Sortiermaschinen präzise antreiben

Polygonscanner im Einsatz beim Sortieren von Lebensmitteln. (Bild: Adobe Stock/Sunshine Seeds)
Polygonscanner im Einsatz beim Sortieren von Lebensmitteln. (Bild: Adobe Stock/Sunshine Seeds)

Wenn mehrere Polygonscanner in Sortiermaschinen zum Beispiel für Lebensmittel zum Einsatz kommen, müssen die Scanner untereinander synchronisiert werden. Bei Polygonscannern der Kugler GmbH mit Sitz in Salem ermöglicht das der Frequenzumrichter SD2B plus von Sieb & Meyer, Lüneburg, im Zusammenspiel mit Encodern.

Im Jahr 1983 baute Lothar Kugler in Salem am Bodensee erstmals ein Interferometer zur berührungslos optischen Ebenheitsmessung. Auf Grundlage dieser Innovation entstand ein florierendes Unternehmen, denn das Interesse am Markt war groß. Heute stellt die Kugler GmbH einerseits Präzisionsmaschinen her, die zu den besten der Welt gehören.

Der zweite Geschäftsbereich ist die Hochleistungslaseroptik. „Einige unserer Produkte und Lösungen bewegen sich im Zwischenbereich von Optik und Maschinenbau. Dazu gehören z. B. die Polygonscanner“, so Dr. Michael Lehndorff, verantwortlich für Forschung und Entwicklung bei der Kugler GmbH.

Mithilfe von Polygonscannern können Teile wie Süßigkeiten optisch erfasst und zugeordnet werden. (Bild: Kugler)

Mithilfe von Polygonscannern können Teile wie Süßigkeiten optisch erfasst und zugeordnet werden. (Bild: Kugler)

Mit Polygonscannern Lebensmittel sortieren

Polygonscanner basieren auf speziellen Optiken, mit deren Hilfe sich unter anderem Laserstrahlen ablenken lassen. Sie können auf rotative Motoren montiert werden, sodass die Optik flexibel ist. Der Abstrahlwinkel ist von der Position der einzelnen Facetten abhängig und lässt sich durch die Rotation variieren.

„Polygonscanner werden in vielen verschiedenen Bereichen und Produkten eingesetzt, von Barcode-Scannern bis hin zu Augenlasern“, erläutert Dr. Michael Lehndorff. „Relativ neu ist die Entwicklung, dass wir auch Hersteller von Sortiermaschinen beliefern.“

Die Maschinen dieser Kunden sortieren vor allem Lebensmittel, z. B. Süßigkeiten. Dabei fällt das zu sortierende Stückgut auf einer Breite von typischerweise einem Meter wie ein Vorhang herab. Mithilfe des Polygonscanners kann der Laser die Teile optisch erfassen und zuordnen. Im nächsten Schritt wird das Stückgut dann in den richtigen Kanal geblasen und der weiteren Verarbeitung zugeführt.

Sortierte Süßigkeiten (Bild: Adobe Stock/Sunshine Seeds)

Sortierte Süßigkeiten (Bild: Adobe Stock/Sunshine Seeds)

Komplettpaket gesucht

Die neue Klientel bedeutete für Kugler auch ein Umdenken bezüglich der Steuerung der Polygonscanner. Denn in Sortiermaschinen werden mehrere Scanner benötigt, die untereinander synchronisiert werden müssen.

Die Hersteller forderten ein Komplettpaket inklusive einer preisgünstigen, aber präzisen Steuerung – und zwar in größeren Stückzahlen. Auch das war neu für Kugler: um Steuerungen und Antriebsregler kümmerten sich die Kunden in der Regel selbst.

„Neben den Frequenzumrichtern für unsere werkseigenen Maschinen, die z. B. Werkzeugspindeln antreiben, hatte SIEB & MEYER einen passenden Frequenzumrichter für uns im Programm: den SD2B, der seit 2017 in einer Plus-Variante mit zusätzlichen Funktionen erhältlich ist“, erinnert sich Dr. Michael Lehndorff.

Der SD2B plus von Sieb & Meyer ermöglicht in den Polygonscannern eine flexible Regelung. (Bild: Sieb & Meyer)

Der SD2B plus von Sieb & Meyer ermöglicht in den Polygonscannern eine flexible Regelung. (Bild: Sieb & Meyer)

Der SD2B plus ermöglicht eine sensorbehaftete Regelung auf Basis von TTL-Gebern. So lassen sich mehrere Hochgeschwindigkeitsmotoren bis zu einer Drehzahl von 120.000 1/min im Master-/Slave-Betrieb winkelsynchron betreiben. Das IP20-Gehäuse beansprucht dank der geringen Bauhöhe von 25 Millimetern nur wenig Raum.

