigenschaften verbessern und die Wartungsfreundlichkeit ihres neuesten modularen Maschinendesigns erhöhen.
In der Verpackungsindustrie kostet Stellfläche Geld. Je breiter die Maschine, desto weniger Linien können betrieben werden. Triangle Package Machinery, ein in Chicago ansässiger Hersteller von vertikalen Form-Füll-Siegel-Maschinen, stand vor einer einzigartigen Herausforderung, die ihm seine Kunden aus der Salatindustrie stellten. Die Untersuchungen von Triangle bei seinen Kunden ergaben, dass diese eine hohe Produktionsrate pro Linie benötigten, aber eine geringere Maschinengeschwindigkeit, damit das Blattgemüse schön in den Beutel fallen konnte. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, entwickelte das Forschungs- und Entwicklungsteam von Triangle den neuen Compact Sanitary Bagger (CSB), der schmal genug ist, um zwei Maschinen pro Linie in einer Doppelkonfiguration zu installieren.
Triangle kennt die Anforderungen der Lebensmittelverpackungsindustrie sehr gut. Ein hygienisches Design ist ein Muss, daher entschied sich das Triangle-Team für einen soliden, vollständig verschweißten Edelstahlrahmen mit Rundstangen, damit sich nirgendwo Produktreste ansammeln können. Der Schaltkasten der bestehenden vertikalen Form-Füll-Siegel-Beutelverpackungsmaschinen (VFFS) von Triangle befindet sich auf einer Seite des Rahmens. Diese Konfiguration war für die Reinigung und Wartung von Vorteil, machte die Maschine jedoch etwa 60 Zoll breit. Die Konstruktion einer schmaleren Maschine erforderte einen anderen Ansatz.
Drei Unternehmen wurden für ein Ausschreibungsverfahren ausgewählt, die über die Technologie und den Support verfügten, um Triangle bei der Umsetzung eines neuen Designs zu unterstützen. Das Unternehmen entschied sich für Balluff. Balluff verfügt über eine große und wachsende Bibliothek von IO-Link-Sensoren, und der gute Ruf des Supports von Balluff machte diese Wahl zu einer sicheren Entscheidung. Ausschlaggebend war jedoch der IO-Link-Master-Geräteblock aus Edelstahl mit Schutzart IP69K von Balluff. Mit einem E/A-Block, der die Anforderungen von USDA/3A erfüllte, konnten einige Komponenten aus dem Schaltschrank herausgenommen und auf die Maschine verlegt werden.
„Normalerweise sind Steuerkästen größer als nötig“, sagt Wolf, Forschungs- und Entwicklungsleiter bei Triangle. „Der Steuerkasten, den wir normalerweise verwenden, ist nicht vollständig ausgelastet, wenn Sie eine Standardmaschine kaufen. Wenn Sie jedoch einen Reißverschlussapplikator oder (andere) Funktionen hinzufügen, kommen drei oder vier Servos hinzu, und dann ist der Steuerkasten voll ausgelastet.“ Das erklärt die große schwenkbare Steuerbox, die zur Standardausstattung der großen VFFS-Beutelverpackungsmaschinen von Triangle gehört.
Diese Optionen erfordern eine Verkabelung, einschließlich Kabeln, die früher in den Steuerkasten führten. Durch die Verwendung des Edelstahl-Masterblocks und der Edelstahl-Hub von Balluff konnte Triangle die Anzahl der Kabel, die in den Steuerkasten führen, von 40-50 auf etwa 25 reduzieren. Dadurch konnte die Größe des Steuerkastens um 50 % reduziert und dieser im Inneren der Maschine montiert werden. Dank der Erweiterbarkeit von IO-Link können optionale Funktionen hinzugefügt werden, ohne dass zusätzliche Kabel zum Steuerkasten verlegt werden müssen, weder bei der Erstmontage noch bei einer Nachrüstung. Triangle verfügt nun über einen Standard-Steuerkasten, der in Stückzahlen produziert und auf Lager gehalten werden kann, wodurch sich die Montagezeit verkürzt.
Mit einem minimierten Steuerkasten konnten sie den CSB mit einer Breite von nur 36 Zoll bauen und dennoch einen 13 Zoll breiten Beutel herstellen. Der CSB ist etwa 60 % so breit wie das bestehende XM-Modell und stellt einen Beutel her, der 90 % so groß ist. Das Design hat auch die Ergonomie des CSB verbessert. Die Standard-Auslauffhöhe wurde erhöht, damit der CSB in hygienische Förderbänder integriert werden kann, die höher über dem Boden liegen müssen.
„Wir arbeiten jetzt mit dem Verständnis, dass so gut wie jede Steuerbox speziell für den Kunden entwickelt wird, der diese Maschine gekauft hat. Wenn Sie sich also vorstellen können, dass Sie jedes Mal, wenn Sie eine neue Konfiguration haben, neue elektrische Zeichnungen und neue Stücklisten benötigen, können Sie sich ein Bild von der Komplexität der Konstruktion und Montage dieser Maschinen machen. “ Und es gibt eine Vielzahl von Konfigurationen: Zu den Standardoptionen gehören Kühlung, Entlüfter, Deflektoren, Stager und Schnittstellen zu Etikettierern oder Datierern sowie Sonderoptionen wie Ultraschallversiegelung, drei Arten von Siegelbacken, drei Arten von Motoren, Registrierung, Bahnkantenerkennung und Stapelleuchten. Die Anzahl der Varianten kann in die Zehntausende gehen.
