Elektromechanische Aktuatoren

Andreas Mühlbauer,

Wirtschaftliche Automatisierung in der Verpackungsbranche

Unternehmen des Verpackungssektors setzen verstärkt auf Automatisierung. Hier können die elektromechanischen Lösungen von Ewellix Vorteile bringen.

Als Basis für das Slidekit dient die Linearachse CLSM-150-B. © Ewellix

Fast jedes Produkt muss irgendwann auf dem Weg von der Herstellung bis zum Endverbraucher eingepackt werden. Hierbei erfüllt die Verpackung unterschiedliche Aufgaben: Sie schützt die Waren bei Transport und Lagerung, vereinfacht ihre Handhabung und liefert dem Nutzer wichtige Informationen. Eine Untersuchung der Unternehmensberatung Mckinsey zeigt, dass Unternehmen weltweit dafür jedes Jahr fast 900 Milliarden US-Dollar ausgeben.

Unternehmen stehen hier aber vor vielen Herausforderungen: Das große Wachstum des E-Commerce zum Beispiel hat die Menge der benutzen Verpackungen, die daran gestellten Anforderungen und die Komplexität des Verpackungsmanagements deutlich erhöht. Laut einer Stude des American Institute for Packaging and the Environment müssen Sendungen auf ihrem Weg vom Hersteller zum Kunden bis zu zwanzigmal so viel manuelles Handling aushalten wie solche, die für Einzelhandelsgeschäfte bestimmt sind. Versandzentren müssen zudem mit schwankender und unregelmäßiger Auslastung zurechtkommen und dafür sorgen, dass die Produkte schnell und in einwandfreiem Zustand am Ziel ankommen.

Nachhaltige Lösungen sind gefragt

Auch die Nachhaltigkeit ist eine Herausforderung. Verbraucher, Regierungen und Umweltverbände beobachten mit Sorge, welche Auswirkungen das Material auf die Umwelt hat. Jeder einzelne Bürger der EU beispielsweise erzeugt jedes Jahr rund 170 Kilogramm an Kunststoffverpackungsabfällen, von denen momentan nur ein kleiner Teil recycelt wird. Der größte Teil wird in Deponien gelagert, wo es mehrere Jahrhunderte dauert bis diese zersetzt sind. Umweltschutzverbände warnen bereits, dass es bis 2050 mehr Plastik als Fische in den Weltmeeren geben könnte.

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Die Verpackungsmittelindustrie reagiert auf die wirtschaftlichen, technischen und sozialen Herausforderungen mit vielen Initiativen. Die Unternehmen etwa entwickeln neue Materialien, Technologien und Geschäftsmodelle, um Kosten zu senken, ihre Flexibilität zu erhöhen und die Ressourcen in der gesamten Lieferkette besser zu nutzen.

Eine neue Welle der Automatisierung

Große Fortschritte sind hier vor allem bei der Automatisierung zu verzeichnen: Bei bislang manuellen Verpackungsaufgaben können Unternehmen deren Geschwindigkeit und Produktivität steigern. Fügen sie bereits automatisierten Bereichen der Wertschöpfungskette neue Funktionen hinzu, lassen sich Effizienz, Qualität und Flexibilität optimieren. Analysten in den USA erwarten, dass die Nachfrage nach Technologien für die Verpackungsautomation in den kommenden fünf Jahren um 9,2 Prozent pro Jahr wachsen wird. Das entspricht etwa dem Dreifachen des Wachstums des gesamten Verpackungssektors.

Die Einführung von Robotern in Lagern und Verteilzentren sowie der Einsatz von maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz zur Optimierung des Betriebs haben die Verpackungsautomatisierung in den vergangenen Jahren geprägt und stark verändert. Die größte Leistungssteigerung kam aber durch Fortschritte in der Antriebstechnik, dem Herzstück moderner Verpackungsanlagen.

Elektromechanische Lösungen bieten viele Vorteile

Elektromechanische Aktuatoren unterstützen die Automatisierung. © Ewellix

Immer häufiger ersetzen Unternehmen inzwischen fluidtechnische Systeme durch elektromechanische Aktuatoren der neuesten Generation. Statt Hydraulik- oder Pneumatikzylindern nutzen sie einen Präzisionskugel- oder Rollengewindetrieb, angetrieben von einem Elektromotor. Diese Komponenten sind in einer Vielzahl von Standardausführungen erhältlich. Dank ihres modularen Aufbaus lässt sich ihre Leistung, Geschwindigkeit und Präzision für nahezu jede Aufgabe genau anpassen. Elektromechanische Aktuatoren bieten noch weitere handfeste Vorteile: Anwender können sie leicht in bestehende Maschinen integrieren, sie benötigen keine Rohre, Pumpen, Akkumulatoren oder eine andere komplexe Infrastruktur, und sie sind sehr energieeffizient. Die Komponenten übertragen in der Regel 80 Prozent ihrer Eingangsleistung. Durch die direkte mechanische Verbindung zwischen Motor und Präzisionskugel- oder Rollengewindetrieb lassen sie sich zudem präzise steuern und bieten eine Wiederholgenauigkeit bis auf wenige Mikrometer über ihren gesamten Bewegungsbereich.

