Servotechnik für schnellen und energiesparenden Antrieb

Neues effizientes Schließsystem für Blasformmaschinen

Für eine Blasformmaschine entwickelte Extraplast ein neues Schließsystem mit einigen Vorteilen gegenüber konventionellen Lösungen. Eine zentrale Rolle spielt darin ein auf effizienter Servotechnik basierender Antrieb.

Blasformmaschine mit neuartigem Schließsystem für erheblich höhere Produktionseffizienz bei kompaktem Bauraum – intelligente Antriebstechnik macht es möglich. (Quelle: Extraplast)

Besonderheit der Neuentwicklung sind die zwei bewegbare Formhälften sowie die Verfahrbarkeit der gesamten Schließeinheit. Jede Formhälfte wird separat von einem Baumüller-Antriebssystem, bestehend aus Servomotor und Umrichter, angetrieben. So ist sowohl ein unabhängiges Bewegen der einzelnen Hälften als auch das gleichzeitig synchrone Schließen und Öffnen beider Formhälften und das Verfahren des gesamten Formpakets möglich.

Die gesamte Blasformmaschine des Typs EBM 10-20 D sei zudem sehr kompakt aufgebaut. Raum gespart wird unter anderem, weil die Artikelentnahme und die Übernahme des neuen Vorformlings in der gleichen Position unter Kopf stattfinden und die Schließeinheit besonders niedrig konzipiert wurde.

Im neuen Konzept laufen dank Verschiebbarkeit der gesamten Schließanlage und Einsatz von bis zu drei Formen mehrere Arbeitsgänge parallel ab. (Quelle: Extraplast)

Zeitgleich ausstoßen und entnehmen
Die bis zu drei Schließeinheiten werden rechtwinklig zur Extruderachse im Shuttle-Betrieb gefahren. Somit bedient die Maschine mehrere Schließeinheiten mit nur einer Extrusion. Dank zusätzlicher Verfahrbarkeit der Systeme im geschlossenen Zustand in Extruder-Längsachse kann in Kombination mit den separat verfahrbaren Formhälften der Ausstoß- und Entnahmeprozess, zum Beispiel bei einer kontinuierlichen Extrusion, nahezu zeitgleich ablaufen.

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Die Maschine kann mit einem herkömmlichen Staukopf oder mit der von Extraplast patentierten Vako-Technologie arbeiten. Mit diesem neuen System kann der Kopfspeicher – unabhängig vom Extruder – in vertikaler Richtung verstellt werden. Vorteile sind die entfallende Verstellung der gesamten Extruderbühne und damit verbunden eine Reduktion der Maschinen-Bauhöhe. Des weiteren kann die Vako-Verstellung auch dynamisch im Prozess betrieben werden, beispielsweise bei co-extrudierten Artikeln im kontinuierlichen Prozess. Zudem soll diese Besonderheit den Wechsel von Rohstoffen oder Farbwechsel und Ähnliches erleichtern.

Nur ein Roboter entnimmt die Artikel aus den zwei oder drei Schließeinheiten an einem zentralen Punkt und legt sie für die nächsten Fertigungsschritte ab. Damit entfallen Kosten für eine zweite oder dritte Artikelaustragung und die entsprechende Peripherie. Flexibilität in den Einsatz bringt laut Hersteller die Möglichkeit, die Artikels oberhalb oder der Form zu kalibrieren. Möglich ist das, weil die Aufnahme des Blasdorns, der unterhalb der Form angebracht ist, mit einer zusätzlich verfahrbaren Achse ausgestattet wurde.

Die in der Extraplast-Anlage eingesetzten Umrichter sind für Einachs- und Mehrachs-Anwendungen geeignet und können je nach Anforderungen über steckbare Sicherheitsmodule mit verschiedenen Sicherheitsfunktionen ausgestattet werden. (Quelle: Baumüller)

Zeitgleiches Arbeiten
Aufgrund der horizontale Verschiebbarkeit der gesamten Schließeinheiten können der Blasformprozess und weitere Prozesse wie Kühlen, Kalibrieren, Artikelentnahme oder Beschneiden parallel zu den anderen Stationen ablaufen. Damit steigt die Produktivität erheblich. Die Bestückung mit bis zu drei Schließeinheiten – also mit drei Formen – soll, je nach Artikelanforderungen, Leistungssteigerungen bis 30 Prozent ermöglichen. Schnelle Formschließbewegungen senken die Totzeiten beim Öffnen und Schließen der Formhälften, die Produktivität steigt.

