Freiheit für Folien

Steuerungstechnik - Im Prinzip gleichen sich Antriebe des Transrapids und der Reckmaschinen dünner Verpackungsfolien. Als Paradebeispiel der Mechatronik ermöglicht die Kombination flexibler computergestützter Steuerungstechnik mit mechanisch entkoppelten Antrieben eine neue Freiheit in der Folienproduktion.

22. Juni 2005

Brückner Maschinenbau zählt zu den führenden Anbietern von Folienproduktionsanlagen sowie von computergesteuerten Folien-Reckanlagen. Mit solchen Anlagen werden Kunststofffolien gezogen. In einem eigenen Technologiezentrum für die Folienherstellung entwickelt das Unternehmen aus Siegsdorf in Bayern innovative Wege vom Rohmaterial Kunststoffgranulat bis zum Endprodukt Folie. Das Reckverfahren zeichnet sich durch maximale Ausnutzung des Kunststoffrohmaterials aus. Die erzeugten Folien haben ein sehr geringes Flächengewicht und werden vor allem als Verpackungsmaterial, aber auch für technische Produkte, wie Folienkondensatoren oder Videobänder, eingesetzt. Einfach dargestellt wird beim Reckverfahren das aus einem Kunststoffextruder kommende Rohmaterial in einem Ofen verstreckt, bis es die gewünschten Foliendimensionen erreicht hat. Bei traditionellen Anlagen wird der Kunststoff zuerst über mit unterschiedlicher Geschwindigkeit laufende Rollen in Längsrichtung gereckt, und anschließend durch Kluppen und Kettenmechanik in Querrichtung.

Um Folien mit besseren Qualitäts- und Festigkeitseigenschaften herzustellen, werden Maschinen benötigt, bei denen das Recken der Folien gleichzeitig in beiden Dimensionen abläuft. Bei Brückner macht man sich darüber schon seit über 40 Jahren Gedanken. Man entwickelte und patentierte mechanische Verfahren für Simultan-Reckmaschinen und produzierte Maschinen auf dieser Basis. Die eingeschränkte Ergiebigkeit der mechanischen Lösung führte zur Entwicklung der LISIM-Technologie, welche rein elektrisch mittels Linearmotoren realisiert wurde. Es handelt sich hierbei um das ­gleiche Antriebsprinzip wie bei der Magnetschwebebahn Transrapid. Die Kombination flexibler computergestützter Steuerungstechnik und mechanisch entkoppelter Antriebe ermöglicht außerdem vollkommen neue Freiheitsgrade im Herstellungsprozess qualitativ hochwertiger Folien.

In der Simultan-Reckmaschine LISIM arbeiten einige hundert elektronisch gekoppelte Linearmotoren, mit speziell für Brückner entwickelten Antriebsverstärkern. Die Motoren treiben auf zwei auseinander laufenden Schienen je 750 Kluppen an. Im Maschineneinlauf greifen diese die Rohfolie. Im Durchlauf durch die Maschine werden die Kluppen immer schneller und bewegen sich auf den Schienen nach außen, um die Folie in Längs- und Querrichtung zu recken. Am Maschinenauslauf geben die Kluppen die Folie wieder frei. Kluppen und Motoren befinden sich in einer bis auf 250 °C aufgeheizten Umgebung, die Motoren selbst sind jedoch nur für Betriebstemperaturen zwischen 150 und 160 °C spezifiziert - eineHerausforderung an die Temperierung der Anlage und Komponenten.

