In über 60 Ländern produzieren Unternehmen mit Entnahmesystemen und Automatisierungslösungevon Ilsemann in Bremen. Dabei bilden Dünnwandverpackungen und Food Service einen Schwerpunkt.
[Entnahmesystem/Drehachse]

SEW2244_Entnahmesystem: Diese Drehachse hat auf jeder Seite acht Ablageplätze. Für einen 8er-Satz fährt der Entnahmeroboter zweimal in die Spritzgussmaschine. Anschließend dreht die Achse um 180 Grad und gibt die acht Becher weiter.

[Becher]

SEW2206_Plastikbecher: Dünnwandige Becher aus Kunststoff werden in der Lebensmittelindustrie häufig verwendet.

[SEW-Servomotoren am Portal]

SEW2230_Servomotor: Servoantriebe von SEW-Eurodrive sorgen im XYZ-Portal von Ilsemann Automation für koordinierte Bewegungen. Im Bild: der Motor für eine Achse des Entnahmesystems.

[weitere SEW-Komponenten]

SEW2394b_Schaltschrank: Der Schaltschrank beherbergt die Antriebsregler der Baureihe Movidrive modular für die Servoachsen von SEW-Eurodrive. Links daneben sind die PES-Module angeordnet.

[Personen]

SEW0713_Torben_Uebel: Vertriebsingenieur Torben Uebel erläutert: „Mit unserem PES (Power and Energy Solution) – System können unsere Kunden die Betriebssicherheit und -verfügbarkeit ihrer Anlagen sicherstellen und außerdem erhebliche Kosten für Energie und Installationsmaterial einsparen.“

In über 60 Ländern produzieren Unternehmen mit Entnahmesystemen und Automatisierungslösungevon Ilsemann in Bremen. Dabei bilden Dünnwandverpackungen und Food Service einen Schwerpunkt.

Dünnwandige Kunststoffbecher kommen in der Lebensmittelindustrie reichlich zum Einsatz. Die Ansprüche an die Spritzgusstechnik hinsichtlich Produktivität, Effizienz und Verfügbarkeit sind angesichts der Millionenstückzahlen hoch. Dieses Anforderungsprofil gilt ebenfalls für die Entnahmetechnik, welche die fertigen Becher aus der Spritzgießanlage entnimmt. Ilsemann Automation setzt für diese Aufgabe ein XYZ-Portal mit mehrachskoordinierten Servoantrieben ein. Die Energieversorgung der Portalantriebe sowie weiterer Dreh-, Transfer-, Klapp- und Ablageachsen im DC-Zwischenkreisverbund übernimmt eine zentrale Einspeisung der Baureihe MDP92A von SEW-Eurodrive.

In einer Neuentwicklung integrieren die Automatisierungsexperten aus Bremen einen Doppelschichtkondensator für die Zwischenpufferung freiwerdender Energie in die Energieversorgung. Die Speichereinheit aus der MOVI-DPS-Reihe von SEW-Eurodrive ist elektrotechnisch platziert zwischen der Einspeiseeinheit und den insgesamt sieben Antriebsreglern der Baureihe Movidrive. Dieser Aufbau bringt drei wesentliche Vorteile mit sich: Betriebssicherheit, Energieeffizienz und die Begrenzung von Spitzenlasten.

Energiekonzept verschafft Vorsprung

Umformwerkzeug: Blick auf das Werkzeug mit den fertigen Bechern. (Bildquelle. alle SEW)

Umformwerkzeug: Blick auf das Werkzeug mit den fertigen Bechern. (Bildquelle. alle SEW)

Ilsemann Automation gehört zu den weltweit agierenden Zulieferern für Handlingsysteme in der Spritzgusstechnik. Die Anlagen sind auf allen Kontinenten im Einsatz. Mit der gemeinsam mit SEW-Eurodrive neu konzipierten Energieversorgung haben sich die Bremer einen Wettbewerbsvorsprung gesichert. Das maßgebliche Alleinstellungsmerkmal ist die Robustheit gegenüber Spannungsschwankungen. Die Anlagen lassen sich dank der Zwischenspeicherung ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen auch in Ländern mit eingeschränkter Netzqualität einsetzen.

