Die Dosis macht‘s

Dosieren und Abfüllen mit Durchflussmessgeräten steigert Maschineneffizienz und Verfügbarkeit

Pharma
Food
Kosmetik
Chemie
Planer
Betreiber
Einkäufer
Manager

04.11.2011 Das sichere Verpacken von pastösen oder flüssigen Medien wird im Bereich der Prozess- und Fertigungsautomatisierung mit Füllmaschinen realisiert. Die Vielfalt an Produkten mit unterschiedlichen Viskositäten ist in der Praxis sehr groß. So steigen die Forderungen an die produzierenden Betriebe sowie die eingesetzte Technik. Nicht immer lassen sich die Wünsche des Betreibers in Einklang mit dem Umfeld bringen.

Anzeige

Entscheider-Facts Für Anwender


Zusammenfassende funktionale Übersicht der eingesetzten Abfüll-Lösung Filling & Dosing:
  • Überwachung und Regelung der
  • Abfüllzeiten;
  • manuelle Offsetkorrektur;
  • Nachlaufmengenkorrektur;
  • kontinuierliche Durchflussmessgeräte und Ventilüberwachung;
  • Druck- und Füllstandregelung;
  • mehrsprachige Bedienung
  • (Sprachumschaltung);
  • manuelle Linienauswahl;
  • CIP/SIP-Betriebsartumschaltung;
  • integrierte Rezepturverwaltung;
  • Batchdatenerfassung.

Abhängigkeiten, die sich aus der verfahrenstechnischen Handhabung des Mediums ergeben, legen die Messlatte entsprechend hoch, um Vorgaben wie Reproduzierbarkeit und Verfügbarkeit einzuhalten. Seit bereits mehreren Jahren zeichnet sich bei einigen Dosier- und Abfüllmaschinenbauern ein Trend ab.

Anforderungen aus der Praxis
Füllmaschinen, die mit „mechanischer“ Kolbentechnik ausgestattet sind, werden heutzutage mit Volumen- oder direkter Masse-Messtechnik bestückt. Die Anforderungen für diese Bestückungsänderung kommen primär von Endkunden und Lohnabfüllern. Gerade die Betriebs- und Wartungskosten einer kolbenbasierten Maschine verursachen während deren Laufzeit hohe Kosten.So stehen nicht mehr nur die Maximierung des Outputs, die Abfüllgenauigkeit und Reproduzierbarkeit ganz oben auf der Prioritäten-Liste des Betreibers, sondern eher die Fragestellungen:
Ist die Maschine flexibel und schnell auf wechselnde Produkte anpassbar?
Gibt es einfache Fehlerbeseitigungsmaßnahmen während einer Störung?
Ist die Bedienung für den Maschinenbetreuer intuitiv?
Die folgende Argumentation für den Einsatz einer klassischen kolbenbasierten Abfüllmaschine, klingt zwar schlüssig, ist aber spätestens bei der Betrachtung der Betriebskosten für viele Betreiber hinfällig: Durchflussmessgerätebasierte Abfüllmaschinen sind flexibler während der Betriebsphase und besser auf Änderungen im produktiven Umfeld anpassbar.
Im Vergleich zu Abfüllmaschinen, die mit der mechanischen Kolbenfüllertechnik betrieben werden, wird bei der Automatisierungslösung „Filling and Dosing“ durchgängig auf Durchflussmessgeräte zurückgegriffen. Viele der bestehenden Abfüllmaschinen lassen sich durch diese neue Messtechnik ideal ergänzen. Anwender, die schon solche Füllmaschinen einsetzen, sind weitaus flexibler, was die Produktumstellung betrifft, und sparen Zeit.
Dies ist nur einer der Vorteile der Abfüllung mit Hilfe von Messtechnik. Ein weiterer ist hier der Wegfall der mechanischen Abnutzung. Die meisten flüssigen und leicht pastösen Medien lassen sich bereits heute direkt über Durchflussmesstechnik erfassen.