Mehrere Scanner synchronisieren

Die sensorbehaftete Regelung auf Basis von TTL-Gebern ist bei Kugler von großem Vorteil, denn sie erlaubt die Synchronisation mehrerer Scanner: Jeder Scanner hat einen Encoder, der vom SD2B plus ausgelesen wird. So lassen sich die Drehzahlen und die Stellung der Facetten zueinander präzise bestimmen und regeln.

Weitere Vorteile des SD2B plus sind die vielen bereits integrierten Funktionen wie der Bremswiderstand und die interne Logikspannungsversorgung. Außerdem ist der SD2B plus sehr kompakt und nimmt wenig Platz in Anspruch: Für viele Endkunden ist das ein deutlicher Mehrwert.

Torsten Blankenburg, Sieb & Meyer AG (Bild: Sieb & Meyer)

Torsten Blankenburg, Sieb & Meyer AG (Bild: Sieb & Meyer)

„Höchste Leistung bei geringen Systemkosten, wenig Platzbedarf und eine lange Lebensdauer: Dafür stehen unsere Frequenzumrichter und Servoverstärker der SD2x-Serie.“
Torsten Blankenburg
, Vorstand Technik der Sieb & Meyer AG (Bild: Sieb & Meyer)

Geberlos und trotzdem extrem präzise

Besonders begeistert sind die Experten von Kugler von der Tatsache, dass bei Applikationen mit einem einzelnen Scanner der Drehgeber am Motor entfallen kann, da der SD2B plus auch eine geberlose Regelung ermöglicht.

Enorme Präzision mit einer Signalstabilität im Bereich von wenigen Nanosekunden wird möglich, wenn der SD2B plus das Synchronisationssignal von einem sogenannten Facettendetektor erhält: Dabei trifft ein zusätzlicher Laserstrahl außerhalb des Nutzbereichs auf das Polygon. Immer wenn eine Facette passiert, wird das Lasersignal auf den Detektor reflektiert und löst einen Trigger-Impuls aus. Dieses Prinzip, das sehr erfolgreich bei einem Kunden von Kugler angewandt wird, ermöglicht einen wesentlich genaueren Betrieb als mit einem Encoder.

Markus Finselberger, Sieb & Meyer (Bild: Sieb & Meyer)

Markus Finselberger, Sieb & Meyer (Bild: Sieb & Meyer)

„Encoder sind bei Systemen mit einzelnen Polygonscannern nicht nötig: Hier sorgt der Frequenzumrichter SD2B plus für eine geberlose Regelung. Die flexible Gestaltung der Systeme mit nur einem Frequenzumrichter ist nicht nur für Kugler, sondern auch für die Endkunden von Vorteil.“
Markus Finselberger, Key Account Manager Antriebselektronik bei Sieb & Meyer

Generell gilt, dass die Polygonscanner von Kugler zumeist individuell auf die jeweiligen Anforderungen zugeschnitten werden – das gilt auch und gerade für die Kunden, die nur einen einzigen Scanner benötigen. Das bedeutet wiederum, dass sich auch der Frequenzumrichter flexibel an veränderte elektrische Bedingungen anpassen lassen muss.

„Früher mussten wir hier tatsächlich noch Hand anlegen und Widerstände und Kondensatoren auf der Platine umlöten“, erinnert sich Dr. Michael Lehndorff. „Heute kann man das schnell und einfach digital machen. Die Software drivemaster2 von Sieb & Meyer unterstützt uns dabei sehr gut.“

Mit der Produktserie SD2x stellt Sieb & Meyer seinen Kunden eine breite Palette an Standardgeräten zur Verfügung. Das Portfolio der innovativen Frequenzumrichter und Servoverstärker deckt einen Leistungsbereich von 0,3 bis 432 kVA und Ausgangsfrequenzen von 0 bis 8.000 Hz ab, was einer Drehzahl von 480.000 1/min. entspricht. Unterschiedliche Regelungsmethoden und Gerätetopologien gewährleisten, dass sich im Sortiment für jede Anwendung die optimale Lösung finden lässt. Darüber hinaus bietet Sieb & Meyer auch kundenspezifische Anpassungen und individuell konzipierte Geräte an – so lassen sich Frequenzumrichter und Servoverstärker bestmöglich in ein Gesamtsystem integrieren.

Weitere Informationen zu den Unternehmen finden Sie auf www.sieb-meyer.de und www.kugler-precision.com.