Sensoren zum Verpacken

Sensoren zum Verpacken
18.11.2015 | Die Verpackungstechnik ist vielfältig, die eingesetzten Sensoren sind es ebenso. Schön, wenn man alle aus einer Hand haben kann.

Es ist nass, raue Bedingungen, kaum Platz, alles muss sehr schnell gehen. Die Rede ist von der Verpackungstechnik und von Abfüllanlagen. Effizienz, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit haben hier höchste Priorität. Eine echte Herausforderung an die Sensoren und deren Hersteller. Leuze electronic ist gut aufgestellt, wie dieser Beitrag anhand ausgewählter Fallbeispiele und Sensorlösungen zeigt.

Verpackungsmaschinen können füllen, verschließen, einschlagen, formen oder sogar drucken. Eine enorme Vielfalt, wobei Sensoren von Leuze electronic auf der gesamten Strecke anzutreffen sind. Auch gibt es Verpackungen und Verpackungsmaterialien in nahezu endloser Vielzahl – egal ob Folie, Karton, Glas, Papier oder Metall, hochglänzend oder strukturiert, blickdicht oder transparent. Vor allem das Erkennen transparenter Medien ist eine der Königsdisziplinen in der Sensortechnik.


Leuze electronic hat mit den Baureihen 3B, 55 und 18B speziell dafür eine ganze Reihe von Sensoren im Programm. Mit robustem Gehäuse, kleinen Abmessungen, kurzer Ansprechzeit, hoher Schaltfrequenz und einer Trackingfunktion zur Verlängerung des Reinigungsintervalls (50-fach) nimmt die Baureihe 18B hier eine herausragende Stellung ein. Aufgrund dieser Eigenschaften können in der Flüssigkeitsabfüllung auch hochtransparente Behälter zuverlässig erkannt werden. Folien sind in der Primär- und Sekundärverpackung weit verbreitet und stellen für diese Sensoren keine Probleme dar, egal ob es sich um schnelle, kleine, dünne oder transparente Objekte handelt. Aufgrund der hohen Schutzklassen ist ihr Einsatz auch unter extremen Umweltbedingungen möglich.


Sensoren in Abfüllanlagen
Im Bereich der Abfüllanlagen kommen sehr spezielle Anforderungen zum Tragen, die für die eingesetzen Sensoren besonders anspruchsvoll sind. Hier geht es um reibungslose, störungsfreie Abläufe sowie um die Sicherstellung der Qualität – und das im hygienisch anspruchsvollen Nassbereich der Anlage. Um die Füllung von Behältern zu kontrollieren, werden sogenannte Wassersensoren der Baureihe 55 verwendet, beispielsweise die LS 55, eine kompakte Edelstahl-Einweg-Lichtschranke im WASH-DOWN-Design für den Nassbereich in Schutzart IP 67 / IP 69K. Sie kommt immer dann zum Einsatz, wenn Behälter (Glas, PET, transparent oder farbig) mit Flüssigkeit befüllt werden, wobei auch undurchsichtige Behälter mit Kunststoff-Etiketten durchstrahlt werden.


Ein Beispiel aus der Käse-Welt
Die industrielle Käseproduktion und -abpackung ist einer der anspruchsvollsten Einsatzbereiche für Sensoren (Titelbild). „Das liegt einerseits an der feuchten, vielfach sogar nassen Umgebung mit sehr hohem Salzgehalt und andererseits an den häufigen Reinigungs- und Desinfektionsintervallen, um die Produktionsanlagen keimfrei zu halten“, erklärt Manfred Hinrichsen, der Leiter Betriebs- und Elektrotechnik im DMK Werk Nordhackstedt. Die Reflexions-Lichtschranken PRK 55 und Lichttaster HRTR 55 der Baureihe 55 wurden speziell für solche Anforderungen konzipiert.
Die Sensoren haben ein Gehäuse aus hochwertigem Edelstahl V4A (AISI 316L). Außerdem sind sowohl die glasfreie Optikabdeckung als auch die Bedienelemente absolut dicht und spaltfrei ausgeformt. Optik und Bedienelemente bestehen aus diffusionsdichten und chemisch beständigen Werkstoffen. So ist die Funktionsfähigkeit und Dichtigkeit der Systeme selbst noch nach Jahren gewährleistet und bakterielle Verschleppungen werden verhindert. Käselaibe, die in Folien verpackt sind, werden von diesen Sensoren zuverlässig erkannt.


