Verführerisches Maschinendesign – modular, schaltschranklos und konnektiv

WDS modularisiert seine Süßwarenmaschinen mithilfe schaltschrankloser Antriebstechnik von Bosch Rexroth. Anwender profitieren von schnelleren Inbetriebnahmen, einer platzsparenden Produktion und optionaler M2M-Kommunikation bis zur Verpackung.

99% aller Menschen lieben Schokolade, aber nicht jeder mag die gleiche. Ob Espresso, Vollmilch, Vanilla Toffee, Caramel Brownie oder Double Chocolate – je größer das Angebot, desto flexibler muss die Produktionsanlage werden. Um die individuellen Geschmäcker schnell und kosteneffizient realisieren zu können, setzt die Winkler und Dünnebier Süßwarenmaschinen GmbH (WDS) konsequent auf modulares Design und Digitalisierung. Wichtiger Wegbereiter dafür ist die dezentrale Antriebstechnik von Bosch Rexroth.

Wettbewerbsvorteile durch modulares Design

Für Bernd Plies, Abteilungsleiter Elektro- und Automatisierungstechnik bei WDS gibt es zwei gewichtige Gründe, das Maschinendesign modular zu gestalten: „Zum einen sparen wir beim Aufbau vor Ort Zeit und Kosten durch vorinstalliertes und getestetes Equipment. Zum anderen erzielen wir wertvolle Standardisierungseffekte durch universelle, komplett ausgestattete Module, die wir schnell zu kundenspezifischen Lösungen kombinieren können. Dezentrale Antriebsmodule spielen dabei eine wesentliche Rolle, da sie ohne Schaltschrank auskommen und sich einfach und schnell verkabeln lassen.“

Dynamik und Präzision verbinden

Wie leistungsfähig das neue Modulkonzept ist, veranschaulichen die dezentral angetriebenen Schokoladenproduktionsmaschinen ConfecECO und ConfecPRO. Letztere arbeitet seit einem Jahr produktiv im Feld. In der ersten Fassung befüllt sie produkt- und ausstattungsabhängig bis zu 25 Formen pro Minute. Das entspricht einer stündlichen Ausbringungsmenge von bis zu drei Tonnen, und das bei einer Dosiergenauigkeit von nur 0,5% des mittleren Produktgewichtes. „Die ConfecPRO ist in der Lage, die Vorgaben der Verpackungsverordnung genauestens einzuhalten und so Verluste durch Überdosierung zu vermeiden.

Synchronisierte Transporte mit dezentralem Antrieb

Die hohen Anforderungen bezüglich Qualität und Produktivität erfordern nicht nur eine akkurate Mechanik, sondern auch eine leistungsfähige Steuerung. „In größeren Anlagen realisieren wir bis zu 120 Achsen und 100 Antriebe im synchronen Formentransport“, so Plies. „Jeder Antrieb kann dabei sein eigenes, optimiertes Bewegungsprofil fahren.“ Für die technische Umsetzung der Dezentralisierung wählte WDS eine Kombination aus der schaltschranklosen Antriebslösung IndraDrive Mi und der Motion Control IndraDrive MLC. „Wir arbeiten seit etwa 30 Jahren mit Bosch Rexroth zusammen und kennen keinen anderen Anbieter mit einer vergleichbar ausgereiften Lösung, die sich so flexibel und ohne Mehraufwand in unser Gesamtsystem einfügt – einschließlich Versorgungseinheiten in Schutzklasse IP65.“

Köstlichkeiten am laufenden Band

In der ersten modular gebauten Produktionsanlage dieser Anlagentype koordiniert die IndraMotion MLC rund 40 elektronisch synchronisierte Transporte mit eigenem dezentralem Antrieb. Auf diese Weise fördert die ConfecPRO die Formen aus Polycarbonat nach dem Los-Form-Prinzip per Kettenantrieb nahtlos durch die Anlage. Nach dem Anwärmen folgt der erste Gießvorgang mit flüssiger Schokolade. Danach bildet die patentierte Kaltstempel-Technologie (Flash-Shell-Cooling) eine Schale, die erneut befüllt, abgekühlt und mit Schokolade verschlossen wird. Die Dosiereinheit und weitere Einzelachsen schaltet die Steuerung situationsbedingt zu.

