Regelungstechnik

eingereicht von

Inhaltsverzeichnis

TOC \o "1-9" \t "Überschrift 9;9;Überschrift 8;8;Überschrift 7;7;Überschrift 6;6;Überschrift 5;5;Überschrift 4;4;Überschrift 3;3;Überschrift 2;2;Überschrift 1;1" \h1 Deckblatt………………………………………………………………………….. 1

2 Inhaltsverzechnis................................................................................................... PAGEREF _Toc388216010 \h 2 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F0054006F0063003300380038003200310036003000310030000000

3 Ehrenwörtliche Erklärung………………………………………………………3

4 Einleitung………………………………………………………………………….4

5 Zusammenfassung..……………………………………………………………..5

6 Beschreibung der wichtigsten produktionsrelevanten Bauteile………...6

7 Steuerterminal………………………………………………………………......16

8 Antrieb- Brushless-Motor……………….………………………………….....17

9 Lebensmittelhygiene und Auswirkungen in der Praxis………….……...18

10 Wartung und Ersatzteilbestellung…………………………………………..19

11 Schlussbemerkung…………………………………………………………….19

12 Quellennachweis……………………………………………………………….20 13 Anhang……………………………………………………………………………2 PAGEREF _Toc388216023 \h 2 08D0C9EA79F9BACE118C8200AA004BA90B02000000080000000E0000005F0054006F0063003300380038003200310036003000320033000000

5 Zusammenfassung

Funktionsprinzip und Aufbau der horizontalen Endlos-Verpackungsmaschine von CAVANNA, Modell Zero5

Diese Maschine ist für die Verpackung von Lebensmitteln und anderen Verpackungsgütern in verschiedenen Abmessungen (Formaten) und in einstellbaren Mengen mit Heißsiegel-oder Kaltsiegelfolie vorgesehen. Das von mir beschriebene Modell ist wie folgt ausgestattet:

⦁ Zufuhrvorrichtung

⦁ Längsversiegelung

⦁ Querversiegelung

⦁ Rollenhalterung

⦁ Entladevorrichtung

Die Maschinenkonfiguration wurde im Hinblick auf eine hohe Modularität ausgelegt und verfügt daher über eine ausgeprägte Flexibilität bei der Produktverarbeitung.

Die Steuerung des Produktzyklus erfolgt mit eigens dafür vorgesehenen, bedienerfreundlichen Befehls-und Kontrolleinrichtungen.

Nachstehend die schematische Darstellung der grundlegenden Maschinenkonfiguration des Modells ZERO05 mit den wichtigsten Komponenten, aber ohne optionale Zusatzeinrichtungen.

Abbildung 1

ALM entspricht der Zufuhrvorrichtung, PBB beschreibt die Rollenhalterung, ROT die Längsversiegelung, CRM die Querversiegelung und USC die Entladevorrichtung, an der der Produktausstoß stattfindet.

Produktionsvorgang:

Auf der Rollenhalterung befindet sich eine Rolle, von der die Verpackungsmaschine a) die Folie abzieht und anschließend b) damit das Produkt einwickelt. Die Zubringung des zu bearbeitenden Produkts geschieht mit einer Zufuhrkette, die mit Mitnehmern ausgestattet ist. Für die schlauchförmige Umhüllung des foliierten Produkts sorgt der sogenannte Formschuh. Nachdem das Produkt umwickelt ist, werden die unteren Folienränder an der Längsversieglung versiegelt. Die restliche Versiegelung geschieht mit der Querversiegelung, wobei diese auch für die Produkttrennung, d.h. die Produkte werden voneinander getrennt, verantwortlich ist. Anschließend werden die einzelnen Produkte in den Auslaufbereich befördert.