Eventuelle thermische Ausfälle von Motoren müssen rechtzeitig erkannt und behandelt werden, um Fehlproduktionen zu vermeiden und Stillstandzeiten der Maschine zu minimieren. Neben einer gewissen Redundanz der Komponenten, die Einzelausfälle bis zur nächsten Wartungspause überbrückt, wurde ein enormer Aufwand in die frühzeitige Fehlererkennung gesteckt. So befinden sich mehr als 1.000 Temperaturmessstellen an den Motoren, um Übertemperaturen zu erkennen und geeignete Maßnahmen zu setzen. In der ersten Kalkulation hätte jede Messstelle mit ca. 200 € zu Buche geschlagen, was allein für die Temperaturmessung einen Gesamtaufwand von rund 200.000 € bedeutet hätte. Gemeinsam mit B&R Industrie-Elektronik optimierte man durch geeignete dezentrale I/O Systeme und die Vernetzung mittels Ethernet Powerlink den Aufwand auf 25 € je Messstelle. Das bedeutet eine Kostenreduktion von mehr als 87 %. Die Bandbreite von Ethernet Powerlink erlaubt die effiziente Übertragung der großen Menge an Temperaturdaten in eine Zentraleinheit vom Typ CP360 aus der B&R-Steuerungsfamilie 2005. Die großen Entfernungen in der Maschine lassen sich mit Ethernet-Technik leicht überbrücken, was mit manchen Feldbussystemen nicht möglich gewesen wäre. Die CP360 sorgt für die Auswertung der Temperaturwerte und Warnschwellen und meldet eventuelle Unregelmäßigkeiten. Zusätzlich zu der aufwändigen Überwachung der Linearmotoren gibt es in der LISIM noch eine weitere interessante Sicherungsmaßnahme: Auch die Temperatur der einzelnen Rollen und Lager der Kluppen wird laufend kontrolliert, um zukünftige Lagerschäden bereits vorab zu erkennen und in der nächsten Wartungspause beheben zu können. Ein gebrochenes Lager könnte enorme Schäden an den Laufschienen hervorrufen, was einen Maschinenausfall zur Folge hätte. Die Forschungs- und Entwicklungsabteilung bei Brückner entwickelte daher ausgeklügelte mathematische Modelle für die Kluppenlager, die Probleme auf Grund des thermischen Profils bereits im Vorfeld erkennen lassen. Bei 1.500 Kluppen mit je acht Lagern auf zwei Schienen zahlt sich dieser Aufwand zur Risikominimierung in jedem Fall aus. Die Temperatur jedes Lagers wird nach einem Umlauf im Vorbeigang mit einer Infrarotkamera gemessen. Ein weiteres B&R-System 2005 vom Typ CP360 sammelt die Daten, wertet den Datenpool aus und versendet rechtzeitig Warnungen, wenn sich Lager kritischen Temperaturbereichen nähern. Beim nächsten Wartungsstopp weiß der Maschinenbediener genau, welche Kluppe er zu wechseln hat, um Zerstörungen an der Anlage zu vermeiden.

Neben diesen speziellen Mess- und Überwachungssystemen befindet sich in einer ­LISIM- Anlage eine Menge an konventioneller Steuerungstechnik um Heizer, Lüfter, Schutzschalter, Bedienknöpfe, Lampen und Antriebe zu steuern und zu regeln. Insgesamt sorgen je nach Anlagengröße drei bis sechs CP360 CPUs mit entsprechender Peripherie für die eigenständige Kontrolle einzelner Anlagenteile. Überlagert ist ein Prozessleitsystem, das es dem Anlagenführer erlaubt, Abläufe zu überwachen und in diese einzugreifen. LISIM-Reckanlagen werden mit Breiten bis zu 6,6 m gebaut und erreichen bei Geschwindigkeiten bis zu 350 m/min einen Durchsatz von bis zu 3.500 kg/h. Sämtliche Anlagen sind Unikate und werden an die speziellen Bedürfnisse der Kunden angepasst. Das Spektrum reicht von reinen Folienherstellern, die das komplette Kunststoff-Know-how und die Anlagen von Brückner schlüsselfertig kaufen, bis zu den Experten, die ihre eigenen Verfahren auf Brückner-Anlagen implementieren.

Erschienen in Ausgabe: 01/2004