Rascher Ramp-up mit weniger Schaltschrank und Kabel

Die Dezentralisierung des Antriebs bringt WDS attraktive Verkaufsargumente und handfeste Ersparnisse. Dazu gehört insbesondere eine spürbar beschleunigte Inbetriebnahme beim Kunden. „Das modulare Design reduziert den Aufwand zur Elektroinstallation vor Ort um bis zu 70%“, erklärt Bernd Plies. „Trotz des etwas höheren Auslegungsaufwandes ergibt sich in Summe eine deutliche Zeit- und Kostenersparnis, zumal alle bisherigen Leistungs- und Feedbackleitungen zum zentralen Schaltschrank entfallen. Stattdessen werden die einzelnen Antriebsmodule im Daisy-Chain-Verfahren per Hybridkabel verbunden.“ Auf diese Weise spart WDS im Vergleich zur vorherigen Maschinengeneration über 50% an Versorgungs- und Feedbackkabeln ein. In der ersten ConfecPRO ist der Schaltschrank nur noch 1,8 m statt vormals 12 m lang, was beim Kunden kostbare Hallenfläche freisetzt. Erfreut zeigte sich der Auftraggeber auch über den ebenfalls verringerten Stromverbrauch. Da die vormals zentralen Kühlgeräte durch dezentrale Einhausungen mit Filterlüfter ersetzt werden konnten, fallen insgesamt 7,5 kW weniger Klimaleistung an. Die Nutzung rückgespeister Energie durch die Zwischenkreiskopplung des Servosystems verbessert die Energiebilanz zusätzlich.

Digitalisierungsoptionen bis zur Verpackung

Für die Zukunftsfähigkeit entscheidend sind für WDS auch die vielen Vernetzungsoptionen der Rexroth Steuerung. Sie reichen von vertikalen Schnittstellen nach Weihenstephaner Standard (WS) oder PackML (Packaging Machine Language) über den direkten Datenabgriff durch ERP- und MES-Systeme bis hin zur horizontalen Kommunikation auf Basis von OPC UA und ChoConnect, einem neuen Sprachsubbereich im Weihenstephaner Standard. Das darin liegende Potenzial verdeutlicht Tobias Gerhard, Business Development Processing & Packaging, bei Bosch Rexroth. „Die M2M-Kommunikation ermöglicht die Weitergabe des aktuellen Status an die jeweils nachfolgende Maschine. Aufgrund des durchgängig transparenten Wertstroms kann sich die ganze Linie so flexibel auf neue Produkte und Situationen einstellen – von der Aufbereitung über die Formanlage bis zur Primär- und Sekundärverpackung.“

Inzwischen komplett schaltschranklos

Das positive Feedback des Anwenders gibt WDS recht: Die modulare ConfecPRO sei gut zugänglich, platzsparend und effizient, aber auch flexibel, so dass sich neue Stationen für neue Produkte je nach Bedarf einfach hinzufügen lassen. Mit der neuesten Generation konnte mittlerweile auch der restliche Schaltschrank entfallen. Weitere Zeit- und Kostenvorteile bei der Montage möchte WDS durch die exakte Vorplanung und Berechnung der Kabelwege für eine maßgeschneiderte Kabelkonfektion erwirken. „Mithilfe von Bosch Rexroth sind wir in der modularen Zukunft angekommen und übertragen dieses Konzept nun konsequent auf weitere Maschinenplattformen“, resümiert Bernd Plies.

Der nächste logische Schritt

Als nun folgenden Meilenstein nennt Bernd Plies die virtuelle Inbetriebnahme von Maschinenmodulen mithilfe von Simulationssoftware. „Künftig wollen wir einzelne Module erst nach der Vormontage testen. Da die Schnittstellen bereits bekannt sind, könnten diese Baugruppen nach ihrer Integration in die Gesamtanlage dann zügig und ohne Einbußen der Funktionssicherheit in Betrieb gehen“, so Plies weiter. „Dabei spielen dann auch die Möglichkeiten der modularen, verteilten Steuerung und Software eine bedeutende Rolle. Auch für diesen nächsten logischen Schritt wird Bosch Rexroth bei WDS eine zentrale Rolle spielen.“

Autor: Tobias Gerhard, Business Development Processing & Packaging, Bosch Rexroth AG, Lohr

Bildquellen: WDS