Verpackungsmaschinen Smarte Getriebe: Millionen-Euro-Schaden vermieden

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Mit einem Predictive-Maintenance-Service von Koch Pac-Systeme ist es einem Batteriehersteller gelungen, einen Ausfall der Verpackungsanlage zu vermeiden. Technologische Basis waren intelligente Getriebe und Services von Wittenstein Alpha.

Koch Pac-Systeme bietet Verpackungslösungen für Konsumgüter und medizinische Produkte an. Darunter ist auch das Serviceprodukt Predictive Pack, mit dem Antriebsstränge und verbundene Komponenten digital überwacht werden. Dieses Serviceprodukt verhinderte bei einem Kunden unlängst einen Millionen Euro teuren Produktionsausfall. Die technologische Basis der kontinuierlichen Zustandsüberwachung per Predictive Pack bilden Getriebe mit Cynapse sowie Smart Services von Wittenstein Alpha.

Im konkreten Fall ging es um eine Ende 2023 ausgelieferte Anlage der Baureihe KBS-KF zur Verpackung von Knopfzellenbatterien. „In der Anlage kommen verschiedene Getriebe von Wittenstein Alpha mit integrierter Cynapse-Funktionalität – also mit integrierter Sensorik, Logik und IO-Link-Datenschnittstelle – zum Einsatz“, erklärt Andreas Kolibius, Vertriebsingenieur bei Wittenstein Alpha. Eines der smarten Getriebe in der Verpackungsanlage ist ein Planetengetriebe TP⁺ 050 mit Cynapse der Alpha Advanced Line, das im Antrieb einer Stanzpresse verbaut ist.

„Mit der digitalen Zustandsüberwachung dieser Achse durch Cynapse und Smart Services von Wittenstein Alpha als Basis unseres Predictive Pack konnte der Kunde, ein namhafter Hersteller, rechtzeitig den drohenden Ausfall einer Stanzpresse erkennen und so einen Millionen Euro teuren Produktionsstillstand vermeiden“, berichtet Simon Brehmer, Head of Technology and Digitalization bei Koch Pac-Systeme. „Wäre der Schaden unerkannt geblieben und plötzlich eingetreten, hätte dies durch die etwa zweiwöchige Wiederbeschaffungszeit der Maschineneinheit einen Produktionsausfall von ungefähr 20 Millionen verpackten Batterien verursacht. Das Predictive Pack hat den Kunden davor bewahrt.”

Digitale Zustandsüberwachung für Getriebe, Vakuumsysteme, Motoren und Pneumatik

Koch Pac-Systeme hat diverse digitale Serviceprodukten im Portfolio, genannt K 4.0 Smartpacks. Bei den Kunden des Unternehmens stößt insbesondere das Predictive Pack auf Interesse. „Es ermöglicht eine vorausschauende Wartung für die gesamte Verpackungsmaschine – insbesondere für Verschleißteile wie Getriebe, Vakuumsysteme, Motoren und pneumatische Komponenten“, erläutert Simon Brehmer. „Durch die Integration von Getrieben mit Cynapse in Kombination mit dem Smart Service Cynapse Monitor wird eine kontinuierliche Überwachung des Antriebsstrangs sowie damit verbundener Komponenten erreicht. Dies schafft Transparenz über den Zustand der Anlage, trägt dadurch wesentlich zur Vermeidung ungeplanter Maschinenstillstände bei und ermöglicht zudem das frühzeitige Erkennen von prozess- und qualitätsrelevanten Optimierungsmöglichkeiten.“

Die Getriebe mit integrierter Cynapse-Funktionalität sowie die [..] Smart Services sind die ideale Basis für unseren Predictive Pack.

Simon Brehmer, Koch Pac-Systeme

Direkt in die Steuerung der Maschine integriert, überwacht und analysiert das Predictive Pack im Betrieb eine Reihe verschiedener Parameter. Dazu zählen unter anderem der Stromverbrauch eines Antriebsstrangs, sich ändernde Drehzahlen, Temperaturveränderungen, Geräuschentwicklungen sowie auftretende Vibrationen. 

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Zusammen mit den Betriebs- und Zustandsdaten der Komponenten an anderen Maschinenpunkten, unter anderem Durchflusssensoren von Vakuumerzeugern, werden sie zentral in einem Maschinen-IPC aggregiert, verarbeitet und über eine grafische Benutzerschnittstelle (GUI) angezeigt. Außerdem werden dort konkrete Handlungsanweisungen für das Bedienpersonal ausgegeben, beispielsweise beim Überschreiten von Schwellwerten.

Schwellwertüberwachung erkennt Lagerschaden

Zu den Daten, welche die Getriebe mit Cynapse aus ihrem Einsatz im Antriebsstrang und ihrem Umfeld liefern, gehören Typenschildinformationen, Betriebsstunden, Temperaturen, Vibrationen und historische Daten. „Smart Services von Wittenstein Alpha ermöglichen es, die Informationen kontinuierlich auszuwerten und festzustellen, wie es um einen Antriebsstrang und seine verbundenen Komponenten steht“, erläutert Andreas Kolibius.

In der Maschine zur Verpackung von Knopfzellenbatterien werden die Daten des in der Stanzpresse verbauten Planetengetriebes durch die Funktion „Schwellwertüberwachung“ des Smart Service Cynapse Monitor ausgewertet. Hierzu wurden nach der Erstinbetriebnahme beim Batteriehersteller automatisch individuelle und passgenaue Schwellwerte mit der Teach-in-Funktion des Überwachungstools ermittelt, nach der Abnahme der Maschine gemeinsam verifiziert und im Anschluss fortlaufend überwacht. Nachdem im Betrieb der definierte Vibrationsschwellwert ein erstes Mal überschritten wurde, wurde zunächst in Abstimmung mit dem Endkunden eine leichte Anpassung vorgenommen.

Nach einem erneuten Überschreiten etwa 300 Betriebsstunden später wurde die Anlage überprüft – und dabei Rillen im Gleitlager der Stanzführung identifiziert. „Der hierfür ursächliche, beginnende Lagerschaden am Vertikalhub der Stanzpresse konnte behoben werden, bevor ein ungeplanter Maschinenstillstand eingetreten ist und neben den fünfstelligen Kosten für den Austausch der Stanzpresse einen millionenschweren Produktionsausfall nach sich gezogen hätte“, berichtet Simon Brehmer.

Langjährige Partnerschaft

Koch Pac-Systeme und Wittenstein Alpha verbindet mittlerweile eine jahrzehntelange Partnerschaft, aus der sich immer wieder Ideen und Lösungen ergeben haben. Die zunehmende Digitalisierung im Maschinenbau hat die Zusammenarbeit beflügelt. 

„Die Getriebe mit integrierter Cynapse-Funktionalität sowie die bei Wittenstein Alpha hierfür entwickelten Smart Services sind die ideale Basis für unseren Predictive Pack“, bestätigt Brehmer und ergänzt: „Es gibt nur ganz wenige Komponentenhersteller am Markt, von Antriebsherstellern ganz zu schweigen, die mit so viel Know-how in Sachen IIoT-Umsetzung unterwegs sind. Auf diese vorhandene Expertise greifen wir als Maschinenbauer zu – zumal wir davon überzeugt sind, in dieser Konstellation technologisch auf dem richtigen Weg zu sein.“

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Andreas Kolibius ergänzt: „Unternehmen wie Koch Pac-Systeme profitieren so von unserem Wissen als Komponentenhersteller, denn unsere digitalen Plug-and-play-Lösungen sind auf die branchenübliche Integration vorbereitet und vereinfachen die Inbetriebnahme.“