3 Beschreibung der wichtigsten produktionsrelevanten Bauteile

ALM – ZUFUHRVORRICHTUNG

Besteht aus:

⦁ aus einem automatischen Beschickungssystem

⦁ und einem Ausstoß, für den Ausstoß von nicht phasengerechten Produkten

Abbildung 2 Zufuhreinrichtung

Diese Zufuhrvorrichtung sorgt für den Transport des Produkts vom Beschickungsbereich bis zum Entladebereich. Zu diesem Zweck ist das Gerät mit einer Mitnehmerkette(1A) ausgestattet. Der Kettenantrieb erfolgt über einen Brushless-Motor (2A), wobei die Bewegung über ein Riemensystem übertragen wird. Die Mittnehmer (1B) sind auf der Transportkette in gleichen Abständen eingekoppelt sind und es gibt einen eingebauten Sensor, der das Maschinennullpunkt-Signal überträgt und auf diese Weise für die richtige Synchronisierung sorgt. Diese Mitnehmer befördern das zu verpackende Produkt in regelbaren Seitenführungen (1C) entlang der Gleitfläche bis zum Former. Der fest verbaute Formschuh ist formatgebunden und somit gibt es für die verschiedenen Produkte unterschiedliche Formschuhe. Dieser kann mit einem 10-stellingen Kenncode dem jeweiligen Format zugewiesen werden. Die Folie wird zwischen den Metallwänden des Formschuhs mitgenommen und wickelt sich über die von der Zufuhrvorrichtung zugeführten Produkte. Nach Erreichen des Formschuhs erfolgt der Transport, in dem die Verpackungsfolie das Produkt mitnimmt.

Antrieb: Brushless-Motor

PBB – Rollenhalterung

Besteht aus:

⦁ Doppelrolle

⦁ Abwickelachse

Abbildung 3 Rollenhalterung

Die Folienzufuhr erfolgt manuell, d.h., die Folienrollen werden auf die Spindel (1A) der Rollenhalterung aufgesetzt und die Folienabwicklung selbst erfolgt über eine vorgegebene Bahn über Spannwalzen (1D), die auch für die Spannung der Folie sorgen. Hier gibt es einen eingebauten optischen Sensor, Type Datalogic, TLµ-Serie mit M-12 Steckeranschluss. Die Spannwalzen sind mit einem Schwenkarm (1F) gekoppelt und die Axialausrichtung der Spindel übernimmt ein verstellbarer Flansch (1B).

Unzureichende Folienspannung: In diesem Fall wird die Rollenspindel abgebremst. Diese Bremsung geschieht, in dem das Bremselement (2C) mit einer Scheibe (2D) in Kontakt gebracht wird. Ein Hebelsystem (2A) und ein pneumatischer Bolzen (2B) leiten die Bremsung in Form einer Rückwärtsbewegung des Spannarms ein.

Folienende: Der oben erwähnte Sensor erkennt das Folienende, löst den Maschinenstillstand aus und gibt dies dem Bedienpersonal in Form einer Meldung am Steuerterminal weite bzw. wird der Betrieb mit einer zweiten Folienrolle fortgesetzt. Nun kann manuell wieder eine Folie zugeführt werden.

Folieneintrittswinkel: Es besteht die Möglichkeit den Schwenkarm und die Walzen mit einem Handrad zu betätigen und so den Eintrittswinkel in den Formschuh einzustellen.

Die Abwickelwalze kommt zum Einsatz, wenn eine Feinabstimmung der Folienabwicklung, wie beispielsweise bei hohen Abwickelgeschwindigkeiten und großen Folienbreiten, erforderlich ist.

Antrieb: Brushless-Motor

ROT – Längsversiegelung mit Absaugung

Die Längsversiegelung ist die zentrale Einheit bei der Produktbearbeitung, befindet sich unter der Förderebene und besteht aus einer Reihe von zylindrischen, senkrecht angeordneten Radpaaren mit gegenläufiger Drehbewegung, die von einem Brushless-Motor über ein Riemensystem angetrieben werden.

Sie führt nicht nur die Längsversiegelung durch, sondern bestimmt auch die Transportgeschwindigkeit der Folie. Die Geschwindigkeit wird von der Folienlänge, die bei jedem Zyklus der Querversiegelung geschnitten wird, bestimmt.

