Neuer Schwung für modulare Maschinen

ACOPOSmotor vereint alle wesentlichen Komponenten wie Motor, Geber, Präzisionsgetriebe und Servoverstärker mit integrierter Sicherheitstechnik in einer kompakten Einheit.

Antonio Mosca
Leiter der Elektroabteilung bei ocme

„Das motorintegrierte Antriebssystem ACOPOSmotor hat uns entscheidend vorangebracht. Wir erzielen mehr Produktivität und sparen gleichzeitig Energie und Kosten ein.“

Die Automatisierungsexperten bei B&R haben die sehr kompakte Antriebs-Verstärker-Kombination ACOPOSmotor entwickelt. Diese kommt mit nur einem Versorgungskabel aus und erzielt dabei die gleiche Dynamik wie ein Standardantrieb. Damit soll das ohnehin schon umfangreiche Portfolio im Bereich Motion besonders für den modularen Maschinenbau weiter ergänzt werden. Auch das schon länger verfügbare System ACOPOSremote wurde mit Fokus auf diesen Zielmarkt entwickelt. Speziell bei Füllern mit unmittelbar angeordneter Aktorik auf dem Drehteller sind für den engen Bauraum aber noch kompaktere Lösungen gefragt. Auch in vielen anderen Applikationen wird eine ultrakompakte Antriebs-Verstärker-Kombination nachgefragt. Das gilt insbesondere dann, wenn auch Sicherheitsfunktionen und ein lokaler POWERLINK-Hub für weitere I/O-Komponenten benötigt werden. Im italienischen Parma hat ACOPOSmotor eine konkrete Kundenanfrage gelöst.

Parma ist eine Region, die für ihre berühmten Delikatessen bei Gourmets in der ganzen Welt bekannt ist. Auch einer der größten Hersteller von Verpackungs- und Abfüllanlagen hat hier seit fast 60 Jahren seinen Hauptsitz. San-Benedetto-Flaschen werden z. B. auf Anlagen von ocme befüllt. Die Maschinen des italienischen Herstellers zeichnen sich durch hohen technischen Standard aus und sind enorm vielseitig. Über 25 Patente demonstrieren die Innovationskraft des Unternehmens. So verwundert es nicht, dass die Entwicklung der neuen Verpackungslinie DryBlock besonders in Bezug auf Platzbedarf und Energieverbrauch wieder neue Trends setzen soll. Als ocme mit der Entwicklung von DryBlock begonnen hat, galt es eine konkrete Anforderung zu erfüllen.

ocme setzt auf den OMAC-Standard PackML und nutzt ihn für die Maschinensteuerung, die Kommunikation sowie die Synchronisierung der Linien. Die Visualisierung der Liniensteuerung des kompletten DryBlock®-Systems basiert auf PackML, das auf einem Automation Panel von B&R läuft.

Kundenanforderungen sind der Maßstab

ocme benötigte für das neue DryBlock-System eine Antriebseinheit, die kompakter sein sollte als alle am Markt verfügbaren Lösungen. Antonio Mosca, Leiter der Elektroabteilung bei ocme, hat Davide Beviglieri, Key Account bei B&R, von dieser Herausforderung berichtet. „Wir suchen nach einer Möglichkeit, alles in einer kompakten Einheit zu kombinieren – sowohl den Motor als auch den Servoverstärker“, erklärte Mosca.

Das DryBlock-System sollte schließlich einen vollkommen neuen Ansatz eröffnen, eine komplette Verpackungslinie in der Lebensmittelindustrie zu entwickeln, zu konstruieren und zu verwalten. Dazu kamen technologische Neuheiten, wie eine flexible Produktaufnahme, die Handhabung von Einzelflaschen und die Vermeidung von Produktberührungen untereinander. Die einzelnen Maschinenmodule – Etikettierer, Foliermaschine und Palettierer – sollten für die Maschinensteuerung, die Linienkommunikation sowie die Synchronisierung den OMAC-Standard PackML verwenden und über ein zentrales Multitouch-Panel bedient werden. Für dieses Konzept waren eine konsequente Modularisierung und der Einsatz dezentraler Steuerungs- und Antriebstechnik unabdingbar.

Beviglieri setzte sich mit Alois Holzleitner, Chef der Business Unit Motion, in Verbindung und schilderte ihm die Anforderungen der Applikation. „Wir haben ein Konzept für genau diese Anwendungen erarbeitet“, sagt Holzleitner und stellte ihm die Eckpunkte des Projektes und den Verlauf der Produktentwicklung vor.

