Wittenstein Servoantrieb erhöht die Taktzahl

Autor / Redakteur: Carolin Ank und Jan Rohde / Stefanie Michel

Um eine Transferanlage in der Glasherstellung zu optimieren, müssen Maschinen und Komponenten den rauen Bedingungen standhalten. Mit dem Einsatz von Linearaktuatoren, die die Pneumatikzylinder ersetzten, konnte ein Prozess beschleunigt und die gesamte Produktivität gesteigert werden.

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Während des Transports zur Blasmaschine wird der Glastropfen auf der mit Linearaktuatoren ausgerüsteten Stempeleinheit zu einer Glastablette gepresst.
Während des Transports zur Blasmaschine wird der Glastropfen auf der mit Linearaktuatoren ausgerüsteten Stempeleinheit zu einer Glastablette gepresst.
(Bild: Wittenstein)

Extreme Temperaturen, Rußpartikel, Glasstaub, feinste Ölpartikel und Wasserdampf in der Luft – so schön und edel sich die Trink- und Kelchgläser der Zwiesel Kristallglas AG später im Fachhandel und auf dem heimischen Tisch präsentieren, so rau sind die Umgebungsbedingungen, in denen sie produziert werden. Der Sondermaschinenhersteller Iprotec GmbH hat dort, wo über 1000 °C heißes, flüssiges Glas in eine Blasmaschine abgelegt wird, hochperformante und speziell für diese Einsatzbedingungen ausgelegte Linearaktuatoren von Wittenstein Cyber Motor in den Produktionsprozess integriert.

Linearaktuatoren von Wittenstein Cyber Motor mit integrierter Spindel werden aus einem Baukasten heraus individuell ausgelegt und konfiguriert. So können verschiedene Baugrößen mit unterschiedlichen – auch kundenindividuellen – Flanschmaßen, geeigneten Spindelausführungen, passenden Aktivlängen und gewünschten Bremsen- und Gebervarianten realisiert werden. Das Ergebnis sind platzsparende, einbaufertige und auch wirtschaftlich überzeugende Lösungen, die sowohl den technischen Anforderungen als auch der Lebenserwartung selbst bei rauen Applikationen wie bei der Zwiesel Kristallglas AG in vollem Umfang gerecht werden. „Für uns als Integrator war es entscheidend, dass wir von Wittenstein Cyber Motor vor dem Einsatz des Linearaktuators in der neuen Anwendung innerhalb weniger Tage eine Beurteilung der Machbarkeit und ein individuelles Lösungskonzept erhalten haben“, blickt Klaus Lesche, Leitung Technischer Vertrieb Glasmaschinen bei Iprotec, zurück. „Wir erhielten konkrete Aussagen zur Lastauslegung, zur Kraft-Geschwindigkeits-Optimierung, zum Bauraum, zur Lebensdauer sowie zu den Kosten des Aktuators.“

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Sondermaschinenbau über die gesamte Wertschöpfungskette

Die Iprotec GmbH in Zwiesel im bayerischen Wald ist mit etwa 120 Mitarbeitern ein mittelständisch strukturierter Sondermaschinenhersteller. Die Wurzeln des Unternehmens gehen auf den früheren Betriebsmittelbau der Zwiesel Kristallglas AG zurück, die mit verschiedenen globalen Gourmet- und Designmarken zu den führenden Anbietern variantenreicher Glaskonzepte gehört. „Etwa 60 bis 70 Millionen Trink- und Kelchgläser verlassen jedes Jahr die Produktionsanlagen hier in Zwiesel“, berichtet Klaus Lesche. Würde man alleine die bis zu 60.000 Gläser, die in einer der fünf Produktionsanlagen an einem Tag produziert werden, aufeinander stellen, wäre dieser „gläserne Turm“ um ein mehrfaches höher als das höchste Gebäude der Welt, der Burj Khalifa Tower in Dubai.

Das Aufgabengebiet von Iprotec – nicht nur für die Zwiesel Kristallglas AG, sondern auch für andere Glashersteller – erstreckt sich über die gesamte Wertschöpfungskette: Entwicklung, Konstruktion, Planung, Fertigung, Montage und Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen – immer unter Berücksichtigung des kundenspezifischen Umfeldes. „Durch das gemeinsam mit Zwiesel Kristallglas entwickelte Prozess-Knowhow und einer Vielzahl daraus resultierender Patente, sind wir in der Lage, komplette Fertigungsanlagen für die Trink- und Kelchglasproduktion anzubieten“, sagt Klaus Lesche.

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Linearaktuatoren ersetzen Pneumatikzylinder

Aber nicht nur Neuanlagen, sondern auch Retrofit, also die Modernisierung und Optimierung bestehender Maschinen und Anlagen nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien, gehört zum Aufgabengebiet von Iprotec. „Ein großer Entwicklungsschritt war die Einführung von Linearaktuatoren an einer Glasmaschine als Ersatz energie- und wartungsintensiver Pneumatikzylinder“, erklärt Klaus Lesche. „Zugleich versprachen wir uns von der prinzipbedingt besser regelbaren Servotechnik und der besseren Einbindung in die übergeordnete Steuerung mehr Durchsatz beim Vorpressen des heißen Glastropfens vor der Übergabe in die Blasmaschine.“ Die Servotechnik bietet die Möglichkeit, komplexe Bewegungsprofile sowohl weg- als auch kraftgesteuert darstellen zu können.