Diese Vorteile zeigen sich in der Praxis ganz deutlich. Bei der Herstellung von PET-Flaschen zum Beispiel ist die Gewichtsreduzierung der Produkte eines der Hauptziele. Dünnwandige Flaschen sollen Kosten und Ressourcenverbrauch senken. Die sichere Handhabung der Flaschen während des Blasformens ist jedoch schwierig. Dazu muss die Produktionsausrüstung innerhalb eines genau definierten Leistungsbereichs arbeiten, um das Risiko von Qualitätsproblemen oder Fehlern zu minimieren. Hier kommen die elektromechanischen Lösungen von Ewellix ins Spiel: Mit den Rollengewindetrieben lässt sich die Bewegung der Kunststoffvorformlinge beim Blasformen während des gesamten Zyklus exakt steuern. Die hohe Geschwindigkeit und Beschleunigung der Aktuatoren tragen zu einem maximalen Durchsatz bei.

Beim Verpacken, Abfüllen und Etikettieren von Lebensmitteln und Getränken arbeiten Anwender mit einer immer größeren Auswahl an Verpackungsformen, -stilen und -größen. Die Anlagen müssen jedes Mal neu eingestellt werden, wenn die Linie für einen anderen Verpackungstyp konfiguriert wird. Das ist zeitaufwändig, verringert die Produktivität und schränkt die betriebliche Flexibilität ein. Durch den Einsatz elektromechanischer Aktuatoren und Hubsäulen kann der Anwender die Anlagen über die Software automatisch und präzise konfigurieren. Das reduziert Ausfallzeiten, macht die Herstellung kleiner Chargen wirtschaftlicher und verringert das Risiko für Fehler, Qualitätsprobleme und ungeplante Anlagenstillstände.

Speziell für anspruchsvolle Einsätze in der automatisierten Hochgeschwindigkeits- und Großserienproduktion hat Ewellix die Aktuatoren der CASM-Reihe entwickelt. Sie sind für hohe Leistung und lange Lebensdauer ausgelegt. Hochwertige Lager sowie Kugel- und Gewindespindeln sorgen mit ihrer geringen Reibung für Energieeffizienz und mit ihrem geringen Axialspiel für große Präzision. CASM-Aktuatoren sind modular aufgebaut, in allen Standardgrößen erhältlich und können mit verschiedenen Motortypen betrieben werden. Eine große Auswahl an Optionen und Zubehör ermöglicht die einfache Integration in zahlreiche Anwendungen.

Dem Roboter Beine machen

Elektromechanische Aktuatoren erhöhen auch die Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit moderner Robotersysteme und Cobots. Diese kollaborativen Roboter übernehmen inzwischen sehr viele Verpackungsaufgaben wie Kartonbefüllung, Etikettierung und Palettierung. Die meisten Cobots arbeiten auf einer feststehenden Basis. Das schränkt ihre Reichweite und ihre Einsatzfähigkeit deutlich ein. Um dem zu begegnen, können Anwender den Roboter auf einer beweglichen Plattform installieren, die von elektromechanischen Aktuatoren angetrieben werden. Damit der Cobot in jeder gewünschten Höhe eingesetzt werden kann, lassen sich vertikal arbeitende Teleskop-Säulen am Boden oder an der Decke montieren. Diese sind besonders nützlich beim Palettieren, wenn der Roboter Produkte von Bodenhöhe bis auf zwei Meter oder mehr stapeln muss. Montiert auf ein horizontal arbeitendes Linearmodul bewegt sich ein Cobot entlang einer Verpackungslinie. So kann er an verschiedenen Stationen arbeiten oder automatisch zwischen mehreren Maschinen verfahren. In beiden Fällen sind Präzision und Steifigkeit elektromechanischer Aktuatoren ausschlaggebend dafür, dass der Roboter für jede Aufgabe stabil und richtig positioniert ist.

Zusammen mit Universal Robotics (UR) hat Ewellix eine Reihe von Plug-and-Play-Lösungen entwickelt. Das Liftkit und das Slidekit sind einbaufertige Lösungen, um Cobots von Universal Robots einfach eine vertikale oder horizontale Achse hinzuzufügen. Jedes Kit enthält die benötigte Hardware, die mechanischen Anbauteile sowie Steuerungen und Schnittstellen zum UR-System. Ebenfalls enthalten ist eine UR-Caps-Software zur direkten Steuerung der zusätzlichen Achse aus der Roboter-Programmierumgebung heraus. Es sind keine Entwicklungsressourcen notwendig, und der Roboter ist in 30 Minuten betriebsbereit. Das vertikal arbeitende Liftkit hebt oder senkt die Basis des Cobots um bis zu 900 mm. In Sonderfällen lassen sich auch größere Hübe realisieren. Als Basis für das horizontale Slidekit dient die Linearachse CLSM-150-B. Diese wird von einer Kugelgewindespindel angetrieben und ermöglicht Verfahrwege von bis zu 1.800 mm. 

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