„Mechanische Kurvenscheiben haben sich bei Hubprozessen seit Jahrzehnten bewährt und werden auch zukünftig in vielen Füll- und Verschließmaschinen im unteren und mittleren Leistungssegment zu finden sein“, sagt Franz-Josef Patzelt, einer der Geschäftsführer von Franz Tölke. Mit Hub-Dreh-Motoren aber könne der Verschließvorgang leichter an individuelle Produktanforderungen angepasst und ein Produktwechsel schneller durchgeführt werden. Tölke hat in der Vergangenheit bereits Einiges getan, um Füll- und Verschließmaschinen, die mit konventioneller Hubkurventechnik arbeiten, flexibler zu gestalten: Durch die Verwendung von Transportbechern mit gleicher Außenkontur und individueller Innenkontur müssen bei einem Produktwechsel oft nur die Becher getauscht werden. Ist ein Austausch aller Formatteile einer Maschine unumgänglich, hat Tölke zudem dafür gesorgt, dass dies werkzeuglos und damit schnell von der Hand geht.

Linearer und rotativer Direktantrieb

Muss allerdings bei einem Produktwechsel der Verschließprozess selbst modifiziert werden, ist üblicherweise ein Wechsel der an der Hubbewegung des Schraubprozesses beteiligten mechanischen Hubkurven unumgänglich. Da dieser Vorgang zeit- und kostenaufwändig ist, hat Tölke jetzt für eine Anwendung mit häufigen Produktwechseln eine Rundläufermaschine mit 16 Verschließstationen gebaut, bei denen der komplette Schraubprozess jeweils über einen Hub-Dreh-Motor von Typ PR01-84 abgebildet wird. Dieser speziell für Verschließ- und Schraubprozesse entwickelte Elektromotor aus der PR01-Serie von Linmot vereint in einem kompakten Gehäuse sowohl einen linearen als auch einen rotativen Direktantrieb, die jeweils getrennt angesteuert werden.

„Für den Drehanteil des Verschraubprozesses nutzen wir schon seit Längerem anstelle eines Pneumatikmotors einen rotativen Servomotor, wenn die Anwendung beim Verschrauben einen definierten Drehwinkel und ein definiertes Drehmoment erfordert, beziehungsweise wenn ein Produktwechsel auf Knopfdruck gewünscht ist“, erläutert Patzelt. Neu ist die Verwendung einer elektronischen Hubachse im Verschließer. „Der Verschluss muss aufgenommen, auf die Flasche aufgesetzt und dann so geführt werden, dass die Drehbewegung optimal unterstützt wird“, konkretisiert Markus Kröger, verantwortlicher Projektmanager bei Tölke. „Wird diese Hubbewegung über eine Hubkurve gesteuert, sind die Höhen, an denen die Kappe aufgenommen und abgesetzt wird, so wie der gesamte Bewegungsablauf fest definiert.“

Die Monoblock-Anlage bietet Platz für 16 Verschließstationen. Hub-Dreh-Motoren erlauben schnelle Produktwechsel und vergrößern das Einsatzspektrum der Füll- und Verschließmaschine. (Bild: Tölke)

Sind wegen eines Produktwechsels Modifikationen am Bewegungsablauf erforderlich, müssen deshalb bei der mechanischen Lösung andere Verschlussköpfe oder sogar andere Kurvenscheiben installiert oder verschiebbare Kurvenscheiben vom Maschinenbauer integriert werden. Zur Entlastung des Kopfgewichtes muss zudem in einigen Fällen jeweils eine Feder eingebaut werden. „Mit einem Direktantrieb und einer elektronischen Hubkurve ist das alles nicht mehr erforderlich“, so Kröger. „Über eine entsprechende Parametrierung des programmierten Bewegungsablaufs oder den Aufruf eines vorbereiteten Rezepts kann die Hubbewegung des Linearmotors beliebig gestaltet und optimal an die individuellen Anforderungen der Anwendung angepasst werden.“ Damit sind auch unterschiedliche Verschlussarten wie Aufschraub- und Aufprellkappen auf einer Maschine verarbeitbar. Selbst unterschiedliche Prellkräfte oder Gewindesteigungen, wie sie Behälter mit und ohne Sicherheitsverschluss aufweisen, lassen sich mit einem Linearantrieb ohne Umbauten bewältigen. Darüber hinaus kann bei einem Hub-Dreh-Motor wie dem PR01 mit seinen beiden unabhängig voneinander arbeitenden Achsen losgelöst von der Position des Rundtellers schon während der Hubbewegung mit der Drehbewegung begonnen werden.

Modularisierung der Maschine

Die mechanische Entkopplung des Schließprozesses vom Karussell oder Rundteller haben die Tölke-Ingenieure zudem genutzt, um die Modularisierung der Maschine voranzutreiben. Kommt es zu einer Beschädigung einer Verschraubstation, lässt sich diese seitdem in kurzer Zeit tauschen, sodass die Maschine schneller wieder ihre Arbeit aufnehmen kann. Zudem kann vor einem geplanten Maschinenstopp erst der Verschließvorgang für alle in der Anlage befindlichen Behälter abgeschlossen werden.

Für eine zusätzliche Reduzierung der Stillstandzeiten sowie die Überwachung des Schraubprozesses können die Informationen ausgewertet werden, die der Dreh-Hub-Antrieb (Drehmoment, Drehzahl, Winkel, Vertikalposition, Geschwindigkeit und Kraft) für jeden Schraubprozess liefert. „Mit diesen vom Antrieb bereitgestellten Daten ist es möglich, die Zahl der tatsächlich ausgeführten Umdrehungen zu ermitteln, sodass eine separate Höhenauswertung des verschlossenen Behälters zur Überwachung des Schraubprozesses gegebenenfalls entfallen kann“, so Patzelt. Auch beim Aufprellen können die Antriebsdaten zur Überwachung eingesetzt werden. So lässt sich eine Fehlermeldung generieren, wenn ein vorgegebener Wert für die Aufprellkraft wegen eines störenden Anspritzpunktes überschritten wird. Franz Rossmann/as

Halle 3, Stand 3411