Schnell, flexibel, effizient

29. Januar 2015

Alles in trockenen Tüchern: Sensorenvielfalt in der Taschentücherproduktion

Lichttaster verschiedener Produktfamilien, Lichtleiter-Sensoren, induktive Näherungssensoren, Laser-Sensoren und Sicherheitszuhaltungen – in den Flowtos-Taschentuchmaschinen von Winkler+Dünnebier dominiert Sensorik von SICK. Hohe Detektionsqualität, einfache Integration, das Eingehen auf Sonderanforderungen, die bewährte langjährige Zusammenarbeit und die enge Beratung durch SICK bereits in der Konstruktionsphase waren für den Maschinenbauer entscheidende Gründe für die Beschaffung aus einer Hand.

 

 

Versiegeln

Die Prüfung der einwandfreien Versiegelung führen Lichtschranken vom Typ WL9G durch, die auf die Detektion transparenter Objekte und Materialien spezialisiert sind

 

Als weltweit führender Technologie- und Systempartner bietet die Winkler+Dünnebier GmbH (W+D) ein breites Spektrum effizienter integrierter Komplettlösungen für die Briefumschlag- und Mail-Industrie sowie für die Tissue- und Hygieneindustrie an. Mit der Flowtos-Taschentuchmaschine setzt W+D ein innovatives Engineering-Konzept um und bietet eine Komplettlösung für die Produktion von Tissue-Taschentüchern an. Die Maschine ist durchgängig mit Servotechnik und Elektronik ausgerüstet, was sie sehr flexibel macht. So kann ein breites Spektrum an Format- und Päckchenvariationen produziert werden. Die komplexe Funktionsweise der Maschine ermöglicht es, innerhalb von Sekunden aus 2-, 3- oder 4-lagigen Tissue-Rollen fertig gefaltete und verpackte Taschentücher herzustellen – in einer Minute bis zu 4.600 Stück. Für eine reibungslose Performance müssen Stillstände unbedingt vermieden werden. Dies macht den Einsatz verschiedenster Sensoren erforderlich, die sich in ihren physikalischen Wirkprinzipien unterscheiden und in jedem Fall zuverlässig funktionieren müssen. Eine weitere Anforderung von W+D an die erforderliche Sensorik war, dass sie komplett aus einer Hand bezogen werden sollte, inklusive eingehender Beratung hinsichtlich der für jede Applikation optimalen Lösung.

 

Präzise Prozesse, Schritt für Schritt: Abrollen, Glätten und Verprägen

Bei der Flowtos von W+D handelt es sich um eine zweibahnige Taschentuchmaschine mit integrierten Einzel- und Gebindeverpacker. So effizient wie die Maschine selbst arbeitet auch die integrierte Sensorik von SICK. Sie sorgt für ein präzises Ablaufen und Ineinandergreifen der einzelnen Prozessschritte. Die Flowtos setzt sich aus aufeinanderfolgenden Modulen wie Abrollung, Glätt- und Verprägestation, Schneide-, Falt- und Stapeleinheit, Einzelverpackung mit integrierter Wendeeinrichtung und Gebindeverpackung zusammen:

 

In der Abrollung wird Tissue-Material von einer Rolle mit etwa zwei Meter Durchmesser abgewickelt. Dabei überwacht die Klein-Lichtschranke WT14-2 den abnehmenden Rollendurchmesser kontinuierlich. Um die unterschiedlichen Kerndurchmesser der Rollen zu berücksichtigen und damit das Erreichen des Rollenendes sicher zu detektieren, ist der Sensor verfahrbar montiert. Die präzise Hintergrundunterdrückung des WT14-2 sorgt für eine zuverlässige Detektion auch bei kritischen Umfeldbedingungen.

 

Tissue-Rolle_WT14-2

In der Abrollung überwacht die Klein-Lichtschranke WT14-2 den abnehmenden Rollendurchmesser der Tissue-Rolle kontinuierlich

 

Ein weiterer Lichttaster in der Abrollung, ein WT18-3, überwacht den Abwickelprozess auf einen möglichen Bahnriss. Die hohe Unempfindlichkeit des Tasters gegenüber Fremdlichtquellen und  HF-Lampen im Umfeld gewährleistet ein zuverlässiges Schaltverhalten.

