Verdoppelter Durchsatz bei der Flaschenverpackung

Mit einer variablen Greiferlösung auf Basis von XTS steigert der italienische Maschinenbauer Clevertech die Flexibilität und Produktivität von End-of-Line-Verpackungsanlagen. Eine niederländische Traditionsdestillerie konnte mit der innovativen Lösung den Durchsatz verdoppeln und durch PC-based Control von Beckhoff die Rüstzeiten von 30 auf nur noch sieben Minuten reduzieren − trotz vieler unterschiedlicher Flaschen- und Verpackungsvarianten.

Eine der ältesten Destillerien der Niederlande und gleichzeitig offizieller Lieferant des niederländischen Königshauses zu sein, ist eine Auszeichnung, die von Tradition und Prestige zeugt. Aber auch bei einer so bedeutenden Geschichte bleibt die Produktionseffizienz für das Unternehmen ein zentrales Thema, z. B. in der Endverpackung.

Hier stellen die Vielfalt an Flaschen und die häufigen Formatwechsel eine Herausforderung dar und verlangen maximale Flexibilität von der Verpackungslinie: Täglich bis zu zehn Umstellungen sind keine Seltenheit. Bei 24 Flaschenvarianten und 42 verschiedenen Verpackungskartons ist eine effektive Automatisierung des Prozesses alles andere als einfach zu realisieren. Clevertech, ein in der Provinz Reggio Emilia ansässiges schnellwachsendes Familienunternehmen mit 250 Mio. € Umsatz im Jahr 2024, konnte jedoch eine ebenso flexible wie leistungsfähige Lösung entwickeln. Das lineare Transportsystem XTS von Beckhoff nimmt dabei eine zentrale Rolle ein.

Clevertech, das auf Planung und Bau von End-of-Line-Anlagen für Primär- und Sekundärverpackungen spezialisiert ist, bietet keine Maschinen aus dem Katalog an. Stets wird der Bedarf des Kunden analysiert und auf dieser Grundlage eine individuelle Lösung entwickelt, die den spezifischen Anforderungen entspricht.

Mehr Flexibilität mit XTS

„Die Zusammenarbeit mit der niederländischen Brennerei besteht bereits seit mehr als 20 Jahren, und ich gebe zu, dass die Anfrage, die an uns gerichtet wurde, unsere Entwicklungsabteilung auf die Probe gestellt hat“, erklärt Luca Carollo, Business Development Manager bei Clevertech. Die Herausforderung war, die Rüstzeiten der End-of-Line-Verpackungsanlage drastisch zu reduzieren und gleichzeitig die Produktivität zu erhöhen. Diese Vorgaben zwangen Clevertech, die Automatisierung der gesamten Linie, einschließlich der Konstruktion des auf einem Roboter installierten Flaschengreifers, gründlich zu überdenken. Bereits in der Konzeptphase wurden die Spezialisten von Beckhoff kontaktiert. „Wir kannten zwar die Technologien von Beckhoff, hatten bis dahin jedoch noch kein Projekt damit realisiert“, so Luca Carollo.

Es war ein Roboter-Kartonpacker zu entwickeln, der einen Formatwechsel in nur sieben anstatt der vorher benötigten 30 Minuten bewältigt und zudem die Verarbeitungskapazität von 110 auf 225 Flaschen pro Minute mehr als verdoppelt. „Aufgrund des begrenzten Platzes durfte dabei die notwendige Stellfläche nicht vergrößert werden“, betont Luca Carollo. Neben unterschiedlichen Flaschengrößen muss sich die Maschine an die Kartonformate anpassen, die Zentriervorrichtungen positionieren und die Greifer so konfigurieren, dass die Flaschen in der richtigen Reihenfolge platziert werden.

Mover-Mechanik selbst entwickelt

Genau hier macht die Flexibilität des XTS den Unterschied aus: Mit 24 XTS-Motormodulen (AT2002-0250) und 32 Magnetplattensets (AT9001-0550 und AT9001-0AA0) entwickelten die Konstrukteure von Clevertech einen speziellen Greifkopf in einer 12x4-Matrix-Konfiguration. Dank der präzisen und synchronen Ansteuerung der 32 Mover ermöglicht diese Struktur das Greifen von Flaschen mit unterschiedlichen Durchmessern, wobei die Matrixabmessungen ad hoc den verschiedenen Kartongrößen angepasst werden können, z. B. für 3x2, 4x3 oder 6x4 Flaschen. „Mit XTS war es möglich, eine Lösung zu realisieren, die eine breite Palette von Flaschen verarbeiten kann, ohne dass die Mechanik der Greifer geändert werden muss. Dadurch konnten wir den Aufbau der Maschine vereinfachen, was weitere Vorteile in Bezug auf Konstruktion, Montage und Wartung mit sich bringt“, betont Luca Carollo.