Lebensmittel transportieren und verpacken
Bei der Verpackung in der Lebensmittelindustrie und in Anlagen für den Transport von Lebensmittelkörben kommen Standardsensoren schnell ans Limit. Aufgrund der Durchbrüche in Körben für Obst, Gemüse oder Backerzeugnisse generieren Standardsensoren ständig unbrauchbare Signalfolgen. Genau hier wäre aber ein eindeutiges Schaltsignal für die Automatisierung viel vorteilhafter. Der Sensor RK 46C VarOS löst das Problem. Er detektiert im Unterschied zu normalen Sensoren Objekte wie beispielsweise Körbe nicht punktuell, sondern flächig über einen Bandbereich bis 60 mm.
So erkennt der Objektsensor im Lichtband Objekte mit unterschiedlichen Größen und Formen sowie durchbrochene Oberflächen. Hierfür waren bislang mehrere Sensoren und ein größerer Aufwand bei der Montage notwendig. Einstellbare Empfindlichkeitsstufen und die automatische Empfindlichkeitsnachregelung (ALC) unterstützen eine hohe Anlagenverfügbarkeit bei Verschmutzung und sich ändernden Umgebungsbedingungen – selbst umstrechte oder umschrumpfte Objekte werden zuverlässig erkannt.


Zylindrisch im engen rauen Umfeld
Nicht immer sind kubische Sensoren, wie die bereits beschriebenen, von Vorteil. Es gibt Anwendungsfälle, wo sich zylindrische Baureihen ("Rundhülsen") besser bewähren und vor allem die Montage deutlich vereinfachen. Darüber hinaus bietet beispielsweise die zylindrische Baureihe 328 durch die Metallhülse im Gehäuse eine höhere mechanische Festigkeit als ein Standardprodukt aus hochwertigem Kunststoff.
Als Funktionsprinzipien stehen hier Einweg-Lichtschranken und Reflexions-Lichtschranken zur Verfügung – ebenso Lichttaster mit Empfindlichkeitseinstellung per Teach-Knopf. Mit ihren verschiedenen Reichweiten von bis zu 15 m (Einweg-Lichtschranken), 6 m (Reflexions-Lichtschranken) und 1 m (Lichttaster) und aufgrund ihrer Kompaktheit passen sie ausgezeichnet in eine Vielzahl von Anwendungen, wo es auf die Objekterkennung ankommt, sei es in der Fördertechnik oder der Verpackungstechnik.
Speziell die Gerätevariante FT328 ist als Etikettensensor prädestiniert. Häufig werden ungleich kostspieligere Lösungen mit Kameras verwendet, die zudem eine aufwändige Einstellung durch den Bediener erfordern. Der Etikettensensor FT 328 erkennt zuverlässig Papier- und Kunststoffetiketten auf glänzenden Behältern und die Einstellung per Teachtaste ist einfach und schnell.


Gabelsensoren für Hochleistungsetikettierer
Vor der Aufbringung der Etiketten werden diese von Spendervorrichtungen bereitgestellt – und dies im höchsten Tempo mit Bandgeschwindigkeiten bis 120 m/min bei hohen Positioniergenauigkeiten. Das erfordert hochpräzise Schaltvorgänge. Gabelsensoren mit extrem kurzen Reaktionszeiten steuern beispielsweise die Position von Selbstklebe-Etiketten direkt an der Spendekante.
Egal welche Form und welches Material, egal ob matte oder glänzende Oberflächen – Gabelsensoren ermöglichen die präzise und schnelle Detektion auch bei hohen Bahngeschwindigkeiten und die zuverlässige Detektion unterschiedlichster Materialkombinationen und Oberflächen.
Zur Verfügung stehen bei Leuze electronic unterschiedlichste Bauformen und Funktionsprinzipien – von Ultraschall bis Licht. So ist der IGSU 14D ein Ultraschall-Gabelsensor mit universeller Verwendbarkeit, denn seine große Maulweite befähigt ihn auch für Booklets und Leporellos. Ein besonderer Vorteil ist bei ihm die easyTeach-Funktion, mit der er sofort, quasi auf Tastendruck für das Etikettenlesen zur Verfügung steht. Dabei spielt die Beschaffenheit der Etiketten keine Rolle, denn auch "clear on clear", also transparente Etiketten auf transparentem Trägermaterial, werden sicher detektiert. Die Gerätevariante IGSU 14D SD wiederum ist ein sogenannter Klebestellen-Sensor mit integrierter Bahnrisskontrolle – prädestiniert für die Erfassung von Klebestellen an Papier- oder Kunststoffbahnen.