 

Kalanderwalzen_VT180-2_

Rund-Lichtschranken der Produktfamilie VT180-2

In der Glätt- und Verprägestation wird das Tissue, dessen Bahnspannung die Servoantriebe elektronisch regeln, geglättet und in einem Kalander verprägt, um die einzelnen Tissue-Lagen am Rand miteinander zu verbinden. Als Überwachung gegen unbeabsichtigtes Aufwickeln von Tissue auf die Kalanderwalzen und zur Detektion von Materialrückständen im Prägebereich setzt W+D Rund-Lichtschranken der Produktfamilie VT180-2 ein. Die zylindrische M18-Bauform des Metallgehäuses ermöglichte eine leichte Integration. Der Sensor kann die glänzende Walzenoberfläche und die durchlaufende Tissue-Bahn trotz ähnlichem Remissionsverhalten sicher voneinander unterscheiden. Und schließlich sorgt die hohe Schaltfrequenz von 1.000 Hz für ein schnelles Ansprechen des Sensors und minimalen Materialverlust.

 

Hohe Prozesssicherheit beim Schneiden, Falten und Stapeln

Längsschneider_

Klein-Lichtschranke WT18-3 zur Bahnabfrage

 

 

 

Im Schneide-, Falt- und Stapelmodul wird die geprägte Tissue-Bahn längsgeschnitten, gefaltet und einem Stapelmagazin zugeführt. In den Längsschneider integriert ist eine Klein-Lichtschranke WT18-3 zur Bahnabfrage. Die Sensoren sind direkt mit dem Motorregler verbunden, wodurch sich nicht nur der Verkabelungsaufwand in der Maschine deutlich reduzieren ließ. Auch die Kommunikationslast des Automatisierungssystems konnte erheblich verringert werden.

 

 

 

 

 

 

 

 

Eine Miniatur-Lichtschranke WTB8L erfasst danach die korrekte Länge des geschnittenen Tissue-Tuches. Der Sensor überzeugt durch seine kompakte Bauform sowie – bedingt durch den kleinen Lichtfleck auf dem Material – sein sehr präzises und schnelles Schaltverhalten.

 

Taschentuch-Päckchen_

Laser-Lichttaster der Produktfamilie WTB8L kontrollieren die Höhe der Taschentuch-Päckchen

 

 

Die Schacht- bzw. Staukontrolle an der Stapeleinheit hat W+D mit Lichtleiter-Sensoren WLL180T realisiert. Platzgründe und kurze Ansprechzeiten von nur 16 µs sprachen ebenso für diese Sensorauswahl wie die hohe Lichtstärke und Auflösung, die in diesem staubbelasteten Einsatzumfeld eine zusätzliche Funktionsreserve gewährleisten.

 

 

 

 

Hat ein Tissue-Stapel die vorgegebene Größe von z. B. zehn Taschentüchern erreicht, wird er an den Einzelverpacker transportiert. In diesem Fördersegment sind für verschiedene Positions- und Endlagenabfragen induktive Näherungssensoren der Baureihe IM12 verbaut. Bei der Sensorauswahl überzeugten sie durch die kompakte M12-Baugröße des Metallgehäuses in Schutzart IP67, durch die Möglichkeit des bündigen Einbaus in Metall sowie durch die hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit.

Zuverlässig detektieren und kontrollieren beim Verpacken

Im Einzelverpacker wird bei der Zuführung der Kunststofffolie, in die der Taschentuch-Stapel dann verpackt wird, überwacht der induktive Näherungssensor IMA18 die Position des Tänzers bei der Folienabwicklung. Der Sensor verfügt über einen dreifachen Schaltabstand, wodurch er bei gleicher Baugröße wie Standardsensoren einen wesentlich größeren Erfassungsbereich bietet. Darüber hinaus stellt der IMA18 wahlweise ein analoges Strom- oder Spannungssignal zur Verfügung, sodass die Tänzerposition innerhalb des Detektionsfeldes kontinuierlich überwacht werden kann.