Dieser Sammelpacker von Clevertech zeichnet sich durch weitere technische Lösungen aus, die zusammen mit dem XTS für die deutliche Produktivitätssteigerung sorgen. Dazu gehört die Positionierung der verstellbaren Führungen. Sie bilden die Einlaufstrecken für die unterschiedlich dicken Flaschen. Je nach Flaschentyp werden diese Spurbreiten automatisch eingestellt.

Herkömmliche Systeme, die beispielsweise sechs Flaschen in 3x2-Kartons verpacken, haben typischerweise zwei Einlaufstrecken, aus denen je drei Flaschen gegriffen werden. Im Gegensatz dazu ermöglicht die 12x4-Matrix des Clevertech-Greifers, Flaschen von bis zu vier separaten Spuren gleichzeitig zu greifen, was die Produktivität verdoppelt.

23.000 Flaschen mehr pro Schicht bei mehr Sicherheit

Und nicht nur das: Um eine ausreichende Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erzielen, wurden bei dem früheren Anlagendesign die Flaschen mit bis zu 14 m/min auf den Transportbändern bewegt. Dies führte mitunter zu gebrochenen Flaschen und Glassplittern und damit zu unerwünschten Maschinenstillständen. Durch die Verdopplung der Einlaufstrecken konnte Clevertech bei der neuen Ablage die Bandgeschwindigkeit fast halbieren, auf sichere 7,8 m/min. Dies garantiert nicht nur die Unversehrtheit der Flaschen; es eröffnet zudem Möglichkeiten für zusätzliche Einsparungen und Nachhaltigkeitsprojekte, etwa die Verwendung von dünnerem und damit kostengünstigerem Glas.

Die Reduzierung des Maschinenstillstands um 23 Minuten pro Formatwechsel bedeutet zusammen mit der doppelten Verpackungskapazität, dass der Kunde während einer Schicht bis zu 23.000 Flaschen zusätzlich verpacken kann.

TwinCAT und XTS als gelungene Kombination

Die TwinCAT Runtime regelt und synchronisiert die Bewegungsprofile und Positionierung aller 32 Mover und bildet somit das Herzstück der Automatisierungslösung. Als Steuerung wurde ein Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6032 mit einem Prozessor Intel^® Core^™ i und Windows als Betriebssystem gewählt. „Der Programmieransatz ist sehr einfach, fast natürlich“, betont Roberto Sarzola, Softwareentwickler bei Clevertech, „und die TwinCAT-Bibliotheken stellten alle Funktionen zur Verfügung, die wir für die Anwendung benötigten.“

Die präzise Synchronisation über EtherCAT und der Echtzeitkern von TwinCAT ermöglichten die hochdynamische Anwendung mit sehr kurzen Zykluszeiten und die vollständige Kontrolle aller Geschwindigkeits- und Beschleunigungsprofile. Darüber hinaus vereinfachte die Integration von Logik-, Motion- und Safety-Funktionen in derselben Engineering-Umgebung die Entwicklung, reduzierte Konfigurationsfehler und beschleunigte die Inbetriebnahme. „TwinCAT war für uns der Schlüssel, um das Potenzial von XTS voll auszuschöpfen“, bekräftigt Roberto Sarzola.

Kundenzufriedenheit ist die beste Belohnung

„Der Endkunde ist mit der von uns geleisteten Arbeit äußerst zufrieden und sobald alle Tests abgeschlossen sind, planen wir eine weitere Linie“, so Luca Carollo. Der automatische Formatwechsel garantiere nicht nur eine höhere Maschinenverfügbarkeit, er mache auch den Einsatz von Fachkräften für mechanische Einstellungen überflüssig. In einem Markt, in dem es schwierig sei, qualifiziertes Personal zu finden, sei dies ein weiterer Vorteil. Die erzielten Verbesserungen gehen laut Luca Carollo auf das ingenieurtechnische Gespür und die technischen Fähigkeiten der Konstrukteure von Clevertech zurück. Aber auch die Experten von Beckhoff hätten durch gezielte Unterstützung und Schulungen eine wichtige Rolle gespielt.

Clevertech profitiert bei der Greiferlösung von den Eigenschaften des XTS, obwohl es nicht in der häufig gewählten Variante mit geschlossenem Fahrweg aufgebaut ist:

• Clevertech nutzt XTS anstelle klassischer Linearmotoren und ersetzt damit schwere Schleppketten.
• Der gesamte Aufbau ist deutlich schlanker, weil die XTS-Motormodule die Sensorik bereits integrieren.
• Die Software als zentraler Bestandteil des XTS sorgt für die präzise Synchronisation der jeweils gegenüberliegenden Mover (Achsen). Dies ist nur dank TwinCAT, EtherCAT und der zentralen Datenverarbeitung im Industrie-PC möglich.
• Besonderer Vorteil ist, dass durch das Zusammenspiel der gegenüberliegenden Achsen jeder Punkt auf der von den XTS-Systemen aufgespannten „Aktionsfläche“ erreicht werden kann.
• Das geringe Eigengewicht des XTS erweitert an einem Roboterarm hängend die Freiheitsgrade der Verpackungsanlage.