Druckmarken zuverlässig detektieren
Mithilfe von Kontrasttastern werden Marken und Schnittkanten in Rundum-Etikettiermaschinen präzise positioniert. Beliebige Farben und teilweise sehr kleine Druckmarken stellen hohe Anforderungen an die eingesetzten Kontrasttaster. Hier kann besonders der KRT 21 mit einer Ansprechzeit von 33 Mikrosekunden, den Wechseloptiken und weiteren Ausstattungsdetails wie etwa seiner 2-Tasten-Teach-Funktion punkten und beliebige Kontrastmarken zuverlässig erkennen. Die einfache Einstellung auf die Marke und den Hintergrund ermöglicht eine unkomplizierte Inbetriebnahme auch in Blister- und Tiefziehmaschinen sowie in Folienverpackungsmaschinen.


Codes lesen und zugleich Prozesse überwachen
Ein Aspekt, der unter anderem in Abfüllanlagen zum Tragen kommt, ist neben dem Lesen der Codes und dem Kontrollieren von Etiketten eine kombinierte Prozessüberwachung. „Kontrollsysteme in Getränkeabfüllanlagen sind häufig sehr individuelle Lösungen, die zwischen einzelnen Prozessschritten implementiert werden“, erzählt Bernhard Voigt, Geschäftsführer der Voigt Technology e.K.
Das Spektrum von Kontrollsystemen im Umfeld von Getränkeabfüllanlagen reicht von Leergut- und Vollkastenkontrollen über Flaschenkonturerkennungen, Füllhöhenkontrollen, Deckel-Schrägsitzerkennung, Etikettenkontrollen bis hin zu Ausleitsystemen. Eines seiner Projekte war die Ausstattung von Abfülllinien in der Traditionssektkellerei Herres in Trier mit Kontrollsystemen zur Erkennung und Überprüfung von aufgedruckten 2D-Data Matrix Codes auf Sektkartons. Die dort eingesetzten Smart Kamera Gerätevarianten LSIS 462i von Leuze electronic sind echte Allrounder und vereinen Funktionen zur Qualitätskontrolle (Messfunktion) und Codelesung in einem Gerät.
Bei Herres schätzt man vor allem den Vorteil für die Instandhaltung: „Wir setzen zum Codelesen die Allroundversion LSIS 462i ein, weil wir Smart Kameras der Baureihe LSIS 400i bereits in anderen Applikationen erfolgreich verwenden, beispielsweise zur Bildauswertung im Rahmen der Kappenkontrolle. So lässt sich die Ersatzteilvorhaltung auf eine voll ausgestattete Gerätevariante begrenzen, die wir im Bedarfsfall überall nutzen können.“
Gerade bei Inspektionsmaschinen können Sensoren von Leuze electronic ihren Vorsprung in Geschwindigkeit und Präzision voll ausspielen, denn für die Triggerung der Kamerasysteme sind eine hohe Wiederholgenauigkeit und Schaltfrequenz maßgeblich für die zuverlässige Funktion. Mit Laser- und Rotlicht-Optiken findet sich für jede Triggerung genau der richtige Sensor. Spezialsensoren mit Explosionsschutz-Zulassungen ermöglichen den Einsatz in explosiven Atmosphären, etwa bei der Verpackung von Haarsprays oder Alkoholika.


3D-Vermessungsstationen
Neben anwendungsoptimierten Sensoren bietet der Hersteller aus Owen auch Komplettlösungen, wie beispielsweise die 3D-Vermessungsstation LSC 200. Hierbei handelt es sich um ein Gesamtsystem bestehend aus Sensoren und einer Auswerteeinheit. Je nach Aufgabenstellung können verschiedenste Sensoren angeschlossen und ausgewertet werden. So kann beispielsweise bei einer Dimensionserfassung die Breitenmessung mit einem Lichtschnittsensor oder einem Scanner durchgeführt werden. Die Längenmessung kann optional auch mittels Inkrementalgeber erfolgen.

 

LSC 200 Stationen mit Lichtvorhängen CML 700i enthalten eine integrierte Web-Visualisierung. Damit können über einen Standard-Browser die Messwerte direkt angezeigt und Justagewerte eingestellt werden. Außerdem können die Nutzdaten über eine definierte Schnittstelle (z. B. Profibus, TCP/IP) dem Anwender zur Verfügung gestellt werden.


Fazit
Wie man sieht, gibt es in der hochautomatisierten Verpackungstechnik viele Wege zur Lösung ganz spezieller Aufgaben. Die "sensor people" bei Leuze electronic in Owen kennen aufgrund ihrer jahrzehntelangen Erfahrungen viele Möglichkeiten, um Verpackungs- und Logistikprozesse zuverlässiger, effizienter und sicherer zu gestalten. Das Produktportfolio des Sensorherstellers zeigt hier kaum Lücken. In vielen Fällen kommt es auf eine gute Beratung an. Service von Leuze electronic hilft hier weiter.
 


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