Das Ausgleichen von Netzschwankungen ist deshalb so wichtig, weil das Entnahmesystem unmittelbar in den Arbeitsraum der Spritzgussmaschinen eingreift. Hierbei ist sicherzustellen, dass die Kunststoffbecher genau im richtigen Zeitfenster entnommen werden, um sie von dort auf ein Abführband zu stapeln. Die Zeit dafür ist knapp bemessen und folgt der Produktionsgeschwindigkeit der Spritzgussanlage. Gerade mal 0,7 Sekunden stehen für die Entnahme zur Verfügung. Das Tempo ist nur mit dynamischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen zu erreichen. Treten jetzt Netzschwankungen auf, steigt das Risiko einer Kollision zwischen Werkzeug und Handlingseinheit, weil die geforderten Bewegungsrampen nicht mehr erreicht werden. „Wir müssen sicherstellen, dass unser System selbst bei einem Netzausfall nicht mit den teuren Spritzgusswerkzeugen kollidiert“, betont Gerhard Kropp, Konstruktionsleiter Elektrotechnik bei Ilsemann Automation.

Speicher wirkt ausgleichend

Entnahmeportal: Das Entnahmeportal holt die Becher aus der Spritzgießmaschine.

Das Entnahmeportal holt die Becher aus der Spritzgießmaschine.

Die Bremer Spezialisten für Roboterkinematiken haben deshalb in einem gemeinsamen Engineering-Projekt mit SEW-Eurodrive einen Weg gesucht, mehr Versorgungssicherheit zu erreichen. Das Entwicklungsziel mündete in einer indirekten Versorgung des Mehrachsverbundes aus einem EMK-Plattenkondensator. Dieser speist den DC-Verbund aller Antriebe durch seinen Speicherpuffer mit der geforderten Verlässlichkeit und gleicht dabei mögliche Netzschwankung bis hin zum Totalausfall sicher aus. Die Kapazität der Einheit ist so bemessen, dass die Handlingseinheit sicher den einmal begonnenen Arbeitszyklus beenden kann, bevor das Portal kontrolliert herunterfährt. Drohende Kollisionen im offenen Spritzgusswerkzeug sind somit ausgeschlossen.

Dünnwandige Becher aus Kunststoff werden in der Lebensmittelindustrie häufig verwendet.

Dünnwandige Becher aus Kunststoff werden in der Lebensmittelindustrie häufig verwendet.

Die in den DC-Zwischenkreisverbund integrierte Einheit bringt neben der genannten Betriebssicherheit weitere Vorteile mit sich. Maßgeblich sind hier die steigende Energieeffizienz und die Reduzierung von Lastspitzen. Beides hängt direkt damit zusammen, dass die im Portal herrschenden Energieströme harmonisiert werden und vor allem auch erhalten bleiben. Gerade in hochdynamischen Portalen liegen Beschleunigung und Abbremsung dicht beieinander. Der Pufferspeicher in den Handlingseinheiten von Ilsemann Automation nimmt die beim Bremsen freigegebene Energie aus den Motoren auf und stellt sie den Antrieben wieder zur Verfügung, wenn sie beschleunigen. Das Kondensatormodul wirkt damit wie ein kurzfristiger Akku mit Boosterfunktion beim Beschleunigen. Idealerweise arbeitet dieser Aufbau so effektiv, dass keine kinetische Energie über Bremswiderstände abgeführt werden muss.

Diese Drehachse hat auf jeder Seite acht Ablageplätze. Für einen 8er-Satz fährt der Entnahmeroboter zweimal in die Spritzgießmaschine. Anschließend dreht die Achse um 180 Grad und gibt die acht Becher weiter.

Diese Drehachse hat auf jeder Seite acht Ablageplätze. Für einen 8er-Satz fährt der Entnahmeroboter zweimal in die Spritzgießmaschine. Anschließend dreht die Achse um 180 Grad und gibt die acht Becher weiter.

Messungen ergaben, dass über die Zwischenpufferung der Energieverbrauch des Portals halbiert werden konnte. Im Vergleich dazu seien Rückspeiseeinheiten für diese Applikation deutlich schlechter geeignet, weil sie bei Weitem nicht den Wirkungsgrad erreichen. Ein Rechenbeispiel aus Deutschland liefert ein weiteres Argument für den Pufferspeicher: Der beim Bremsen erzeugte Strom wird nicht billig ins Netz zurückgespeist – um dann die Energie beim Beschleunigen deutlich teurer vom örtlichen Energieversorgungsunternehmen (EVU) zu beziehen. ((Gedankenstrich oder vielleicht doch besser Komma?))