Energieeffizient mit Servoantrieben
Eine weitere Stärke der neuen Blasformmaschine sei ihre Energieeffizienz, erreicht durch innovativen Einsatz von Servotechnik. Die regelbaren Servomotoren speisen Energie, die durch Bremsvorgänge in den Motoren entsteht, zurück ins Netz. Der verringerte Gesamtenergieverbrauch schlägt direkt auf die Kosten Stückkosten in der Produktion durch.

Mit Kombination der Leistungsstellung über die elektrischen Antriebe und Kraftübertragung durch hydraulische Kurzhubzylinder entstehe eine leistungsstarke und dank präziser Regelung dennoch energieeffiziente Antriebslösung, die die Vorteile von Hydraulik und elektrischer Antriebstechnik in sich vereint.

Die Motoren der Baureihe DS2 tragen dank ihrer hohen Leistungsdichte zur Effizienz der Blasformmaschine bei. (Quelle: Baumüller)

Servomotoren und Umrichtern der Baureihe M Maxx 5000 von Baumüller treiben die Schließeinheiten der EBM 10-20 D an. Integriert sind die Motorbaureihen DS2 und DSC. Als Vorteil der drehmomentstarken DSC-Motoren wird deren Kompaktheit bei hoher Leistungsdichte genannt, die die Flexibilität beim Einbau steigert. Die dynamischen und ebenfalls kompakten Synchronantriebe der Motorengeneration DS2 sollen mit ihrem Wasserkühlkonzept überzeugen, das durch besonders guten Wärmeübergang hohe Leistungen ermögliche. Der in diesem Konzept genutzte Wassermantel bewirkt als positiven Nebeneffekt außerdem eine Verringerung der Geräuschentwicklung. Der gemessene Geräuschpegel der Anlage unter Produktionsbedingungen liegt laut Hersteller bei 73 dB(A).

Bei der Wahl der Umrichter waren besonders die geforderten Sicherheitsfunktionen ausschlaggebend. Forderung war beispielsweise die sicher reduzierte Drehzahl, die die Maschinenrichtlinie verlangt, wenn sich beim Einrichtbetrieb Bedienpersonal im Schutzgitterbereich aufhält. Die Konstrukteure entschieden sich daher für Umrichter, die je nach Anforderungen mit verschiedenen Sicherheitsfunktionen ausgestattet werden können. Durch Steckmodule kann jeder Anwender die Funktionen integrieren, die für die jeweilige Applikation notwendig sind. Damit kann das System bedarfsgerecht und wirtschaftlich auf die jeweils speziellen Bedingungen zugeschnitten werden. Außerdem eignet sich diese Umrichterreihe dank ihrer Erweiterbarkeit für Einzel- als auch für Mehrachs-Anwendungen. In allen Fällen steigert die Rückspeisefähigkeit die Effizienz der Gesamtmaschine.

Schneller Schließkraftaufbau – Nachschlagen
Die EBM 10-20 D bietet, so der Anlagenentwickler, im Gegensatz zu den bekannten vollelektrischen Maschinen einen besonders schnellen Schließkraftaufbau. Dies wird mit Auslegung des innovativen Hybrid-Konzepts erzielt, bei dem die Krafteinleitung weiterhin hydraulisch stattfindet. Die Kurzhubzylinder benötigen jedoch nur geringe Ölmegen – und damit hydraulische Energie – die Funktion „Nachschlagen“ ist aber weiterhin gewährleistet. Dabei wird kurz vor Ende des Schließvorgangs der Kurzhubzylinder mit hoher Geschwindigkeit zugeschaltet und so die Geschwindigkeit nach Bildung der Schweißnaht nochmals erhöht. Das optimiert das Trennen des Butzens.

Mechanik und Antriebstechnik Hand in Hand
Die EBM 10-20 D ist eine Blasformmaschine mit neuartigem Schließsystem und Maschinenkonzept, das auf hohe Effizienz trotz flexibler Anwendung und Prozesssicherheit ausgelegt ist. Die zum Patent angemeldete neue Schließeinheit kann auch als Dreiplatteneinheit ausgelegt werden, so dass die Maschine noch kompakter ist als die Doppelstationen-Maschine EBM 10-20 D. In Verbindung mit der Vako-Technologie sei weiteres Potenzial zur Leistungssteigerung vorhanden. Mit den drehmomentstarken und kompakten Servomotoren, den energieeffizienten Synchronmotoren sowie den passenden Umrichtern mit optional integrierter Sicherheitstechnik sieht der Maschinenbauer ein zukunftsfähiges, flexibel einsetzbares Konzept realisiert.

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