Der Versiegelungsvorgang selbst erfolgt durch die Temperatur und den Druck, der von den gegenläufigen Siegelrädern ausgeübt wird.

Das erste Siegelradpaar (3A) wird nicht beheizt und verbindet in der Siegeleinheit die Laschen und den Folieneinzug. Das Öffnen des ersten, pneumatisch gesteuerten Siegelradpaars kann manuell erfolgen. Dazu wird der dafür vorgesehene Wahlschalter betätigt.

Abbildung 4 - Längsversiegelung der Verpackungsmaschine Mod. ZERO5 mit dem ersten Siegelradpaar (3A) sowie dem zweiten Siegelradpaar (3B) in der schematischen Darstellung

Die Öffnung des Siegelradpaars bietet den Vorteil, dass das Einführen der Folie vereinfacht wird. Die Stärke des Folieneinzugs richtet sich nach der Querneigung des ersten Radpaares. Dadurch liegt die Folie straff am Produkt an.

Diese Siegelradpaare sind unabhängig voneinander über thermostatgeregelte Heizwiderstände beheizbar und die am Steuerterminal vorgegebene Betriebstemperatur kann auf diesem abgelesen werden. Dadurch können jederzeit die Vorgaben eingehalten und, falls beispielsweise ein Temperaturanstieg zu verzeichnen ist, entsprechende Gegenmaßnahmen getroffen werden (Sensoraustausch, wenn die Temperatur zu hoch ist, Tausch des Heizstabs bei zu niedriger Temperatur)

Abb. 5 Längsversiegelung der Verpackungsmaschinen Mod. ZEROS. 4 A und B zeigen die Siegelradpaare, 5 Das Terminal, 6 plastische Darstellung der Siegelradpaare

Folienverformung: Um dem entgegenzuwirken, werden bei jedem Maschinenstillstand die Räder über ein automatisches System auf pneumatischem Weg abgestellt.

Das Siegelradpaar (6) bildet die Faltvorrichtung und führt die seitliche Faltung der versiegelten Längsnaht durch. Die Faltungsausrichtung ist beliebig regelbar, da in diesem Fall nur die Position des Siegelradpaars auszutauschen ist.

Während der Längsversiegelung saugt die Absaugeinheit Luft aus der Verpackung an. Dadurch wird die Produktform optimiert. Die in die Maschine integrierte Baueinheit besteht aus einer Unterdruckpumpe (1A) mit Schalldämpfer und Luftfilter (1B). Die Verbindung Motor-Filter erfolgt über eine flexible Leitung (1C), die Leitung (1D) sorgt für den Anschluss des Filters an den Saugflansch (1E) zwischen dem ersten und zweiten Rad. Es gibt zwei Flanschtypen. Einen rechteckigen für die Beseitigung von Krümeln und einen Längsflansch, der zum Einsatz kommt, wenn keine Krümel vorhanden sind.

Antrieb. Brushless-Motor

Abbildung 6 Absaugeinrichtung

CRM – QUERVERSIEGELUNG mit Faltenbalg

Abbildung 7 Querversiegelung der Verpackungsmaschine

Die Querversiegelung unterteilt die schlauchlosen Endverpackungen. Das geschieht mit zwei gegenläufigen Backen (1A), die waagrecht zum Materialstrom verbaut wurden. Die Beheizung dieser Siegelbacken erfolgt durch eingebaute thermostatgeregelte Heizwiderstände.

Während der Versiegelung wird das Produkt fixiert und zu diesem Zweck ist an der unteren Welle ein mit Messern versehenes Stützrad eingebaut. Wie schon bei der Längssiegeleinheit wird die Beheizung der Siegelelemente über das Terminal auf der Bildschirmsete für das Temperaturmanagement der Heizelemente vorgegeben und angezeigt.

Der Antrieb (2 A) erfolgt über einen dafür vorgesehenen Brushless-Motor, der die Bewegung auf beide Backenwellen überträgt. Dies geschieht durch einen bedienerseitig angebrachten, verkleideten und dadurch geschützten, Zahnradtrieb (1 D).