Das CSB ist für die Installation von zwei Maschinen nebeneinander ausgelegt. Diese Doppelkonfiguration nutzt die verfügbare Stellfläche optimal aus. Außerdem können Kunden aus der Salatindustrie eine einzige Waage über zwei Maschinen platzieren, sodass sie jede Maschine mit 60 bis 70 Beuteln pro Minute betreiben können, was einer Gesamtleistung von bis zu 140 Beuteln pro Minute entspricht.
IO-Link ermöglichte es Triangle, eine Maschine mit diesen Funktionen und Abmessungen zu entwickeln, aber die Entscheidung für IO-Link war keine ausgemachte Sache. IO-Link ist ein offener Standard, sodass IO-Link-Produkte von vielen verschiedenen Unternehmen entwickelt werden. In dieser Hinsicht ähnelt es USB, aber viele andere offene Standards wurden vom Markt nicht vollständig angenommen und verloren an Unterstützung. Das Team von Triangle kam zu dem Schluss, dass IO-Link ein ausgereifter Standard ist und dass der IO-Link-Markt ausgereift genug ist, um sich dafür zu entscheiden. Die Breite des IO-Link-Portfolios von Balluff trug zu dieser Entscheidung bei.
Ein weiterer attraktiver Aspekt von IO-Link ist, dass analoge Signale ohne nennenswerte zusätzliche Kosten hinzugefügt werden können. Die Verkabelung wird an einen Hub angeschlossen, anstatt zum Steuerkasten geführt zu werden. Dies ermöglicht zusätzliche Optionen und zukünftige Erweiterungen der Steuerungen, ohne dass der Steuerkasten neu konstruiert werden muss. Darüber hinaus eröffnen die über IO-Link gesendeten digitalisierten Daten neue Möglichkeiten zur Problemlösung.
Ein Beispiel für die Fähigkeit von IO-Link, Konfigurationen in Rezepte umzuwandeln, ist der Tänzerarm, der die richtige Spannung der Verpackungsfolie aufrechterhält, wenn diese von der Rolle abrollt. Bei der bisherigen Methode von Triangle kam ein analoger Sensor zum Einsatz, der bei der Erstinstallation vom Servicetechniker konfiguriert werden musste. Der Techniker musste die physische Position des Sensors ändern, um die Ausgangsposition zu kalibrieren. Mit einem Balluff IO-Link-Sensor am Luftzylinder zieht der Techniker, der die Maschine montiert, den Tänzer in eine Position und klickt auf „Teach“ – fertig ist die Einrichtung. Da ein IO-Link-Sensor den gesamten Hub des Zylinders misst, entfällt die manuelle Einrichtung des Sensors.
IO-Link ermöglicht die Diagnose auf Geräteebene, sodass Benutzer beispielsweise erfahren, wenn ein Fotosensor verschmutzt ist. Triangle nutzt die IO-Link-Daten zusätzlich, um Diagnosedaten über die Maschine als Ganzes zu sammeln. Der Back-Seal-Zylinder des CSB wurde mit einem Positionssensor ausgestattet, was in der Vergangenheit aufgrund der hohen Kosten nicht möglich gewesen wäre. Durch die Verwendung eines Zylinders mit Positionssensor konnte Triangle die Back-Seal-Baugruppe neu konstruieren und die Einrichtung vereinfachen, wenn die Beutelgröße geändert und das Formrohr ausgetauscht wird. Darüber hinaus können sie damit die Betriebsgeschwindigkeit und die Konsistenz der Siegelzeit besser überwachen als zuvor.
„Wenn wir einen undichten Zylinder entdecken, können wir dies mithilfe der Sensoren erkennen und den Kunden benachrichtigen, damit er den Zylinder austauschen kann“, so Wolf.
Die Position, an der der Zylinder anhalten soll, ist je nach Größe des Luftzylinders unterschiedlich. Triangle hat einen kontinuierlichen Sensor hinzugefügt, damit Kunden die Dichtungszeit, einen kritischen Parameter, über den gesamten Bereich überwachen können, ohne die Hardwarekonfiguration ändern zu müssen, wenn das Formrohr ausgetauscht wird. „Der Programmierer überwacht tatsächlich die Zeit, in der die Versiegelung mit der Folie in Kontakt ist, was der kritischste Parameter ist. Ohne den Sensor muss man darauf vertrauen, dass sich das Ventil bewegt. Aber hier haben wir die Bestätigung“, sagte Wolf. Ohne den Sensor, der diese Informationen liefert, wäre ein Servomotor erforderlich.
Mit der Weiterentwicklung des SPS-Programms der Maschine werden weitere Funktionen für die vorausschauende Wartung verfügbar sein. Das bedeutet, dass die Support-Mitarbeiter von Triangle, wenn ein Kunde Hilfe benötigt, eine Fernverbindung herstellen und den Status der Maschine einsehen können, ohne physisch vor Ort sein zu müssen. So kann die Fehlerbehebung innerhalb von 30 Minuten erfolgen, anstatt darauf zu warten, dass jemand zum Kunden fliegt oder fährt.
Für Wolf klingt die Bezeichnung „CSB“ als intelligente Maschine wie Marketing-Jargon, und Triangle hat noch nicht alle Vorteile von IO-Link erkannt. Auch die Kunden sind nicht alle gleichermaßen bereit, die Vorteile des Industrial Internets of Things zu nutzen. Manchmal herrscht die Auffassung, dass mehr Technologie die Bedienung der Maschine erschwert oder mehr Schulungen erforderlich macht.
Das neue „Smart Machine Ready”-Design von Triangle ist bereits eine Verbesserung für das Team von Triangle. Und wenn die Endnutzer bereit sind, alle Funktionen zu nutzen, wird das Unternehmen bereit sein, ihnen mit den IO-Link-Lösungen von Balluff zu helfen, schneller und effizienter zu arbeiten.