Vakuumtechnik für automatisierte Palettierung im Kühlraum

Um süßen Tee und Saft an die verschiedenen Einzelhändler ausliefern zu können, müssen die mit den jeweiligen Flaschen gefüllten Kartons vorher palettiert werden. Aufgrund ihrer Verderblichkeit werden sie in Kühlräumen gelagert. Ein Betreiber wandte sich an Motion Controls Robotics (MCRI) aus Fremont im US-Bundesstaat Ohio, um ein ineffizientes System zu ersetzen: Die eingesetzten Vakuumsaugnäpfe und -pumpen bereiteten Probleme aufgrund der Durchschnittstemperatur im Kühlraum von 1,7 °C. Die Saugnäpfe wurden steif, und die Pumpen erzeugten nicht ausreichend Vakuum, um die Kartons zu handhaben, so dass diese regelmäßig fallengelassen wurden. Ein besseres System für die Handhabung von Kartons mit einem Gewicht bis 19 kg war also notwendig.

Kältebeständige Saugnäpfe und leistungsstarke Pumpen

Aufgrund des Abwaschprozesses waren Flächengreifer aus geschlossenporigem, technischem Schaum von Anfang an ausgeschlossen. Gleiches galt wegen des limitierten Arbeitsraumes für gabelartige Greifwerkzeuge. „Angesichts dieser Informationen war klar, dass die einzig mögliche Lösung kältebeständige Silikon-Saugnäpfe und hochwertige, leistungsstarke Vakuumpumpen sein würden – ein typischer Anwendungsfall für Piab-Vakuumlösungen“, erklärt Nathan Baker, Maschinenbauingenieur von MCRI. Er fährt fort: „Daher habe ich mich sofort an Matt McClellan von Neff gewandt, der mir immer verschiedene Produktvorschläge unterbreitet sowie detaillierte technische Unterstützung bietet. Er schlug nach weiterer Analyse mit dem technischen Experten von Piab, dem Anwendungsingenieur Oliver Lizotte vor, den SX 12-Ejektor in der am besten geeigneten Pumpe zu verwenden.“

Matt McClellan, technischer Vertriebsspezialist bei Neff Group Distributors, führt aus: „Der SX 12 ist der Ejektor, den Piab in seinem Flaggschiff Picompact 23 Smart für Vakuumhöchstleistung verwendet. Er basiert auf der Coax-Vakuumtechnologie. Dieser Ejektor wurde insbesondere für eine hohe Zuverlässigkeit, Flexibilität, einen hohen Vakuumfluss sowie für schnelle Zykluszeiten optimiert und wird speziell für Palettierlösungen, die entsprechend große Vakuumsysteme erfordern, empfohlen.“ Oliver Lizotte fügt hinzu: „Dank seines höheren Vakuumflusses ermöglicht der SX12-Ejektor nicht nur eine stärkere Haltekraft, sondern ist auch staub- und schmutztolerant – ein wichtiges Merkmal bei Verpackungsanwendungen, die mit Pappkartons zu tun haben.“

Die Coax-Vakuumtechnologie minimiert den Energieverbrauch und bietet aufgrund des hohen anfänglichen Vakuumflusses eine sichere und schnelle Handhabung. Die Ejektoren sind laut Anbieter bis zu doppelt so schnell wie andere Ejektoren und liefern einen dreimal höheren Volumenstrom als herkömmliche Vakuumejektoren bei identischem Druckluftverbrauch. Sie ermöglichen eine hohe Leistung, selbst bei schwankendem oder niedrigem Speisedruck, wie individuelle Vergleichstests am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Dresden belegen. Diese Tests haben gezeigt, dass die Ejektoren deutlich weniger Druckluft benötigen als vergleichbare Produkte, um die gleiche Leistung zu erzielen. Da sie über keine beweglichen Teile verfügen, sind sie praktisch wartungsfrei und beständig gegen die meisten Umgebungsbedingungen, darunter auch Kälte. Ihr Einsatz reduziert dementsprechend die Kosten für die Bereitstellung von Druckluft sowie die Ausfallzeiten für Wartungsintervalle und damit die Gesamtkosten für die Handhabung.

Baker erläutert: „Wir haben bei MCRI zahlreiche interne Tests durchgeführt, um die SX12-Haltekraft mit der des VGS 3010 Vakuumerzeugers zu vergleichen, wobei mehrere verschiedene Saugnäpfe, die sich in Form und Größe unterschieden, verwendet wurden. Das Ergebnis war, dass der SX12-Ejektor perfekt für die Anwendung passt. Gleichzeitig testeten wir auch Saugnäpfe aus verschiedenen Materialien auf Kältebeständigkeit, indem wir sie eine Woche lang in einen Gefrierschrank legten und anschließend verschiedene Belastungs- und Kompressionstests an den Saugnäpfen durchführten. Danach wussten wir, dass der Silikon-Saugnapf B75.20 von Piab der richtige für diese Anwendung ist, auch da diese Saugnäpfe für Höhenunterschiede und leicht unebene oder gewölbte Oberflächen geeignet sind, insbesondere wenn mehrere kurze Balgsaugnäpfe in einer Hebevorrichtung kombiniert werden.“ Da der Anbieter die Saugnäpfe 30 Tage lang kostenlos zum Testen bereitstellt, konnten die Systemintegratoren vor Ort sie wirklich in der Anwendung testen und sichergehen, für jede Anwendung ein geeignetes Produkt ausgewählt zu haben.

Das System beginnt damit, dass der Roboter eine Palette aufnimmt und auf einen Rollenförderer legt. Zu diesem Zweck fährt das End-of-arm-tool (EOAT) vier mechanische Klemmen aus, die unter der Palettenoberseite greifen. Nachdem der Roboter die Palette auf den Rollenförderer gelegt hat, bewegt er sich zu einem Kunststoff-Förderband, auf dem die mit süßem Tee oder Saft gefüllten Kartons zum Palettieren ankommen. Ein Rolltor, das den Bediener vor dem laufenden System schützt, öffnet sich, und das EOAT dreht sich zum Scharnierband-Förderer. Mit den B75.20 Silikon-Saugnäpfen greift das EOAT des Roboters nach einer Reihe von vier Kartons (fast 77 kg) und legt sie auf die Palette. Nach dem Palettieren von zwei Lagen des Produktes greift der Roboter nach einer Zwischenlage, indem er vier B50-Mehrfachbalg-Silikon-Saugnäpfe ausfährt, die ebenfalls an VGS-3010-Pumpen an den Außenecken des EOAT montiert sind. Die Saugnäpfe führen eine leichte Hebebewegung aus, um die dünnen Schichten voneinander zu trennen. Zwei dieser Palettierzellen werden nebeneinander gespiegelt, wobei beide die fertigen Paletten durch ein Sicherheits-Rolltor zum Folienwickler führen. Die Sicherheitstür verhindert, dass ein Bediener eine der Palettierzellen betritt.

Nathan Baker von MCRI fasst die Verbesserungen der neuen Palettierzellen im Vergleich zu den vorherigen zusammen. „Mit diesem Kartonhandhabungs-Setup konnten wir zusätzlich 4,5 kg Haltekraft pro Haupt-Saugnapf gewinnen. Tatsächlich sind wir von einem System, das fast jeden Karton fallen ließ, zu einer Lösung übergegangen, die jeden Karton handhabt – sogar nasse Kartons oder Kartons mit zerschnittenem Klebeband oder losen Laschen.“