Die Drehzahlsteuerung der Backen geschieht elektronisch über die Steuernocken. Dadurch kann die Umfanggeschwindigkeit auf die Foliengleitgeschwindigkeit in der Versiegelungs-und Schneidephase reguliert werden.

Dabei handelt es sich um eine grundlegende Maschinenfunktion, die für eine ordnungsgemäße Verpackung sorgt.

Da die Backen beim Versiegeln und Schneiden mit der Verpackung in Berührung kommen, müssen sie bei der Drehbewegung eine Umfangsgeschwindigkeit haben. Diese entspricht der Foliengeschwindigkeit und somit wird die Folie weder zerquetscht noch ausgedehnt.

Es gibt drei verschiedene Backentypen:

⦁ Einzelbacke

⦁ Doppelbacke

⦁ Dreifachbacke

deren Profile entweder mit einer Querrillung oder Längsrillung versehen sind.

Wichtig ist der Zeitraum zwischen den Versiegelungen, denn dieser sollte der Zeitspanne zwischen den Produkteinläufen entsprechen, das heißt, Versiegelungstakt = Einlauftakt. Das wiederum bedeutet, dass der Querversiegelungszyklus mit der Zufuhrgeschwindigkeit abgeglichen werden muss.

Der Faltenbalg, Modell AST, drückt während der Versiegelung die Folienseiten zusammen, wodurch die Produktaußenmaße verringert werden. Das Zusammendrücken erfolgt mit Seitenfingern (1A), die von Kurbelgruppen (1B) geführt werden. Abbildung 2 zeigt den Motorantrieb über einen Ketten/Ritzelantrieb (2A).

Antrieb.Brushless-Motor

Abbildung 8 Faltenbalg, Modell AST

USC – AUSLAUF

Besteht aus:

⦁ Produktausstoß

⦁ Losbürsten/motorisierte Bürsten

⦁ Verpackungs-und Gewichtskontrolle

Nach dem Abschluss der Versiegelungsarbeiten werden die Verpackungen von der Förderbändern (1A) genommen und eventuell weiter befördert.

Der Antrieb der Förderbänder (1A) erfolgt wieder durch einen Brushless-Motor (2A) über einen Riemenantrieb (2B), die beide in der nachstehenden Abbildung zu sehen sind.

Abbildung 9 Auslauf

Bei der Verpackungs-und Gewichtskontrolle handelt es sich um ein optionales Modul, das am Auslauf angebracht wird und mit einer speziellen Verwiege-Einheit (PS) versehen ist. Eine erfolgreiche Ausführung der Gewichtskontrolle setzt voraus, dass die Verpackungen die Verwiege-Einheit in einem voreingestellten Mindesttakt erreichen. Dieser spezielle Takt wird durch drei, in der Maschine integrierte Vorrichtungen verwirklicht:

⦁ motorisierte Bürste (1A)

⦁ zusätzliches Förderband (1B)

⦁ Auslauf-Förderband (1C)

Der Antrieb erfolgt über einen eigenen Motor (2A) mit Riemenantrieb (2B). Das Synchronisierungssignal (Gleichlaufsignal) mit der Verwiege-Einheit kommt vom Encoder (2C).

Antrieb: Brushless-Motor

Abbildung 10 Auslauf mit Verpackungs-und Gewichtskontrolle

7 STEUERTERMINAL (HMI-Bedienerschnittstelle)

Die Maschinensteuerung erfolgt über das Steuerterminal und besteht aus einem Hauptschalter, Hauptsteuerpaneel, Hilfssteuereinrichtungen, Zusatzsteuerpaneel, Melder-Leuchten und dem Display (Sensorbildschirm), mit denen die folgenden Aufgaben erfüllt werden können: Ein/Aus-Schalten, Druckknopf für den manuellen Folienvorschub, Schlüsselwahlschalter für erweiterten Programmiermodus, Start-Druckknopf, Druckknopf-Rückstellung, Druckknopf-Stopp und der Not-Aus-Taste.

