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Smarte Automatisierungslösungen für Abfüllanlagen

 

Die Anforderungen von Füll- und Verschließmaschinen sind sehr unterschiedlich. Die Vielfalt der Anwendungen und die notwendige Flexibilität stellen an die Automatisierungslösungen besondere Ansprüche. Neben der Sicherstellung der automatisierten Abläufe steht vor allem die hohe Taktung der Maschinen im Fokus.

Insbesondere bei Arzneimitteln ist eine Beeinflussung der Qualität des abzufüllenden Mediums auszuschließen. Der hohe Preis dieser Produkte erfordert außerdem ein möglichst verlustfreies An- und Leerfahren der Anlage bei gleichzeitig hoher Anlagenverfügbarkeit.

Bei kleinen Losgrößen ist die Flexibilität der Anlage entscheidend. Kurze Umrüstzeiten und nahezu werkzeugfreie Formatwechsel auf andere Packmittelgrößen sind, insbesondere dort wo die Produktion an Lohnhersteller abgegeben wird, gefordert. Diese Auftragsproduzenten benötigen auf Grund der häufigen Produktwechsel sehr flexible Anlagen, damit diese ausgelastet sind. Dazu ist es notwendig, dass auf ein- und derselben Maschine verschiedene Packmittel verarbeitet oder auch verschiedene Füllsysteme gefahren werden können.

Heutzutage sind Abfüllsysteme mit entsprechender Inprozesskontrolle und automatisierten Regelkreisen gefordert. Dies ermöglicht eine zeitnahe Verfolgung und gegebenenfalls Nachsteuerung des Abfüllvorgangs. Auch beim Wechsel der Etiketten sollte die Maschine nicht gestoppt werden müssen. Es wird lediglich der Datensatz für die Bedruckung ohne Zeitverzögerung ausgetauscht.
Die Stillstandszeiten für Chargenwechsel, Formatwechsel oder Wartung müssen dabei ständig minimiert bzw. vermieden werden. Die Gesamtanlageneffektivität und die Total Cost of Ownership spielen eine immer größere Rolle. Diese Trends führen dazu, dass viele Anwendungen auf einer Maschinenplattform realisiert werden.

Der Markt benötigt deshalb Maschinenkonzepte, die die individuellen Zielsetzungen der verschiedenen Kunden optimal unterstützen. Dazu gehört auch ein Fernwartungskonzept, bei dem über eine geschützte Datenverbindung (VPN) nach Freigabe durch den Anwender auf die Steuerung der Anlage zugegriffen werden kann. Damit sind Fachleute in der Lage, sich per Ferndiagnose in kürzester Zeit ein Gesamtbild der Situation vor Ort zu verschaffen und den Anlagenbetreiber effizient zu unterstützen.

Mit hochspezialisierten Systemen bietet die Jetter AG Gesamt- und Teillösungen, die zu entscheidenden Wettbewerbsvorteilen für Maschinenbauer von Füll- und Verschließmaschinen beitragen. Gleichgültig, ob pharmazeutische, kosmetische oder chemische Produkte auf den Maschinen verarbeiten werden – mit den integrierten Lösungen der Jetter AG lassen sich Anlagen zum Füllen, Verschließen und Etikettieren von flüssigen Medien insbesondere in Vials, Ampullen und Karpulen aus Glas oder Kunststoff optimal automatisieren. Dabei ist die Fähigkeit zur Fernwartung selbstverständlich.

Die JetControl-Steuerungen der Jetter AG berücksichtigen alle Aspekte der Anforderungen an moderne Automatisierungslösungen. Die schnittstellenfreie Integration von Bewegungssteuerung (Motion Control) und Ablaufsteuerung in ein System ermöglicht hochflexible Lösungen. Die Integration des Datenmanagements in der JetControl Steuerung und die direkte Anbindung an die ERP-, BDE- und MES-Software sind selbstverständlich. Der durchgängige Datenfluss von der Peripherie bis zur Leitebene macht eine Fertigung auch kleinster Losgrößen wirtschaftlich. Damit werden Maschinenbauer fit für die vielbeschriebene Industrie 4.0.

