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Automatisierte Palettierung von süßem Tee und Saft aus einem Kühlraum

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The robot picks up the cartons from a plastic belt conveyor from  where the cases filled with sweet tea or juice arrive to be palletized.

Während das Palettieren von Kartons eine relativ einfache Automatisierungsanwendung ist, wird es ungleich komplizierter, diesen Vorgang in einem Kühlraum durchzuführen, der regelmäßig mit Wasser abgespritzt wird, um ihn entsprechend zu reinigen. Motion Controls Robotics meisterte diese Herausforderung mithilfe der Vakuumtechnologie von Piab, die von Neff Group Distributors geliefert wurde.

Um den 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 Kunde wandte sich an Motion Controls Robotics Inc (MCRI) aus Fremont, OH, um ein ineffizientes System zu ersetzen, bei dem die eingesetzten Vakuumsaugnäpfe und -pumpen Probleme aufgrund der Durchschnittstemperatur im Kühlraum von 1,7 °C (35 °F) bereiteten. Die Vakuum-Saugnäpfe wurden steif und die Pumpen erzeugten nicht ausreichend Vakuum, um die Kartons zu handhaben. Deshalb wurden sie regelmäßig fallengelassen. Es musste also ein besseres System für die Kartonhandhabung mit einem Gewicht von bis zu 19 kg (42 lbs) gefunden werden.

Aufgrund des Abwaschprozesses mussten alle Flächengreifer, die aus geschlossenporigem, technischem Schaum bestehen, von Anfang an ausgeschlossen werden, ebenso wie gabelartige Greifwerkzeuge, wegen des limitierten Arbeitsraumes.

„Angesichts dieser Informationen war klar, dass die einzig mögliche Lösung kältebeständige Silikon-Saugnäpfe und hochwertige, leistungsstarke Vakuumpumpen sein würden“ – „Also 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 in dessen Büro in Hingham, MA vor, den SX 12-Ejektor in der am besten geeigneten Pumpe zu verwenden.“

Matt McClellan, technischer Vertriebsspezialist bei Neff Group Distributors, Valley View, OH, fügte hinzu: „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. Daher schien es – und erwies es sich auch als die richtige Lösung für den bei MCRI vorliegenden Anwendungsfall.“

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. COAX® Ejektoren sind bis zu doppelt so schnell wie andere Ejektoren und liefern einen dreimal höheren Volumenstrom als herkömmliche Vakuumejektoren bei identischem Druckluftverbrauch. Die Ejektoren ermöglichen eine hohe Leistung, selbst bei schwankendem oder niedrigem Speisedruck. Dies wurde in individuellen Vergleichstests am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Dresden nachgewiesen. Diese haben gezeigt, dass die Piab-Ejektoren deutlich weniger Druckluft benötigen als die Ejektoren anderer Hersteller, um die gleiche Leistung zu erzielen. Da sie über keine beweglichen Teile verfügen, sind sie auch praktisch wartungsfrei und beständig gegen die meisten Umgebungsbedingungen wie z.B. Kälte. Ihr Einsatz reduziert dementsprechend die Kosten für die Bereitstellung von Druckluft sowie die Ausfallzeiten für Wartungsintervalle und damit die Gesamtkosten für die Handhabung.

Nathan 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. Die Richtlinie von Piab, Saugnäpfe 30 Tage lang kostenlos zum Testen bereitzustellen, ermöglicht uns als Systemintegratoren, sie wirklich in der Anwendung zu testen und sicher zu sein, für jede Anwendung das bestmögliche 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 sich der Roboter zu einem Kunststoffförderband, von wo aus die mit süßem Tee oder Saft gefüllten Kartons zum Palettieren ankommen. Ein Rolltor, das den Bediener vor dem laufenden System schützt, öffnet und das EOAT dreht sich zum Schanierband-Förderer. Mit den Piab Silikon-Saugnäpfen B75.20 greift das EOAT des Roboters nach einer Reihe von vier Kartons (fast 170 lbs/ 77 kg) und legt sie auf die Palette. Nach dem Palettieren von 2 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. Für die Handhabung der leichten Zwischenlagen arbeitet der standardmäßige Ejektor zuverlässig auf Basis der COAX® Technologie.

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 (10 lbs) 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 bzw. losen Laschen. Das EOAT mit B75.20 Saugnäpfen und SX12-Ejektoren von Piab ist die beste Wahl!“

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