Geberloses Antriebskonzept optimiert die Süßwaren-Produktion

In jeder Hinsicht eine runde Sache

Wer nascht, macht sich meistens keine Gedanken darüber, wie die Leckereien eigentlich hergestellt werden. Die Anforderungen an die Anlagen, die in der Süßwarenindustrie zum Einsatz kommen, sind hoch – der Platz in den Produktionshallen hingegen begrenzt. So kompakt wie möglich sollte deshalb der Antrieb für eine Mehrachsen-Wickelanlage sein, den ein Anlagenbauer benötigte.

Der Antrieb hat die Aufgabe, die Wickeleinheit der Anlage zu bewegen, die schnurartige Süßwaren zu verpackungsgerechten Einheiten aufrollt. „Das Projekt war für uns schon eine Herausforderung“, erinnert sich Manfred Brucksch-Richter, Manager Business Development bei A-Drive. Ein Grund dafür war der Produktionsablauf beim Süßwarenhersteller, der bei der Konfiguration des Antriebes zu berücksichtigen war: Ein der Wickelmaschine vorgeschalteter Extruder presst dünne Stränge der Süßwaren bei hohen Temperaturen, die dann in halbfestem Zustand aufgerollt werden. „Das Produkt erhält seine Festigkeit erst während des Aufwicklungsprozesses“, erläutert Brucksch-Richter. Damit die Schnüre in diesem Aggregatzustand exakt aufeinanderliegen, muss der Antrieb für die Wickeleinheit über eine stabile Drehzahlregelung verfügen und konstant arbeiten. Robust sollte er auch sein, denn die Süßwaren-Fäden werden vor und während der Wicklung mit einer ölhaltigen Emulsion benetzt.

Für die Anlage zur Aufwicklung von Süßwaren konzipierte A-Drive eine geberlose Antriebslösung mit Servomotor, Servoregler und einem zentralen Schleifring.

A-Drive entschied sich für die Servomotoren der Baureihe SMN6, die in Zusammenarbeit mit dem Hersteller an die Wickeleinheit angepasst wurden. Die Motoren verfügen über eine Drehzahlregelung im Bereich von 600 bis 900 Umdrehungen pro Minute, um die Süßwarenfäden gleichmäßig aufzuwickeln. Die Herausforderung: Wenn der Prozess zu schnell abläuft, sind die Fäden noch nicht fest und werden mit zu großem Druck aufeinandergepresst. „Die Drehzahl- und die Kraftregelung waren deshalb entscheidend bei der Konfiguration der Motoren“, sagt Manfred Brucksch-Richter. Gelöst wurde die Aufgabenstellung mit einem Kit-Motor, der mit Wellendichtringen und Dichtungen ausgestattet ist und die Schutzart IP65 erfüllt.

Zeitsynchron an alle vier Antriebe

Für den Servoantrieb kommt eine geberlose Regelung zum Einsatz. Dadurch reduziert sich die Länge des Motors, es wird weniger Bauraum benötigt und die Kosten für den Antrieb sinken. Obwohl die Anwendung einen Motor mit 60 Millimeter-Hohlwelle erforderte, konnte A-Drive die Aufgabe mit Standard-Komponenten lösen. Zum Antriebspaket gehört neben dem SMN6-Servomotor ein Servoregler und ein Schleifring mit vier integrierten Servomotor-Leitungen. „Der Schleifring war nötig, weil die Wickeleinheit der Maschine noch in einer zusätzlichen Achse drehbar sein sollte“, so Brucksch-Richter. Der Drehübertrager führt die Motor-Leistungskabel und übermittelt zusätzlich 20 I/O-Signale, die für die Steuerung der Anlage nötig sind. Als Servoregler wählten die Spezialisten von A-Drive den Servo One Junior von LTI. Er lässt sich einfach bedienen und verfügt über einen virtuellen Geber. Dieser stellt ein Quasi-Messsystem dar, dem ein mathematisches Modell des Antriebssystems zugrunde liegt. Der virtuelle Geber misst unter Bezugnahme auf dieses Modell unter anderem die Gegen-EMK (elektromotorische Kraft) – also die Energie, die durch die Rotation des Permanentmagneten entsteht und der Betriebsspannung entgegenwirkt. Mithilfe der daraus berechneten Werte nimmt der Geber dann die Drehzahl- und die Kraftregelung des Servomotors vor. Angesteuert wird der Servo One Junior über das Kommunikationssystem Profinet IRT, so dass der Regler die Drehzahlen zeitsynchron an alle vier Antriebe liefert.

Die geberlose Regelung von Servomotoren funktioniert bei mittleren Drehzahlen am besten, denn in diesem Betriebszustand stehen dem virtuellen Geber die meisten Werte von der Messung der Gegen-EMK zur Verfügung. Damit der Motor auch in Drehzahlbereichen funktioniert, in denen diese Werte nicht abrufbar sind, ist der Servoregler mit einem Testsignalgenerator ausgestattet. Er schätzt die Werte zur Lage des Motors und der Drehzahl und richtet die Motorregelung daran aus.

Titel LT
lupe

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