Am Bildschirm selbst können die verschiedenen mit der Verpackungsmaschine im Zusammenhang stehende Bildschirmseiten aufgerufen werden.

8 Antrieb-Brushless-Motor

Abbildung 11

Es handelt sich um einen Elektromotor, der mit Gleichstrom betrieben wird bzw. um einen Generator, der mechanische Energie in Gleichstrom umwandelt.

Er besteht aus einem unbeweglichen Teil, dem Stator, und einem beweglichen Teil, dem Rotor. Bei herkömmlichen Gleichstrommaschinen besteht der Stator aus einem Elektromagneten. Bei herkömmlichen Maschinen wird der Rotor auch als Anker bezeichnet, wobei es sich um einen Elektromagnet handelt.

Vorteile: gutes Anlaufverhalten und Regelbarkeit.

Nachteile: Durch die Bürsten entsteht das sogenannte „Bürstenfeuer“ (Strom durchquert den Anker und es kommt zur Magnetfeldbildung. Dieses verstärkt das Hauptfeld auf der einen Seite des Leiters und schwächt es auf der anderen. Insgesamt führt dies dazu, dass sich der neutrale Bereich, in dem die Polung des Stromes umgeschaltet werden muss, etwas verspätet in Drehrichtung verschiebt. Da sich aber der Stromwender nicht anpasst, liegt zu dem Zeitpunkt des Umschaltens noch eine Induktionsspannung an den Kohlebürsten an und es kommt zum Funkenschlag), das hochfrequente Störungen erzeugt. Diese Störungen werden im Motorbetrieb wieder in das Leitungsnetz eingespeist, wodurch andere elektrische Verbraucher gestört werden können. Ferner sind der Drehzahl Grenzen gesetzt, da die Bürsten bei hohen Drehzahlen heiß laufen und verschleißen. Beim Brushless-Motor (Bürstenloser Motor) wird dies umgangen, da der Motor aus Permanentmagneten und der Stator aus mehreren Elektromagneten besteht. Die Rotorlage wird durchgehend gemessen und die Elektromagneten werden im Stator dementsprechend umgewandelt. Im Prinzip handelt es sich um eine Synchronmaschine mit einer einfachen Umrichterelektronik.

Aufbau:

Die Ankerwicklung wird um den Stromwender, der als Polwender fungiert, gewickelt.

Die Kontakte (Bürsten) des Stromwenders sind so aufgebaut, dass sie während der Drehung ständig die Polung der Ankerwicklung wechseln. Sie bestehen aus einem elektrischen gut leitenden Material, das sich während des Betriebs leicht abreibt und damit selbst „schmiert“. Damit ist die Drehbewegung sichergestellt.

9 Lebensmittelhygiene und Auswirkungen in der Praxis

Die Lebensmittelsicherheit muss durch die eigenverantwortliche Festlegung geeigneter Maßnahmen gewährleistet sein. Dies setzt die EG-Richtlinie 93/43/EWG in nationales Recht um und gilt für alle Betriebe, die Lebensmittel gewerbsmäßig, also gegen Entgelt, herstellen, behandeln und in Verkehr bringen. Das betrifft jeden Lebensmittelbetrieb, angefangen vom Würstelstand bis hin zum größten Nahrungsmittelkonzern.

Es werden 2 Grundpflichten herausgestellt:

⦁ Einhaltung hygienisch einwandfreier Bedingungen unter Beachtung von Mindestanforderungen

⦁ Gewährleistung der Lebensmittelsicherheit durch eigenverantwortliche Festlegung geeigneter Maßnahmen unter Nutzung des HAACP-Konzepts.

Dazu kommen zusätzlich noch die Verordnungen des IFS (Internationaler Lebensmittelstandard), sowie bei uns innerbetrieblich die Übernahme des japanischen Produktionskonzepts von TOYOTA, genannt S5.

