XTS ermöglicht flexibles Flaschenhandling in der pharmazeutischen Industrie
EtherCAT- und PC-based Control nutzt die Marchesini-Gruppe, einer der weltweit führenden Hersteller von Verpackungsmaschinen und Abfüllanlagen für die Pharma- und Kosmetikindustrie, seit Langem. Inzwischen setzt der italienische Maschinenbauer auch auf die Vorteile des linearen Transportsystems XTS von Beckhoff: In einer Monoblockmaschine zum Füllen und Verschließen von Flaschen mit Tabletten, Kapseln oder Pillen flexibilisiert XTS den Transport, reduziert Rüstzeiten und den Energiebedarf.
Seit Gründung vor 50 Jahren gilt besonderes Augenmerk der Marchesini-Gruppe den Schlüsselkomponenten ihrer Anlagen. Das gilt auch für die Maschinensoftware, die das Unternehmen komplett selbst entwickelt. „Unser Markenzeichen ist das eines Allround-Herstellers, der im Gegensatz zu einem Systemintegrator die in seinen Maschinen eingesetzten Technologien selbst entwickelt und daher genau kennt", sagt Stefano Gualmini, Leiter der Abteilung Automation R&D bei Marchesini. Die Zusammenarbeit mit Beckhoff, die auf einer präzisen und soliden gemeinsamen Vision basiert und bis in die 1990er Jahre zurückreicht, passt zu diesem Konzept.
Von proprietärer zu offener und PC-basierter Architektur
„Standardisierte und offene Plattformen stehen seit Anfang der 1990er Jahre im Mittelpunkt unseres Interesses. Wir wollten weg von den SPS-basierten Steuerungsarchitekturen", erinnert sich Stefano Gualmini, „vor allem aufgrund der Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von PC-Hardware und deren hervorragendem Preis-Leistungsverhältnis.“ Bereits um 2007, also nicht lange nach der Markteinführung, wurde schon EtherCAT implementiert, „das wir in jeder Hinsicht als Rückgrat unserer Automatisierung ansehen“, stellt Stefano Gualmini die Bedeutung heraus: Offenheit, Effizienz und einfache Implementierung als Plattform waren die Auswahlkriterien – und sind es immer noch. Seit 2013 wird auch das Potenzial der funktionalen Sicherheit per FSoE über EtherCAT genutzt. Die Integration von Sicherheitsfunktionen auf dem gleichen Bussystem führt bei Marchesini zu einer drastischen Reduzierung des Verdrahtungsaufwands von 50 % und optimiert gleichzeitig die Kommunikation zwischen den Safety- und Standardkomponenten.
Eine weitere Kernkompetenz für Anbieter von Verpackungs- und Abfüllmaschinen ist die Bewegungssteuerung. Hier fiel nach einem intensiven Benchmark zwischen 2018 und 2019 die Entscheidung pro Beckhoff. „Wir mussten hinsichtlich Motion Control und Mechatronik einen Quantensprung machen, um uns auf die Herausforderungen der kommenden Jahre vorzubereiten", bemerkt Stefano Gualmini. Nicht nur die bisherige Partnerschaft, sondern auch Qualität und Vielfalt der verfügbaren Technologien haben die Marchesini-Gruppe dazu veranlasst, Beckhoff auch für den Bereich Motion als Partner zu wählen: Anfangs mit den klassischen rotatorischen Motion-Komponenten, wird inzwischen auch das lineare Transportsystem XTS als mechatronische Antriebslösung genutzt. Ein Beispiel ist die Monoblock-Maschine Compact-24, die zum Zählen und Abfüllen fester Produkte (Tabletten, Kapseln, Pillen usw.) in Flaschen entwickelt wurde.
Mit XTS zu effizienten Prozessabläufen
Die Compact-24 ist ein typisches Beispiel für eine lineare Maschine: Am Einlauf nimmt ein mechanisches System die Medikamenten-Fläschchen aus einem Stapel und stellt sie einzeln auf einen XTS-Mover. Die Mover fahren dann zur Füllstation, wo mehrere Flaschen gleichzeitig über passende Trichter mit den zuvor abgezählten Pillen befüllt werden. Anschließend erfolgt der Transport zur nächsten Station, wo die Fläschchen an die rotierende Verschlusseinheit zu übergeben sind. Danach geht es wieder mittels XTS zur Entnahmestelle, von wo aus die Gebinde nach einer Reihe von Kontrollen zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet werden.
