Albert 3-in-1 Servo-integrierte Maschine: Wie brasilianische Verpackungshersteller Maschinenplatzbedarf und Verdrahtungsaufwand reduzieren

Brasilien ist der neuntgrößte Kunststoffmarkt der Welt mit einem jährlichen Verbrauch von 6,5 Millionen Tonnen Kunststoff, wobei Verpackungen etwa 42 % des Gesamtverbrauchs ausmachen. Die Verpackungsindustrie im Bundesstaat São Paulo betreibt rund 2.800 Spritzgießmaschinen mit Schließkräften von 80 bis 1.200 Tonnen für die Bereiche Lebensmittel, Getränke, Körperpflege und Industrieverpackungen. Die Maschinenbauer, die diese Verarbeiter beliefern, verwendeten bisher die standardmäßige, verteilte Hydraulikantriebsarchitektur: einen separaten Servomotor, einen separaten Antriebsschrank (montiert am Maschinenrahmen oder als eigenständiges Gehäuse) und eine separate Zahnradpumpe, die über eine flexible Kupplung und ein Glockengehäuse verbunden ist. Diese Konfiguration funktioniert zwar, benötigt aber Stellfläche, erfordert 40–60 Meter Verkabelung pro Maschine zwischen Antrieb und Motor und birgt potenzielle Fehlerquellen an jeder Verbindungsstelle – Kupplung, Anschlussklemmen und Gehäuselüfter.

Die Albert 3-in-1 Servo-Integrationsmaschine, wie wir sie bei VICKS herstellen, eliminiert die verteilte Architektur durch die Integration des Servomotorrotors, der Ansteuerelektronik und der Innenzahnradpumpe in einem einzigen Koaxialgehäuse. Die gesamte Baugruppe ist 850 mm lang (bei der 22-kW-Variante) und wird direkt am Hydraulikverteilerblock der Spritzgießmaschine montiert – ohne separaten Schaltschrank, ohne Motor-Antriebs-Kabelbaum und ohne Kupplungsausrichtung. Dieser Artikel beschreibt die gemessenen Auswirkungen dieser Integration in drei brasilianischen Verpackungswerken.

Die technischen Spezifikationen des Albert 3-in-1-Geräts finden Sie unter Albert 3-in-1 ProduktseiteFür einen größeren Bewegungsspielraum Steuerungslösungen, DieSeite der integrierten elektrohydraulischen Servoeinheit Umfasst zusätzliche Konfigurationen.

Konverter A – 45 % Reduzierung des Platzbedarfs einer 650-Tonnen-PET-Preform-Maschine

Converter A ist ein Verpackungshersteller in Jundiaí, São Paulo, der PET-Preforms für die brasilianische Getränkeabfüllindustrie produziert. Das Werk betreibt 18 Spritzgießmaschinen, davon vier mit einer Schließkraft von 600–800 Tonnen. Im ersten Quartal 2025 wurde eine 37-kW-Anlage ersetzt. Standard-Servomotor + Antriebsschrank + externe Zahnradpumpenbaugruppe an einer 650-Tonnen-Maschine mit einer einzigen Albert 3-in-1-Einheit (30 kW Äquivalent an der Pumpenwelle, wobei das Fördervolumen der internen Zahnradpumpe auf die Anforderungen des Vorformwerkzeugzyklus abgestimmt ist).

Die Messergebnisse nach 6 Monaten Produktion: Die Stellfläche der Maschine reduzierte sich von 13,5 m² (Maschine + separater Antriebsschrank + Kabelkanal) auf 8,1 m² – eine Reduzierung um 40 %. Der entfallende Antriebsschrank (1.200 × 800 × 400 mm) war zuvor neben dem Maschinensockel auf dem Boden montiert und belegte eine Fläche, die zuvor für die Bereitstellung der Vorformlinge genutzt wurde. Der Verdrahtungsaufwand für das hydraulische Antriebssystem sank von 62 Stunden (Motorstromkabel, Encoderkabel, Bremskabel, Stromversorgungskabel für den Antriebsschrank, Thermistorkabel – alle verlegt in einem Kabelkanal mit einem minimalen Biegeradius von 65 mm) auf 6 Stunden (ein Stromkabel zur Albert-Einheit, ein CANopen-Kommunikationskabel zurück zur Albert-Einheit). MaschinensteuerungDas Wartungsteam berichtete, dass das erste Problem (eine Kommunikationsstörung auf dem CANopen-Bus) durch den Austausch eines 3 Meter langen CAN-Kabels behoben wurde – eine 20-minütige Reparatur im Vergleich zu einer 3-stündigen Diagnose beim vorherigen System.

