Präzise und schnell gesteuert
Spezialist für Spritzgusstechnik verkürzt mit elektrischer Steuerung Zykluszeiten in der Deckelfertigung
In der Herstellung von Kunststoff-Verschlusskappen kommt es vor allem auf zwei Dinge an: Geschwindigkeit und Präzision. Spritzguss-Spezialist Weener Plastik GmbH (WPPG) hat gemeinsam mit Eaton eine Lösung auf Basis der elektrischen Steuerung XV-102 entwickelt, die eine einfache und passgenaue Parametrierung des Werkzeugs zum Verschließen der frisch gespritzten Verschlusskappen ermöglicht. Dabei steuert die Eaton-SPS zwei Servoantriebe sehr schnell und präzise. Diese Fähigkeit spart bei WPPG jetzt viel Zeit und Geld.
Bild: EatonDie Weener Plastik GmbH mit Hauptsitz in der gleichnamigen Kleinstadt in Norddeutschland ist ein global agierendes Unternehmen mit insgesamt 31 Standorten und mehr als 2.000 Mitarbeitern weltweit. Der Spritzguss-Experte entwickelt und produziert Kunststoffverpackungen für verschiedene Märkte und Abnehmergruppen, insbesondere für die Kosmetikbranche und die Lebensmittelindustrie. Dabei gilt das Unternehmen als Spezialist für kundenspezifische Lösungen. Das ist vor allem der Tatsache geschuldet, dass die Ostfriesen einer der wenigen Verschlusskappen-Hersteller am Markt sind, der am deutschen Stammsitz eigene Werkzeuge für Spritzgussmaschinen fertigt. Diese ermöglichen es, an allen Standorten weltweit kundenspezifische Wünsche wie spezielle Design-Details, Farben oder Oberflächen kurzfristig umzusetzen.
Bild: EatonAlles eine Frage der Technik
Und so funktioniert der Fertigungsprozess einer Verschlusskappe: Die Spritzgussmaschine presst die zweiteilige produktspezifische Form fest zusammen, wobei Anpressdrücke von rund 350t anliegen. Dann wird der flüssige Kunststoff mit einem Druck von bis zu 2.000bar eingespritzt, wobei aus einer Form beispielsweise 24 Verschlusskappen entstehen. Besonders kritisch ist der letzte Prozessschritt, bei dem die in offenem Zustand gefertigte Verschlusskappe präzise verschlossen werden muss. Dieser Vorgang ist deshalb anspruchsvoll, weil das Material abhängig von Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Farbe unterschiedlich schrumpft. Außerdem kann es beim Schließvorgang selbst leicht zu Materialbeschädigungen kommen. Der gesamte Fertigungsprozess dauert pro Verschlusskappe im Durchschnitt etwa 10-12s. Den Schließvorgang übernimmt ein spezielles Werkzeug, die Deckelleiste. Bislang kamen zur Betätigung der Deckelleiste energie- und verschleißintensive pneumatische oder hydraulische Systeme zum Einsatz, mit denen nur Endlagen (oben oder unten) gefahren werden konnten. Damit sich der Deckel stets sauber schließt, muss die Deckelleiste individuell für jedes Produkt angepasst werden. Ist das System nicht perfekt eingerichtet, so entsteht gerade durch die heftige Schlagbewegung ein hoher Ausschussanteil. Bisher war die WPPG bei Produktadaptionen oder neuen Produktlinien daher gezwungen, jeweils neue Werkzeuge zu fertigen und durch langwierige Tests mit verschiedenen mechanischen Varianten an die Anwendung anzupassen. Im Falle hydraulischer Lösungen kam außerdem noch die Gefahr von Öl-Lecks hinzu, was bei der Fertigung von Verschlüssen für die Lebensmittel- oder Kosmetikindustrie problematisch sein kann. Aufgrund der wachsenden Kundennachfrage nach effizienteren, voll elektrischen Maschinen entschloss sich die WPPG, auch seine Werkzeuge Schritt für Schritt auf elektrische Steuerungen umzustellen. Den Anfang macht die Deckelvorrichtung. Partner ist die Firma Eaton.
Bild: EatonJetzt wird's elektrisch
Das Ergebnis der gemeinsamen Entwicklung: Jetzt steuert die HMI/PLC XV-102 von Eaton, die sich gemäß dem weltweit etablierten Codesys-Standard programmieren lässt, simultan zwei elektrische Servoantriebe zur Positionierung der Deckelleiste. Einer übernimmt die vertikale Bewegung und einer die Rotation. Die Steuerungs- und Visualisierungseinheit kann nun eine Sollkurve vorgeben, über die die Antriebe mit maximaler Geschwindigkeit und in den kritischen Bereichen besonders feinfühlig und präzise den Schließvorgang durchführen. Mit einer Taktung von weniger als 2ms gleicht die Steuerung die Soll- und Ist-Positionen beider Antriebe miteinander ab und bestimmt präzise die weitere Positionierung der Deckelleiste. Über den 7"-Touchscreen können Kurvenpositionen, Beschleunigung, Geschwindigkeit und Bremsbeschleunigung für jede Position der Servoantriebe vorgeben werden. Auf diese Weise ist es möglich, passgenaue anwendungsspezifische Verdeckelungskurven zu erstellen. Das wiederum führt zu einer höheren Präzision in der Positionierung der Deckelleiste und folglich zur gesteigerten Effektivität im Verschlussprozess. "Durch die Parametrierbarkeit wird jedes Werkzeug universeller einstellbar und für den Anwender leichter zu bedienen. Die zeitaufwändigen und kostenintensiven mechanischen Tests entfallen. Ohne den überdurchschnittlichen Einsatz des Eaton Service- und Applikationsentwicklungsteams wäre diese einmalige Lösung nie zustande gekommen", meint Marc Vogel, verantwortlich für die elektrische Konstruktion bei der WPPG.