Mit XTS für den Flaschentransport bricht die Compact-24 laut den Marchesini-Experten alle bisherigen Schemata auf: Jeder Mover bewegt sich autonom und wird entsprechend der gewünschten Arbeitsfolge positioniert bzw. gruppiert. Die hohen linearen Geschwindigkeiten, die Marchesini mit dieser Technologie nun erreicht, minimieren die Zeiten für die Rückfahrt der leeren Mover zur Aufnahmestation und für den Flaschenwechsel. XTS vereinfacht ebenso die Formatumstellung. Vom Bedienfeld aus können die Mover zu Gruppen positioniert und zu definierten Stellen für den Austausch der produktspezifischen Adapter gefahren werden.
Zwei Besonderheiten zeichnen die Compact-24 aus: Zum einen können die Bewegungen der mit variablen Abständen ein- und ausfahrenden Flaschen synchronisiert werden. Zum anderen lassen sich die Mover per Software konfigurieren und bei einem Produktwechsel den neuen Gebinden und deren Besonderheiten anpassen, z. B. der Form des Fläschchens, dessen Fassungsvermögen und dem zwischen den Produkten einzuhaltenden Abstand. „XTS ermöglicht uns einen flexiblen und stets optimierten Transport", betont Stefano Gualmini. Denn das Abfüllen von Pillen oder Tabletten ist nicht ganz so trivial, wie es den Anschein hat. Diese Produkte neigen dazu, mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus den Trichtern des Zuführsystems in die Flaschen zu fallen. Zudem wird die Fülldauer bei jeder einzelnen Flasche von der optischen Integritätsprüfung beeinflusst.
Hinzu kommt, dass immer mehrere Flaschen parallel befüllt werden. Daher ist ein unabhängiges Handling jeder einzelnen Flasche zwingend notwendig. XTS kann mit seinen individuell ansteuerbaren Movern bei der Compact-24 daher seine Stärken gegenüber herkömmlichen mechanischen Lösungen voll ausspielen: Mit XTS ist jede Flasche einzeln handhabbar – ein unschlagbarer Effizienzvorteil. „Da die Füllstation die Tabletten in jeder Flasche zählen muss, erwies sich XTS als ideal, um die Synchronisierungsprobleme lösen zu können“, betont der Automatisierungsexperte.
Mechanisch sind die Motormodule und Führungsschienen des XTS vollständig in das Maschinengestell integriert. Softwaretechnisch werden die Mover wie normale Antriebsachsen in das Automatisierungsprojekt eingebunden. Je nach Ausprägung können das mehrere Dutzend Achsen sein, welche die Anwendung an sich jedoch nicht belasten. „Dies bringt deutliche Vorteile in Bezug auf Flexibilität und Geschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Motion-Lösungen“, betont Stefano Gualmini.
Maschinentakt um 25 % gesteigert
Und die Verbesserungen sind messbar: Mit der Integration von XTS konnte Marchesini die Genauigkeit – in Bezug auf den Schleppfehler – in bestimmten Anwendungen um bis zu zwei Größenordnungen verbessern. Dies hat dazu beigetragen, die Produktionsgeschwindigkeit der Compact-24 von 120 auf 150 Flaschen pro Minute zu erhöhen. Zudem sorgt der Einsatz des Multiachs-Servosystems AX8000 mit seinem Spannungszwischenkreis (DC-Bus) für erhebliche Energieeinsparungen von bis zu 20 %.
„Für uns ist Beckhoff ein ständiger Ansporn, das Potenzial neuer Technologien in Bezug auf Effizienz und Innovation auszuschöpfen. Deshalb bin ich sicher, dass die langjährige Partnerschaft in Zukunft noch enger sein wird“, schließt Stefano Gualmini.