Mit dem DryBlock®-System verfolgt ocme einen vollkommen neuen Ansatz, eine komplette Verpackungslinie in der Lebensmittelindustrie zu entwickeln, zu konstruieren und zu verwalten.

Was sich bewährt hat, soll bleiben

Ziel war, das bewährte Konzept des bereits verfügbaren ACOPOSremote so weit wie möglich zu nutzen. Durch konzeptionelle Arbeit, Simulationen und Modellversuche wurde schnell klar, welche Baugruppen prinzipiell verwendet werden können.

Der Temperaturhaushalt in Kombination mit der avisierten kompakten Baugröße stellte eine Herausforderung dar. Zum einen würde die Elektronik auf einem Gehäuse sitzen, das sich im normalen Betrieb auf bis zu 110° C aufheizt. Ohne zusätzliche Maßnahmen würde das kein konventionelles Bauelement lange aushalten, denn es gilt die Faustformel: Eine Temperaturerhöhung um 10° C verdoppelt die Ausfallrate. Auch der Motor würde zusätzlich belastet: Es würde effektiv weniger Fläche zur Verfügung stehen, um die entstehende Wärmeenergie abzugeben. Zur Lösung dieses Konfliktes wurden verschiedene Konzepte beleuchtet. Wasserkühlung, Peltier-Elemente und Zusatzlüfter erwiesen sich als ungeeignet und preistreibend. Die Entwickler von B&R suchten nach der optimalen Lösung und starteten deshalb umfassende Versuche.

Extreme Anforderungen an Motor und Bauteile

Ein Motor wurde so umgearbeitet, dass er die charakteristischen thermischen Eigenschaften des Endprodukts aufwies und wurde danach extremer Belastung ausgesetzt. Dabei wurde die Temperaturverteilung in den Wicklungen, den Lagern und vor allem im Geber genauestens analysiert. Das Ergebnis: Verfügbare Motoren waren ohne Modifikationen nicht geeignet. In der Elektronik wurden die Betriebs- und Grenztemperaturen jedes einzelnen der weit über tausend benötigten Bauelemente ermittelt. Schnell wurde deutlich, welche Möglichkeiten offenstanden.

Während Komponenten der Leistungselektronik mit den höheren Temperaturen gut zurechtkommen, würde es bei hochintegrierten digitalen Komponenten kritisch. Das gilt auch für viele passive Bauelemente, wozu besonders die Zwischenkreiskondensatoren zählen. Um die Anforderungen an eine kompakte Bauform zu erfüllen, mussten diese zudem sehr klein bauen. Kleine Bauform und damit Kapazität birgt die Gefahr von Resonanzen in der Zwischenkreisversorgung. „Das Ziel ist und bleibt die weitgehende Kompatibilität zu unseren übrigen Komponenten. Damit können sich unsere Kunden in jeder Applikation frei entscheiden, ob sie mit ACOPOSremote oder ACOPOSmotor arbeiten möchten. Unsere Kunden sollen ihre Lösung jederzeit flexibel skalieren können“, sagte Holzleitner. Durch geschickte Anordnung der Bauelemente, verschiedenen Temperaturzonen und Einbeziehung von Herstellern kritischer Komponenten wurde der Durchbruch erzielt.

ACOPOSmotor im Härtetest

Das Ergebnis hat alle Erwartungen in den Schatten gestellt. Es ist gelungen, ganz ohne Derating die volle Kompatibilität zum ACOPOS- und Motor-Portfolio von B&R zu gewährleisten. Ein einziges Hybridkabel bringt die Leistung aus dem Zwischenkreis des ACOPOSmulti gemeinsam mit POWERLINK direkt vor Ort. Über IP67-Stecker können Module der X67-I/O-Familie – auch Safety-Komponenten – beliebig zugefügt werden. Optional stehen alle aus der IEC 61800-5-2 bekannten SafeMOTION-Funktionen zur Verfügung. Damit kann die dezentrale Achse, völlig unabhängig vom STO-Signal (STO: Safe Torque Off) des Hybridkabels, sicher stehen oder unter anderem im Einrichtbetrieb mit sicherer Geschwindigkeit fahren.

ocme-Entwicklungsleiter Mosca steht mit B&R-Mitarbeiter Beviglieri vor einer DryBlock®-Linie. Die ACOPOS-Geräte sind installiert und die Anlage läuft bereits mehrere Tage mit höchster Taktrate und bei Umgebungstemperaturen von knapp 50° C. „Dieser Antrieb hat uns entscheidend vorangebracht. Damit können wir auch unser Ziel, bei mehr Produktivität zugleich bis zu 36 % Energie einzusparen, sicher erreichen“, sagt Antonio Mosca.