Stromversorgung für Verpackungsmaschinen mit Wago-Know-how

Ein 40A-Netzgerät von Wago ersetzt nun die beiden bisher benötigten Netzteile.

Timo Raff
verantwortlicher Elektrokonstrukteur für die Hardware- und Elektroplanung bei IWK

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Unsere Wahl fiel auf Produkte von Wago. So ist die Stromversorgung Pro 2 sehr vielseitig und bietet uns Sicherheit bei maximaler Flexibilität und Standardisierbarkeit.
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Wer wie die IWK Verpackungstechnik GmbH seit Jahrzehnten Abfüll- und Verpackungsanlagen an Kunden in aller Welt liefert, muss ein gutes Gespür für Trends haben. Nur so konnte und kann das mittlerweile 130 Jahre bestehende Unternehmen, mit Sitz im badischen Stutensee, immer wieder mit Spitzentechnologie überzeugen. Momentan sind zwei Megatrends – Nachhaltigkeit und Individualisierung – besonders prägend. „Unsere Kunden erwarten effiziente Lösungen für immer flexiblere Losgrößen“, erklärt Bernd Langlotz, Leiter Elektrotechnik bei IWK. „Zugleich sind Umwelt- und Ressourcenschutz wichtige Themen, bei denen wir unsere Kunden mit unseren Anlagen und Turn-Key-Linien unterstützen.“ Mit modernsten Maschinen trägt IWK dazu bei, dass ihre Kunden trotz neuer Herausforderungen erfolgreich und nachhaltig verpacken können und damit wettbewerbsfähig bleiben. Das Unternehmen verfügt über zahlreiche Patente in Schlüsseltechnologien und wird regelmäßig ausgezeichnet.

Bei der Umstellung auf Wago-Stromversorgung wurde ein weiterer Meilenstein erreicht: Das Netzteil spricht neben Ethernet und Modbus RTU auch IO-Link.

Trends in Innovation verwandeln

Bei der Abfüllung und Verpackung von kosmetischen und pharmazeutischen Produkten bedeuten kleinere Losgrößen in der Regel individuellere Maschinen, häufigere Formatwechsel und damit einhergehende Rüstzeiten. „Während wir vor vier bis fünf Jahren noch überwiegend standardisierte Maschinen ausgeliefert haben, hat sich bis heute der Individualisierungsgrad stetig erhöht, mit dem Wunsch nach mehr Automatisierung in den Linien“, legt Langlotz dar und fährt fort: „Unsere derzeit am höchsten automatisierte Anlage, die Flexline, zeichnet sich durch extrem kurze Formatwechselzeiten aus, weil Servomotoren und Steuerungen viel manuelle Arbeit übernehmen.“

Die zunehmende Spezialisierung und Individualisierung des Maschinenangebots bedeutet im Gegenzug einen deutlich höheren Planungsaufwand, wie Timo Raff, verantwortlich für die Hardware- und Elektroplanung bei IWK, zu berichten weiß: „Während wir früher Maschinen über mehrere Optionen und unterschiedliche Formatteile individualisiert haben, gibt uns die moderne Steuerungs- und Servotechnik heute viel mehr Freiheiten und Flexibilität. Um den Planungs- und Projektierungsaufwand aber möglichst effizient zu gestalten, müssen wir auf Standardisierung setzen – bei Steuerungsprozessen, Komponenten, Kommunikationsprotokollen, Lieferanten usw.“

Nachhaltiger Kondensator statt Bleibatterie

Wie gut sich der Standardisierungsgedanke mit dem Bedienen von Markttrends vereinbaren lässt, zeigt die Umstellung der elektrischen Pufferung der IWK-Maschinenflotte: Vor Jahren entstand die Idee, die notwendige unterbrechungsfreie Stromversorgung für einen Maschinentypen auf eine umweltfreundlichere Methode umzustellen. Statt der bis dahin verwendeten Bleibatterien, die bei einem Stromausfall dafür sorgen mussten, dass der eingesetzte Windows-basierte PC ordnungsgemäß heruntergefahren und wichtige Produktionsdaten und Maschinenparameter gesichert wurden, wollte IWK moderne Superkondensatoren einsetzen. „Die Aussicht, dass wir auf eine umweltfreundliche Kondensatorpufferung umsteigen können und damit unseren Kunden den zweijährlichen Batterieaustausch ersparen, hat das Team damals angetrieben“, erinnert sich Langlotz. „Natürlich durften weder die Datenspeicherung noch die Maschinenfunktionalität darunter leiden, also haben wir getestet, geprüft und umgeplant.“