Energieverbrauchsdaten aus dem 6-Monats-Zeitraum: Die Albert 3-in-1-Anlage verbrauchte 187 MWh gegenüber 212 MWh beim Vorgängersystem im gleichen Produktionszeitraum – eine Reduzierung um 12 %. Diese Verbesserung ist auf zwei Faktoren zurückzuführen: Die Innenzahnradpumpe der Albert-Anlage weist einen volumetrischen Wirkungsgrad von 96 % auf, verglichen mit 88 % bei der zuvor verwendeten Außenzahnradpumpe (die geringeren internen Toleranzen der Innenzahnradpumpe reduzieren den Schlupf), und die direkte Integration eliminiert die mechanischen Verluste durch die Kupplung (2–3 % der Motorleistung).

Konverter B – 60 % weniger Verdrahtung an einer 280-Tonnen-Dünnwand-Verpackungsmaschine

Konverter B ist im Bereich dünnwandiger Verpackungen tätig – Margarinebecher, Eiscremebehälter und Joghurtbecher – und verwendet dafür Hochgeschwindigkeits-Spritzgießmaschinen mit 280 Tonnen Schließkraft und einer Trockenzykluszeit von 2,5 Sekunden. Das Werk in Indaiatuba, São Paulo, rüstete im Rahmen eines gestaffelten Programms von September 2024 bis März 2025 fünf Maschinen (alle 280 Tonnen Schließkraft, alle verarbeiten dünnwandiges PP) mit der Albert 3-in-1-Anlage nach.

Die Reduzierung des Verkabelungsaufwands war das wichtigste Kriterium. In der ursprünglichen Konfiguration benötigte jede Maschine: 25 Meter 4-adriges × 6 mm² Motorstromkabel (vom Antriebsschrank zum Motor), 15 Meter 4-adriges × 0,5 mm² geschirmtes Encoderkabel, 10 Meter 2-adriges × 1,5 mm² Bremskabel, 8 Meter 4-adriges × 2,5 mm² Hauptstromkabel für den Antriebsschrank und 5 Meter Erdungskabel – insgesamt 63 Meter Kabel pro Maschine bei 5 Maschinen = 315 Meter. In der Albert 3-in-1-Konfiguration benötigt jede Maschine nur noch ein 4-adriges × 2,5 mm² Hauptstromkabel (12 Meter) plus ein 2-adriges geschirmtes CANopen-Kabel (12 Meter) – insgesamt 24 Meter pro Maschine × 5 = 120 Meter. Allein die Einsparungen bei den Kabelmaterialkosten beliefen sich im Rahmen des 5-Maschinen-Programms auf 8.600 R$ (ca. 1.550 USD).

Der Verdrahtungsaufwand sank von 68 Stunden pro Maschine auf 14 Stunden pro Maschine – eine Reduzierung um 79 %. Der leitende Elektriker des Elektrounternehmens berichtete, dass die Albert 3-in-1-Einheit „die einfachste Servoantriebsinstallation war, die ich in 22 Jahren durchgeführt habe – keine Montage im Antriebsschrank, kein Motorkabelanschluss in einer Anschlussdose, keine Kupplungsausrichtung“. Die Wartungsquote lag in den ersten sechs Betriebsmonaten der Albert 3-in-1-Einheit bei 0,3 Einsätzen pro Maschine und Monat, verglichen mit 1,1 Einsätzen pro Maschine und Monat beim vorherigen verteilten System – eine Reduzierung ungeplanter Wartungsereignisse um 73 %.

Warum die Innenzahnradpumpe für Verpackungsanwendungen wichtig ist

Die Innenzahnradpumpe der Albert 3-in-1-Anlage verdient besondere Beachtung, da im brasilianischen Verpackungssektor kurze Zykluszeiten herrschen und Pumpenkavitation bei erhöhten Öltemperaturen ein wiederkehrendes Problem darstellt. Die standardmäßige Außenzahnradpumpe in den bisherigen Anlagen der Verarbeiter wies eine typische volumetrische Wirkungsgradkurve auf, die von 92 % bei 40 °C (neues Öl, sauberer Filter) auf 78 % bei 55 °C (Betriebstemperatur nach 4 Stunden kontinuierlichem Hochgeschwindigkeitszyklus) abfiel. Die Innenzahnradpumpe der Albert-Anlage hält einen volumetrischen Wirkungsgrad von 94–96 % über den gesamten Temperaturbereich von 35 °C bis 65 °C aufrecht, da die Innenzahnradkonstruktion eine größere Zahnkontaktfläche und einen engeren internen Spaltausgleich durch die Sicheldichtung aufweist. Bei einer Dünnwand-Verpackungsmaschine mit einem 2,5-Sekunden-Zyklus bedeutet der erhaltene volumetrische Wirkungsgrad, dass die Pumpenfördermenge präzise dimensioniert ist – die Maschine muss die Einspritzverweilzeit nicht verlängern, um den Pumpenschlupf während der Erwärmung des Hydrauliköls im Laufe der Produktionsschicht auszugleichen.