Der Prozess in Kürze: Aus mehreren aus Feuerfestmaterial gemauerten Glasschmelzwannen mit einem Durchsatz von über 100 t Kristallglas pro Tag wird bei Temperaturen von bis über 1500 °C flüssiges Kristallglas erschmolzen. Mit Hilfe von sogenannten Feedern wird das heiße Glas portioniert. Die hierbei entstehenden Glastropfen – sie wiegen von etwa 160 g für ein Grappaglas bis zu 350 g für einen Rotweinkelch – werden abwechselnd von zwei Stempeln der Doppelschwenkübergabe übernommen und auf diesen mit Hilfe der sogenannten Vorform zu Glastabletten gepresst. Diese werden an die Blasmaschine übergeben – wobei immer ein Stempel mit einer Glastablette verfährt, während gleichzeitig der zweite Stempel der Transfereinheit von der Blasmaschine leer zum Speiser zurückfährt.

Mit Linearaktuatoren die Leerzeit minimieren und Taktzahl erhöhen

Da diese Leerfahrt deutlich schneller erfolgen kann, steht für den eigentlichen Prozess mehr Zeit zur Verfügung. Die Vertikalbewegung der Stempel unterhalb des Speiserauslasses wie auch bei der Übergabe an die Blasmaschine wurde bislang mit Hilfe von Pneumatikzylindern umgesetzt. „Die entscheidenden Nachteile waren der Einsatz teurer Druckluft und wiederholte Maschinenstillstände wegen Leckagen“, erläutert Klaus Lesche. „Hinzu kam, dass es nicht möglich war, die Pneumatikzylinder separat anzusteuern, sondern nur starr verbunden zueinander zu betreiben. Der Volltransport mit der Tablette dauerte genauso lange wie der Leertransport. Diese Leerzeit zu minimieren, die Taktzahl und damit Durchsatzleistung zu erhöhen und eine bessere Reproduzierbarkeit im Prozess zu erreichen, ist uns jetzt mit den Linearaktuatoren von Wittenstein Cyber Motor gelungen. Mit der neuen Technologie ist es nun möglich, die Prozesszeit des Tropfenpressens durch eine schnellere Leerfahrt aufzuholen.“

Linearaktuator auf den Einsatz zugeschnitten

Gemeinsam mit Iprotec und nach eingehender Analyse der Applikation wurde der Linearaktuator so ausgelegt, dass er alle Anforderungen an die Automatisierung auch in dieser extremen Umgebung dauerhaft erfüllt. Ausgeführt mit einem Flanschmaß von 100 mm, einer Aktivteillänge von 90 mm und einem Hub von 80 mm bietet der Linearaktuator eine maximale Kraft von 5 kN und eine Verfahrgeschwindigkeit von bis zu 1200 mm/s.

Die Translation der rotativen in die lineare Bewegung wird durch eine Kugelumlaufspindel realisiert; für die hohe Positioniergenauigkeit sorgt ein integrierter optischer Absolutwertgeber. Schutzart IP65 durch ein integriertes Dichtungskonzept an der Schubstange sowie der Einsatz bei 60 °C Umgebungstemperatur qualifizieren diesen Linearaktuator auch hinsichtlich seiner Robustheit für diese besonders schwierigen Umweltbedingungen an der Glasmaschine.

Höchste Positionier- und Prozesssicherheit für die „gläserne Produktion“

In der neuen Transfereinheit können beide Linearaktuatoren separat angesteuert werden. Kraft und Geschwindigkeit lassen sich jetzt präzise einstellen und reproduzierbar regeln. „Dadurch konnten wir die Zahl der Übergaben der Glastropfen um etwa 20 % steigern und die Leistungsfähigkeit der nachgelagerten Blasmaschine entsprechend erhöhen“, bestätigt Klaus Lesche. „Hinzu kommt, dass wir die Istwerte der Aktuatoren in der Anlagensteuerung sammeln und auswerten. Dadurch sind wir nicht nur in der Lage, Abweichungen früh zu erkennen und jederzeit nachzuvollziehen – wir können die Daten auch für die Zustandsüberwachung des Prozesses nutzen. Dies unterstützt die Reproduzierbarkeit des Gesamtprozesses.“

Damit sorgen die Linearaktuatoren von Wittenstein Cyber Motor in der Trink- und Kelchglasherstellung bei Zwiesel Kristallglas für mehr Produktivität und transparente Prozesse – und damit für jederzeitigen Durchblick in dieser im doppelten Sinn „gläsernen Produktion“. MM

* Carolin Ank ist Produktmanagerin und Jan Rohde ist tätig im technischen Vertrieb bei der Wittenstein Cyber Motor GmbH in 97999 Igersheim

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