Eine der größten Herausforderungen war die Wahl der richtigen 24V-Stromversorgung. Damit der Kondensator in jedem Fall vor dem Start der Maschine die nötige Unterstützungsleistung erbringen konnte, entschied sich das Team zunächst für zwei getrennte Netzgeräte. Eines versorgte den Kondensator, das andere den PC, das HMI und entsprechende Sensoren. „Nachdem der Prototyp wie gewünscht funktionierte, wollten wir das System weiter optimieren und prüfen, wie wir die Erkenntnisse von diesem einen Maschinentypen auf unser gesamtes Portfolio übertragen können“, erläutert Raff. „Wir haben uns daher intensiv mit diversen Stromversorgungen und elektronischen Sicherungen beschäftigt. Unsere Wahl fiel schließlich auf Produkte von Wago. So ist die Stromversorgung Pro 2 sehr vielseitig und bietet uns Sicherheit bei maximaler Flexibilität und Standardisierbarkeit.“

Stromversorgung vom Feinsten

Ein 40A-Netzgerät von Wago ersetzt nun die beiden bisher benötigten Netzteile. Durch intelligentes Lastmanagement und eine intelligente Einschaltlogik versorgt es beim Einschalten der Maschine zuerst den Kondensator mit ausreichender Leistung. Erst unmittelbar danach werden PC, HMI und Sensoren gestartet. Durch die optimale Auslastung des Netzteils kann es seinen Wirkungsgradvorteil von 96,3 % voll ausspielen. Durch die geringe Verlustleistung und die kompakten Einbaumaße spart es Platz im Schaltschrank und trägt wenig zur Erwärmung bei. Das schont nicht nur das Netzteil selbst, sondern auch die anderen Komponenten im Schaltschrank.

„Da eine Innovation selten allein kommt, haben wir die Umstellung auf die Wago.Stromversorgung auch für eine weitere wichtige Weichenstellung bei IWK genutzt, denn das Netzteil ‚spricht‘ neben Ethernet und Modbus RTU auch IO-Link. Diesen Kommunikationsstandard betrachten wir als optimale Basis für zukünftige Entwicklungen“, erklärt Langlotz. Das Kommunikationssystem ermöglicht eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen IO-Link-Devices und einem IO-Link-Master, der an ein Automatisierungssystem angeschlossen ist. Der Master kann nicht nur Befehle übertragen und Daten auslesen, sondern diese auch auswerten. Zusätzliche Informationen über den Gerätestatus oder die Signalqualität ermöglichen umfangreiche Diagnosemöglichkeiten.

Perfekte Stromversorgung

„Wir nutzen die umfangreichen Kommunikationsmöglichkeiten nicht alle aus, die die Wago Stromversorgung uns per IO-Link zur Verfügung stellt, aber wir arbeiten intensiv daran – zum Vorteil für unsere Kunden“, erklärt Raff. So liefert die Stromversorgung nicht nur detaillierte Informationen über Stromereignisse oder Spannungsspitzen, sondern auch über den zeitlichen Verlauf der Stromaufnahme. Aus solchen Trends lässt sich der Verschleiß von Aktoren, etwa Motoren, ableiten und kritische Zustände vorhersagen: „Insbesondere für unsere Kunden aus der Pharmaindustrie sind solche Daten für vorausschauende Wartungsstrategien von Bedeutung“, berichtet Langlotz. „Je mehr Diagnosedaten kombiniert werden, desto detaillierter wird das Bild vom Zustand der Anlage. Dazu gehören auch Strom- und Spannungswerte, wenn ein intelligentes Netzteil zum Einsatz kommt.“

Kombinationssieger: elektronische Sicherungsautomaten

Um die Diagnosemöglichkeiten weiter zu erhöhen, erwägt IWK künftig auch elektronische Schutzschalter von Wago einzusetzen. Damit erhält der Kunde kanalweise noch mehr Informationen über die aktuellen Verbrauchswerte. Gleichzeitig können mit den elektronischen Sicherungen von WAGO kapazitive und induktive Lasten noch besser abgesichert werden: Mit 50 mF ermöglichen die Sicherungsautomaten das Schalten von Lasten mit hohen Kapazitäten ohne weitere Maßnahmen oder Nennstromänderung. In Kombination mit der Stromversorgung Pro 2 von Wago bilden die elektronischen Schutzschalter nun die Standardstromversorgung und -absicherung in allen Maschinentypen von IWK.

„Für uns bietet diese Kombination die optimale Balance zwischen Flexibilität und Standardisierung", fasst Dipl.-Ing. Langlotz zusammen: „Wo immer wir erweiterte Kommunikation benötigen, können wir die IO-Link-Module auf die Pro 2 aufrasten – ohne Umplanung oder neues Schranklayout.“ Sein Kollege Raff ergänzt: „Wir können unseren Kunden nicht nur noch besser angepasste Flexibilität anbieten, sondern auch nachhaltige Konzepte: Die Kondensatorpufferung spart Bleibatterien, ist deutlich wartungsärmer und sorgt so für noch weniger Maschinenstillstand. Darüber hinaus sind unsere Kunden mit der intelligenten Wago Stromversorgung in der Lage, vorausschauende Wartungskonzepte einzuführen und ihre Abfüll- und Verpackungsprozesse noch effizienter zu gestalten.“