Bediener- und wartungsfreundlich
Speziell für den Datenaustausch mit den beiden Servoreglern hat Eaton einen Kommunikationsbaustein in die XV-102 integriert, der die Kommunikation direkt über CAN ermöglicht. Der Datenaustausch mit der Verriegelung der Schutztür, den Positionssensoren oder zwischen dem Werkzeug und der Spritzgussmaschine erfolgt über Eatons modulares I/O-System XI/ON, das mit einem CAN-Feldbuskoppler ausgestattet ist. Das Codesys-Programm hat Eaton in enger Zusammenarbeit mit der WPPG eigens für die Anwendung entwickelt. Es erlaubt Servicetechnikern weltweit einfache Möglichkeiten zur Bedienung sowie Parametrierung, sollten sich Kenngrößen wie Material oder Farbe des Kunststoffs ändern. Auch die Wartung vereinfacht sich durch die neue Steuerung. Beispielsweise kann in einer grafischen Übersicht der Status der angeschlossenen Komponenten anhand farblicher Anzeigen einfach überprüft werden. Damit lassen sich mechanische und elektrische Störungen im Prozessablauf leichter identifizieren und schneller effektive Gegenmaßnahmen ergreifen. Zudem gibt das System auf Basis eines Zykluszählers eine Hinweismeldung, sobald die Servomotoren turnusmäßig geschmiert werden müssen. Die Techniker haben dann zehn Tage Zeit, die Wartungsarbeiten vorzunehmen. Sollte dies nicht geschehen, schaltet die Maschine ab, bis die Wartung vorgenommen und die Steuerung wieder freigegeben wird.
Kosten, Zeit und Energie sparen
Die XV-102 löst als schlanke Automatisierungslösung die anspruchsvolle Aufgabe der simultanen Steuerung der hoch getakteten Servoantriebe der Deckelvorrichtung auf effiziente Weise: Zykluszeiten, Ausschuss und Energieverbrauch reduzieren sich, Flexibilität und Produktivität steigen, der Verschleiß an der Maschine nimmt ab, und die Anwendung ist ölfrei. Mittlerweile sind 16 Spritzgussmaschinen mit der elektrisch gesteuerten Deckelleiste in Betrieb und die Eaton-Steuerung ist zum Standard für die Ausrüstung neuer Maschinen für verschiedenste Anwendungen in der gesamten Weener Gruppe geworden. "Immer mehr Kunden wünschen sich energieeffiziente Maschinen - in unserem Fall voll elektrische Spritzgussmaschinen. Als erster Anbieter am Markt ist uns die Entwicklung einer elektrischen Deckelvorrichtung gelungen. Wir haben errechnet, dass sich durch die Umstellung von Hydraulik auf ein teilelektrisches System mit Eaton-Steuerung bis zu 65% des Energieverbrauchs einsparen lässt", freut sich Günter Rieken, globaler Manager Produktion bei der WPPG. "Durch das hervorragende Preis-Leistungsverhältnis der XV-102 und die vielfältigen Vorteile im täglichen Betrieb rentiert sich die Investition in das neue System. Bei einem Test mit zwei baugleichen Maschinen, eine mit hydraulischem und eine mit elektrischem Verschlusswerkzeug, ergab sich alleine durch die kürzeren Zykluszeiten eine Amortisationszeit von nur sechs Monaten. Daher möchten wir den eingeschlagenen Weg gerne weiter gehen und weitere Prozessschritte in die Eaton-Steuerung integrieren."
In der Herstellung von Kunststoff-Verschlusskappen kommt es vor allem auf zwei Dinge an: Geschwindigkeit und Präzision. Spritzguss-Spezialist Weener Plastik GmbH (WPPG) hat gemeinsam mit Eaton eine Lösung auf Basis der elektrischen Steuerung XV-102 entwickelt, die eine einfache und passgenaue Parametrierung des Werkzeugs zum Verschließen der frisch gespritzten Verschlusskappen ermöglicht. Dabei steuert die Eaton-SPS zwei Servoantriebe sehr schnell und präzise. Diese Fähigkeit spart bei WPPG jetzt viel Zeit und Geld.
Bild: EatonDie Weener Plastik GmbH mit Hauptsitz in der gleichnamigen Kleinstadt in Norddeutschland ist ein global agierendes Unternehmen mit insgesamt 31 Standorten und mehr als 2.000 Mitarbeitern weltweit. Der Spritzguss-Experte entwickelt und produziert Kunststoffverpackungen für verschiedene Märkte und Abnehmergruppen, insbesondere für die Kosmetikbranche und die Lebensmittelindustrie. Dabei gilt das Unternehmen als Spezialist für kundenspezifische Lösungen. Das ist vor allem der Tatsache geschuldet, dass die Ostfriesen einer der wenigen Verschlusskappen-Hersteller am Markt sind, der am deutschen Stammsitz eigene Werkzeuge für Spritzgussmaschinen fertigt. Diese ermöglichen es, an allen Standorten weltweit kundenspezifische Wünsche wie spezielle Design-Details, Farben oder Oberflächen kurzfristig umzusetzen.
Eaton Industries GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 11 2014 - 29.10.14.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