Die in die JetControl-Steuerung integrierte Motion Control der Jetter AG gewährleistet mit kombinier- und synchronisierbaren Achsverbünden höchste Flexibilität beim Design von Füll- und Verschließmaschinen. Die Tool-Center-Point-Betrachtung vereinfacht und beschleunigt die Programmierung von Achsverbunden. Für die Programmierung und Inbetriebnahme einer Anlage wird nur noch ein Steuerungssystem mit einer Programmiersprache benötigt, die sämtliche Automatisierungsfunktionen beinhaltet. Durch die Auflösung der klassischen Grenzen zwischen E/A-Steuerung, Bedienung, Vernetzung und Antrieben bietet das System maximale Flexibilität bei gleichzeitig höchster Effizienz zur Erstellung des Maschinenablaufes. Dem Anwender steht die gesamte Infrastruktur der Steuerungswelt ohne Einschränkungen zur Verfügung.

Die Besonderheiten eines integrierten Automatisierungskonzeptes lassen sich am Beispiel der Abfüll- und Verschließprozesse sowie des Etikettierens aufzeigen.

Abfüllen
Allgemein wird zwischen Linear- und Rundfüllmaschinen unterschieden. Bei Linearfüllmaschinen werden gleichzeitig mehrere Behälter parallel befüllt. Dazu wird ein Füllnadelträger auf das Transportband synchronisiert. Der Prozessablauf funktioniert nach dem Prinzip der fliegenden Säge.
Bei einer Rundfüllmaschine durchlaufen die Behälter ein Karussell. Während des Durchlaufs erfolgt der Abfüllprozess. Dabei werden die Dosiermengen und die Füllnadelhöhe individuell gesteuert.
In beiden Fällen werden während des Abfüllvorganges die Dosierpumpen so angesteuert, dass der Füllvorgang vollständig während des Synchronlaufes stattfindet. Dabei haben die Füllnadeln immer die optimale Position. Je nach Medium wird die Füllnadel über dem Flüssigkeitsspiegel (Überspiegelabfüllung) oder unter dem Flüssigkeitsspiegel (Unterspiegelabfüllung) gehalten. Insbesondere für eine aseptische Abfüllung ist die Kontrolle der Füllnadel wichtig. Die elektrische Kurvenscheibe garantiert den zur Füllmenge konstanten Abstand der Füllnadel zur Medienoberfläche. Damit wird ein Spritzen oder Aufschäumen des Mediums verhindert. Die Regulierung der Füllnadelhöhe erfolgt immer synchron zur Durchflussmenge. Dabei stellen servogeregelte Dosierpumpen eine höchst präzise Dosierung sicher. Die Anpassung an höhere Maschinentakte gestaltet sich auf diese Weise besonders einfach. Das dynamische Umschalten oder gar die Neuberechnung zur Laufzeit von elektronischen Kurvenscheiben ermöglicht eine Formatumstellung für den Produktwechsel zu jeder Zeit.

Verschließen
Die gefüllten Behälter werden im nächsten Schritt verschlossen. Dabei kommen unterschiedlichste Verschlüsse zum Einsatz. Moderne Hochleistungsverschließmaschinen zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität beim Verschließen unterschiedlicher Behälterformen aus. Die Maschinen verschließen automatisch vielfältigste Aufdrück-, Schraub- und Ausrichtverschlüsse wie beispielsweise Gummistopfen, Lyostopfen, Tropfeinsätze, Schraubverschlüsse, Aufpressverschlüsse, Bördelkappen, Pipettenverschlüsse, Pilferproofkappen, Dosier- und Sprühpumpen.
Der Verschließvorgang erfolgt dazu getaktet oder kontinuierlich. Dabei müssen Formverschlüsse mit besonderen Merkmalen (Griffmulden, asymmetrische Außenkontur), die eine gezielte Ausrichtung erfordern, auf ihre Lage geprüft und in der geforderten Position verschlossen werden. Die individuelle Konfiguration von Verschließparameter, Drehmoment, Winkelposition, Anzahl der Umdrehungen sowie Geschwindigkeit für einen Formatwechsel lässt sich einfach und schnell realisieren. Heutzutage erfolgt das Verschrauben servogeregelt. Servomotorische Verschrauber mit Look-ahead-Anschlagserkennung bremsen aktiv vor dem Anschlag. So ist ein schnelles und gleichzeitig präzises Verschrauben möglich. Bei dieser High-End-Performance durch intelligente Servotechnik wird kein separater Drehmomentsensor benötigt, der zusätzliche Kosten bedeutet.
Die Freiheiten bei der Konfiguration und Programmierung des Verschließvorgangs ermöglichen individuell angepasste Lösungen für ein optimales Verschließergebnis. Der Maschinenbauer hat so die Sicherheit, dass sein Know-How im eigenen Unternehmen verbleibt.