Lastmanagement senkt Kosten

Die Servoantriebe sorgen im XYZ-Portal von Ilsemann Automation für koordinierte Bewegungen. Im Bild: der Motor für eine Achse des Entnahmesystems.

Die Servoantriebe sorgen im XYZ-Portal von Ilsemann Automation für koordinierte Bewegungen. Im Bild: der Motor für eine Achse des Entnahmesystems.

Das Einbehalten der Bremsenergie im Kurzzeitspeicher wirkt sich ebenfalls positiv auf die Netznutzungsentgelte beziehungsweise den jährlichen Leistungspreis aus. Diesen müssen Unternehmen an das EVU für die Leistung zahlen, die sie  erhalten ((?)) oben ist shcon einmal „beziehen“. Hierbei ist zu beachten, dass außerordentliche Lastspitzen bereits nach wenigen Minuten enorme Kosten nach sich ziehen, weil die Strombezugskosten jährlich abgerechnet werden. Gemessen wird mit einem 15-Minuten-Zeitraum. Dazu ein Rechenbeispiel für ein Unternehmen mit eigener Mittelspannungsversorgung, mehr als 2.500 Stunden jährlichem Leistungsbezug und Kosten von 120 EUR pro kW. Treiben Lastspitzen den geplanten Leistungsbezug innerhalb des 15-Minuten-Zeitraums um 100 kW in die Höhe, stehen dahinter Kosten von 12.000 EUR. Die Lastspitzen wirksam zu glätten, hat eine herausragende Bedeutung im Rahmen des Energiemanagements.

Der Schaltschrank beherbergt  die Antriebsregler für die Servoachsen. Links daneben sind die PES-Module angeordnet.

Der Schaltschrank beherbergt die Antriebsregler für die Servoachsen. Links daneben sind die PES-Module angeordnet.

Begleitet wird dieser Effekt von einer schlanker ausführbaren Versorgungsinstallation, weil die Leistungsspitzen des Ilsemann-Portals aus dem Speicher bedient werden. Die Versorgungsinfrastruktur muss folglich nur noch kontinuierlich nachliefern. In einem ersten mit SEW-Eurodrive projektierten Portal sank die sonst für so eine Anwendung übliche Spitzenlast von 52 kW auf gerade einmal sechs kW. ((sechs ausgeschrieben?)) Entsprechend knapp konnten die Anschlussquerschnitte bei der Versorgung ausfallen – von 16 mm2 runter auf 2,5 mm2. Das senkt die Installationskosten auch durch den Wegfall einer unterbrechungsfreien Stromversorgung, spart Platz und macht die Installation insgesamt einfacher. Die Summe an Vorteilen der „Power and Energy Solutions“ von SEW zahlen sich schnell aus und sind auch preiswürdig im wörtlichen Sinne. Das Land Baden-Württemberg zeichnete 2019 das intelligente Leistungs- und Energiemanagement für industrielle Antriebe der Bruchsaler mit dem Umwelttechnikpreis in der Kategorie Energieeffizienz aus.

Zahlreiche Vorteile

Vertriebsingenieur Torben Uebel erläutert: „Mit unserem PES (Power and Energy Solution) – System können unsere Kunden die Betriebssicherheit und -verfügbarkeit ihrer Anlagen sicherstellen und außerdem erhebliche Kosten für Energie und Installationsmaterial einsparen.“

Vertriebsingenieur Torben Uebel erläutert: „Mit unserem PES (Power and Energy Solution) – System können unsere Kunden die Betriebssicherheit und -verfügbarkeit ihrer Anlagen sicherstellen und außerdem erhebliche Kosten für Energie und Installationsmaterial einsparen.“

Mit dem Entnahmeportal zeigt Ilsemann Automation, wie einfach sich in mehrachskoordinierten Antriebsapplikationen ein speichergestützter DC-Verbund realisieren lässt. Weil bei dieser Architektur die Bremsenergie im System verbleibt, lässt sich auf relativ einfache Weise ein wirksames Lastmanagement realisieren. Die Vorteile sind geringere Einspeiseleistungen, eine höhere Betriebssicherheit gegenüber Netzschwankungen und eine insgesamt effizientere Nutzung elektrischer Energie.

 

 

Über den Autor

Andrea Balser

ist Fachpressereferentin bei SEW-Eurodrive in Bruchsal.