 

Das Schneiden der Folie triggert der Farbsensor CS8. Dank seiner Dreifarb-LED-Technologie ist er in der Lage, die hinsichtlich Farbe und Hintergrund variierenden Registermarken in jeder Situation zuverlässig zu erfassen. Unmittelbar nach dem Umwickeln mit Folie erreicht das Tissue-Päckchen die Siegelstation, in der zunächst die Längsnaht der Verpackung verschlossen wird.

 

Einzelverpacker_

Das Schneiden der Folie im Einzelverpacker wird durch einen Farbsensor CS8 getriggert

 

Vor Erreichen der Wendeeinrichtung kontrollieren Miniatur-Lichtschranken WTB8L die korrekte Längsversiegelung. Danach werden die Päckchen gedreht und der zweiten Siegeleinheit zugeführt, die das Kopf- und das Bodenende verschließt.

Bei der Kopfsiegelung appliziert an der Öffnungsperforation der Verpackung ein Etikettierer ein Verschlusslabel – getriggert durch eine Miniatur-Lichtschranke WTB8 mit Hintergrundunterdrückung.

 

 

WL9G

Die Prüfung der einwandfreien Versiegelung führen Klein-Lichtschranken vom Typ WL9G durch. Diese Sensoren sind spezialisiert auf die Detektion transparenter Objekte und Materialien. Sie können hochstehende Folie, die auf eine nicht einwandfreie Versiegelung hinweist, ebenso sicher erkennen wie das Fehlen eines Verschlusslabels. Ist ein fehlerhaftes Tissue-Päckchen erkannt, wird es vor dem Gebindeverpacker ausgeschleust.

 

 

 

 

Eine Miniatur-Lichtschranke WTB8 steuert die automatische Auswurfeinheit ebenfalls an.

 

Sichere Überwachung von Schutzeinrichtungen an Gefahrstellen

 

Sicherheitszuhaltung_i15_LockDie Abrollung sowie der gesamte Maschinenbereich zwischen dem Stapelmodul und der Wendeeinrichtung vor der zweiten Siegelstation sind aus Gründen der Maschinensicherheit mit einem Schutzzaun bzw. mit Schutzabdeckungen ausgestattet. Sicherheitszuhaltungen der Produktfamilie i15 Lock überwachen die Zugangstür am Zaun der Abrollstation sowie die mechanisch trennenden Abdeckungen im mittleren Maschinensegment. Als mechanische Sicherheitsschalter in Schutzart IP67 mit Feder- und Magnetkraftverriegelung und einem robusten Betätigerkopf bewähren sie sich auch im staubbelasteten Betriebsumfeld der Flowtos-Taschentuchmaschine als zuverlässige Türüberwachung. Sie stellen sicher, dass ein Tauschen der Papierrolle bzw. das Eingreifen in die Stapeleinheit, die Transportstrecke, die Folienabwicklung und die Siegelstation nur möglich ist, wenn diese Module abgeschaltet sind. Umgekehrt lassen sie einen Wiederanlauf erst zu, wenn die mechanischen Schutzeinrichtungen geschlossen sind.

 

Erfolgreiches Beratungskonzept

Die nahezu durchgängige Ausrüstung der Flowtos-Maschine mit Sensorik von SICK, vor allem aber die beratende Beteiligung der SICK-Experten in einem frühen Stadium der Maschinenkonzeption zeigen, dass das vertriebliche Beratungskonzept erfolgreich ist. „Seit nunmehr über 25 Jahren werden wir kompetent beraten und betreut“, bestätigt Frank Jungbluth, Projektleiter Elektrotechnik der Flowtos bei W+D in Neuwied. „Mit manch einem Wochenend-Einsatz haben uns Mitarbeiter von SICK unterstützt, und auch eilige mündliche Rückfragen werden immer zeitnah und kompetent beantwortet.“ Wenn dann noch das Portfolio passt, steht auch künftig einer engen Zusammenarbeit nichts im Wege.

 

 

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