Die Kombination ist ausschlaggebend
Der entscheidende Mehrwert für die Erweiterung einer Maschine liegt aber nicht nur einzig auf dem Umrüsten mit Messtechnik. Vor allem ist es die Kombination der Regelungs- und integrationstechnischen Aufgaben, die mit der hochgenauen Erfassung der Durchflusswerte einhergehen.
Die Abfüll-Lösung bietet die funktionalen Voraussetzungen, um den anspruchsvollen Abfüllprozess zu optimieren. Um ein direktes Erfassen der Durchflussmengen zu realisieren, werden bevorzugt magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte vom Typ Dosimag bzw. sogar direkte Massemessgeräte des Typ Dosimass verwendet. Gepaart mit speziellen, intelligenten Ventilen bildet diese Einheit die Sensorik und Aktorik der Füllmaschine.
Letztendlich wird das gesamte Potenzial der hochgenauen Messtechnik und Aktorik erst durch die Kombination mit einer leistungsfähigen Steuerung und der darin enthaltenen SPS ausgeschöpft. Schnelle Frequenzauswertekarten mit einer Compact-Logix-Steuerung sind dann in der Lage, die Impulsausgänge der Durchflussgeräte hochauflösend im Bruchteil einer Millisekunde zu erfassen.
Das Ergebnis, von dem jeder Maschinenbetreiber profitiert:

  • Kürzere Füllzeiten pro Füllspitze führen zu einem schnellerer Abfüllvorgang
  • Die Füllparameter sind über hinterlegte Rezepte über die Software manuell anpassbar; somit wird eine höhere Flexibilität erreicht.
  • Große Produktbandbreiten mit verschiedenen Viskositäten sind ohne mechanische Änderungen abfüllbar.
  • Die Abfülleinheit besitzt eine längere Einsatzdauer.
  • Hinzu kommen einfachste Reinigbarkeit und Sterilisierung (CIP, SIP) der Maschine aufgrund des Einsatzes von Durchflussmessgeräten; Stillstandszeiten werden damit minimiert.

Sicht aus der Praxis
Die Herausforderung liegt darin, bei gegebenen Parametern, die wenig bis gar nicht beeinflusst werden können, möglichst schnell und genau abzufüllen. Gasbestandteile, Produkttemperatur, mögliche Feststoffanteile und auch die Viskosität sind Faktoren, die über das abzufüllende Produkt bereits bestimmt werden. So ist es unabdingbar, die Leistung der Maschine durch optimale Anpassung der einzelnen Variablen in der Praxis zu steigern.
Eines der wichtigsten Kriterien, um eine große Wiederholbarkeit zu gewährleisten, ein konstanter Druck während des Abfüllvorgangs. Dies setzt eine nahtlose Integration von Druck- und Füllstandsensorik voraus, welche zum Beispiel im Vorlagebehälter platziert werden. Die Druckregelung sollte in der Praxis mindestens in einem Bereich von mehr als 5 % vom Sollwert arbeiten, um eine hohe Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. All diese Elemente sind zur Erfassung der notwendigen physikalischen Größen modular in die Automatisierungslösung integrierbar.
Von der Kommunikationsseite her kann die Abfülleinheit über digitale Schnittstellen in die bestehende Maschine eingebettet werden. Unterstützt werden dabei die gängigen Kommunikations-Protokolle (Ethernet/IP, Wireless Hart, Profibus DP, Modbus TCP, Binärsignale), die von den Steuerungsherstellern bereitgestellt werden.
Die vorpaketierte „Filling & Dosing Solution“ ist kompatibel mit kleinen und mittelgroßen Rund- bzw. Geradläufer Füllmaschinen mit bis zu 48 Füllköpfen. Mit der genannten Lösung wird darüber hinaus das funktionale Verhalten der Ventile kontinuierlich überwacht. Somit passt sich das System den mechanischen und physikalischen Umgebungsbedingungen laufend an. Im Gegensatz zu Durchflussmessgeräten mit integriertem Batching ist dies für den Anwender ein weiterer Vorteil.
Eine Investition für den Umbau auf durchflussbasierte Messtechnik in eine bestehende Abfüllmaschine kann sich für Endanwender schon nach weniger als einem Jahr lohnen. Anfahrtskosten und jegliche Kosten, verursacht durch Störungen, können über das hier vorgestellte System auf ein Minimum reduziert werden.

Heftausgabe: November 2011
Anzeige

Über den Autor

Stefan Gampp, Marketingmanager Prozessautomatisierung Endress+Hauser
Loader-Icon