Etikettieren
In vielen Fällen folgt direkt nach dem Verschließen das Etikettieren der Behälter. Runde Behälterformen und Sonderformen wie Flaschen oder Tuben bedeuten eine hohe Herausforderung für die Automatisierungskonzeption von Etikettiermaschinen. Häufig werden umlaufende und an Design und Größe angepasste Etiketten aufgebracht, was einen speziellen Aufbau der Maschinen erfordert. Die Umrüstung des Systems soll gleichzeitig schnell erfolgen, um flexibel auch die Etikettierung von kleinen und mittlerne Stückzahlen zu realisieren. Die Präzision der Position des Etiketts ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal für das fertige Produkt. Etikett- und Behältertransport müssen geschwindigkeits- und positionssynchron laufen. Die korrekte Positionierung erfolgt durch die Synchronisation auf Transportband mit Druckmarkenerkennung. Dabei lassen sich Positionsoffsets, Trigger, Druckmarke frei kombinieren. So entstehen individuelle Etikettierfunktionen, die optimal zum Produktspektrum passen.
Bei identischer Programmierung besteht eine flexible Antriebsauswahl. So hat der Maschinenbauer Skalierbarkeit in Preis und Leistung durch die Wahl von Schrittmotor, DC-Motor oder Servomotor.

Zusammenfassung
Mit Automatisierungslösungen der Jetter AG für das Abfüllen, Verschließen und Etikettieren werden höchste Taktraten erzielt. Höchste Produktivität und konstant hohe Prozesssicherheit bei gleichzeitiger Flexibilität sind wichtige Elemente für eine hohe Gesamtanlageneffektivität.
Durch die nahtlose Integration von Steuerungs-, Antriebs- und Bedienfunktionen lassen sich wichtige Ressourcen schon bei der Programmierung einsparen. Dadurch profitiert der Maschinenbauer bei der Inbetriebnahme und bei Serviceeinsätzen.
Die Anforderungen bei Abfüllanlagen werden immer höher. Maschinen sollen schneller, effizienter und gleichzeitig sparsamer werden. Die toolunterstützte Berechnung der optimalen Bahn findet die perfekten Parameter. Damit laufen alle Bewegungen im optimalen Bereich - ruhig und dennoch dynamisch. Energieverbrauch und Verschleiß lassen sich somit auf ein Minimum reduzieren.
Die modernen und durchdachten Systeme der Jetter AG unterstützen den Maschinenbauer auch im Wartungsfall. Es ist kein Spezial-Know-how von Programmierern erforderlich. Schraubenzieher und USB-Stick oder SD-Card genügen. Damit lassen sich Parameter, Anwendungsprogramme und Firmware auf den geforderten Stand bringen oder eine Datensicherung der Maschine erstellen. Zusätzlich kann über gesicherte Datenverbindungen einfach auf das Automatisierungssystem zugegriffen werden. So können Experten aus der Ferne die notwendige Unterstützung leisten.
Die Jetter AG bietet eine Automatisierungslösung bei der Steuern, Antreiben, Bedienen sowie die Vernetzung mit der Firmen-IT in einem System integriert sind. Die Industrie 4.0-fähige Transparenz im Datenmanagement der Steuerungen und die direkte Anbindung an SQL-Datenbanken, ERP-, BDE- und MES-Software ermöglichen eine wirtschaftliche Fertigung auch für kleinste Losgrößen.

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