Für die Kompatibilität mit dem Steuerungssystem integriert sich die Albert-Einheit nahtlos über CANopen in die Maschinensteuerung – dasselbe Feldbusprotokoll, das auch die SPS der Maschine verwendet. Die ursprünglich für diese Anwendung vorgesehene computerbasierte Steuerung von Keba wird im Detail auf der Website beschrieben. Keba Computer-ProduktseiteFür die vollelektrische Spritzgussalternative siehe Produktseite für vollelektrische IMMDie

Konverter C – Gewicht und Installationslogistik in einem mehrstöckigen Werk

Converter C ist ein Verpackungshersteller in einer mehrstöckigen Fabrik in São Bernardo do Campo, São Paulo. Das Werk verfügt über elf Spritzgießmaschinen im Erdgeschoss (montiert auf einer Stahlbetonplatte mit einer Tragfähigkeit von 1.200 kg/m²) und fünf Maschinen im ersten Obergeschoss (montiert auf einer Stahlrahmen-Zwischenebene mit einer Tragfähigkeit von 750 kg/m²). Das Gewicht des Hydraulikantriebs stellte für die Maschinen im ersten Obergeschoss eine kritische Einschränkung dar – das ursprüngliche verteilte System (37-kW-Motor + Antriebsschrank + flexible Kupplung + Glockengehäuse + Zahnradpumpe) wog 420 kg. Die Albert 3-in-1-Einheit wiegt bei gleicher Leistung nur 185 kg – eine Gewichtsreduzierung von 56 %.

Durch die Gewichtsreduzierung konnte der Umrüster drei zusätzliche, mit Albert-Systemen ausgestattete Maschinen im Zwischengeschoss des zweiten Obergeschosses ohne statische Verstärkung installieren (ursprünglich war eine Stahlträgerverstärkung zu Kosten von 180.000 R$ geplant). Auch die Installationslogistik verbesserte sich: Eine einzelne Albert 3-in-1-Einheit konnte von zwei Technikern und einem Hubwagen an ihren Bestimmungsort gehoben werden, während das vorherige System mit mehreren Einheiten einen 2-Tonnen-Kran, drei Techniker und vier Stunden für die Montage und Ausrichtung erforderte. Die Albert-Einheit war innerhalb von 45 Minuten nach Ankunft am Maschinenfundament am Verteilerblock montiert und an die Stromversorgung der Maschine angeschlossen.

Die ABT-Servomotorvariante für Anwendungen mit geringerer Drehmomentdichte wird im Folgenden beschrieben. ABT Servomotor-ProduktseiteFür Direktantriebsanwendungen, bei denen der Platz weniger eingeschränkt ist, siehe die Seite zum Direktantrieb-ServomotorDie

Reduzierung der Hydrauliköltemperatur – ein unerwarteter Vorteil

Ein unerwarteter betrieblicher Vorteil, der von allen drei Umrüstwerken gemeldet wurde, war die Reduzierung der Betriebstemperatur des Hydrauliköls. Umrüstwerk A berichtete, dass die Öltemperatur im Behälter der 650-Tonnen-Maschine nach der Installation des Albert 3-in-1-Systems von durchschnittlich 52 °C auf 44 °C sank – eine Reduzierung um 8 °C. Ursache für die Temperaturreduzierung ist der Wegfall des am Kupplungsgehäuse montierten Lüfters. In der standardmäßigen verteilten Architektur erzeugt die flexible Kupplung zwischen Motor und Pumpe Reibungswärme (das Kupplungselement – ​​ein Polyurethanreifen in einer Lovejoy-Klauenkupplung – gibt 2–3 % der übertragenen Leistung als Wärme ab). Der Lüfter am Antriebsschrank trägt durch seine Abluft ebenfalls zur Erwärmung des Maschinenbereichs bei und erhöht so die Umgebungstemperatur um den Behälter. Mit der Albert-Einheit gibt es weder eine Kupplung noch einen Gehäuselüfter – die Wärmeerzeugung im Getriebe beschränkt sich auf die Gleitreibung der internen Zahnradpumpe, die 60–70 % geringer ist als die Reibungsverluste der Kupplung.

Die niedrigere Öltemperatur bietet zwei betriebliche Vorteile: Das Hydrauliköl-Serviceintervall am Konverter A konnte von 4.000 auf 6.000 Stunden verlängert werden (da sich die Öloxidationsrate bei jeder Senkung der Betriebstemperatur um 10 °C halbiert), und der Kühlwasserverbrauch der Maschine sank im Ölkühlkreislauf von 6,5 l/min auf 4,2 l/min. In einem Werk mit 18 Einspritzmaschinen betrug die jährliche Kühlwassereinsparung insgesamt 570.000 Liter – wodurch die Kosten für die Wasseraufbereitung und die elektrische Belastung des Kühlturms für die Umwälzpumpe reduziert wurden.

Häufig gestellte Fragen