Die IFS legt die Hygienerichtlinie fest und ist eine Zusammenfassung der gesetzlichen Anforderungen an die Lebensmittelindustrie.

Die HACCP ist ein vorbeugendes Konzept zur Gefahrenfeststellung bei der Fertigung, Verarbeitung und dem Verkauf von Lebensmitteln. Betriebskontrollen konzentrieren sich dabei auf die Kontrolle der betrieblichen Eigenkontrolle. Eigenkotrollen sollen mögliche gesundheitliche Gefahren nicht im Nachhinein durch Behörden, sondern im Sinne der Vorbeugung durch die Unternehmen ausgeschlossen werden. Die HAACP wirkt ergänzend zu den innerbetrieblichen Hygienemaßnahmen. Die Voraussetzung dafür ist ein zweckmäßiger Hygieneplan bzw. sind geregelte Verantwortlichkeiten.

Daraus ergeben sich zwei Punkte:

⦁ Produktsicherheit

⦁ Produktschutz.

Die Produktsicherheit richtet sich gegen die unbeabsichtigte Verunreinigung physikalischer (Schmuck, Schrauben usw.), biologischer (Bakterien, Insekten usw.) und chemischer (Reinigungsmittel, Farben usw.) Natur.

Der Produktschutz richtet sich gegen eine willentliche Verunreinigung. Dazu gibt es a) ein Alarmsystem und b) ein Meldesystem. Bei ersterem besteht eine Prüfpflicht (Prüfung der Rohstoffe und Verpackungen bei Wareneingang, Prüfung der Fertigware vor der Auslieferung, usw.). Das Meldesystem gibt Richtlinien für betriebsfremde Personen/Besucher (Beispielsweise Arbeitskleidung, Haarnetz, usw.), Meldung von auffälligem Verhalten usw. vor, es besteht eine Meldepflicht.

Der Nutzen ergibt sich für den Verbraucher durch eine erhöhte Produktsicherheit und für die Unternehmen in geringen Haftungsrisiken.

Ferner betreffen die Hygienerichtlinien die Sauberkeit der Personalgarderoben, Privatkleidung und der Arbeitskleidung.

10 Wartung und Ersatzteilbestellung

Es handelt sich um ein wartungsarmes und wartungsfreundliches Gerät, das einer regelmäßigen Schmierung bedarf. Durch die gute Typisierung und Kennzeichnung der einzelnen Bauteile kann eine Ersatzteilanforderung problemlos durchgeführt werden.

11 Schlussbemerkungen

Die Beschreibung der Verpackungsmaschine der Fa. Cavanna S.p.A., Modell05, erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Ich habe mich im Wesentlichen auf die Teile beschränkt, mit denen ich täglich zu tun habe.

Zum einen handelt es sich bei dieser Produktionsstraße um eine sehr zielgerichtete, pragmatische Einrichtung, zum anderen besticht sich durch ihren modularen Aufbau.

Es gibt zahlreiche optionale Vorrichtungen, mit denen dieses Modell aufgerüstet werden kann, wodurch sich eine beträchtliche Erhöhung der Flexibilität ergibt.

Diese Flexibilität spielt eine äußerst wichtige Rolle und äußert sich beispielsweise durch eine einfache Softwareanbindung, ergonomische Bedienung, reinigungstaugliche Geräte ohne aufwendige Vorbereitung, integrierte Wiegemöglichkeiten und eine hohe und schnelle Verfügbarkeit.

Dadurch kann heutzutage der Zeitaufwand in der Produktion und Verpackung erheblich reduziert werden.

Die Fabrikautomatisierung kann grob in vier ineinander greifende Ebenen unterteilt werden:

- Anzeigen/Erfassen – durch Bediengeräte, Sensoren, Detektoren

- Steuern – durch Controller, Ventile, Softwareseitig

- Antriebe – elektrisch, pneumatisch

- Greifmechanismen – mechanisch, Vakuum

Diese Funktionseinbindung führt zu erhöhter Produktivität bei geringerem Installationsaufwand.