Einfach köstlich, einfach gut

Bei ihren Produkten werden Liebhaber von hochwertigen Schokolagen und Pralinen schwach – aber auch technisch sorgt die neue Dekoriermaschine der Bühler GmbH für Begeisterung. Dank eines intuitiven Editors, einer intelligenten Automatisierung und einer vielseitigen Technologieplattform entstehen so ganz einfach selbst aufwändige Dekore – noch besser als von Hand gemacht.

Am Anfang steht auch bei Bühler noch Handarbeit: Im Anwendungszentrum in Reichshof testen die Technologen der Bühler GmbH Verfahren, Rohstoffen und Parameter, damit die hochwertigen Schokoladen und Pralinen nicht nur den richtigen Schmelz, sondern auch eine perfekte Optik besitzen, wenn sie aus den Maschinen und Anlagen des Unternehmens kommen. Dieser Anspruch stellt auch die Maschinenentwicklung vor einige Herausforderungen, erklärt Daniel Wittmaack, Head of Product Management & Process Engineering bei Bühler in Reichshof. „Bei einer unserer letzten neuen Maschinenlösungen ging es darum, dreidimensionale Dekore auf Pralinen oder Figuren aufzubringen. Dazu bewegen wir die Produktformen auf einem Hubtisch mit insgesamt drei Achsen unter den Dosierwerkzeugen auf definierten Bahnen, sodass wir das gewünschte Dekor ganz präzise aufbringen.“ Um diese Bewegung des Hubtisches zu automatisieren, prüfte Bühler im Vorfeld ganz unterschiedliche Ansätze, so Wittmaack weiter: „Dabei gab es zwei Punkte, die die Automatisierung gewährleisten musste: Auf der einen Seite benötigen wir eine sehr präzise Bewegungsführung im Raum, damit wir die filigranen Dekorelemente ganz exakt aufbringen können. Auf der anderen Seite muss das System so einfach zu handhaben sein, dass ein Maschinenbediener vor Ort und ohne spezielle Kenntnisse die Dekore anhand eines Modells intuitiv platzieren und den Prozess optimieren kann.“

Bühler GmbH

Die Technologien von Bühler sind fester Teil des Alltags von Milliarden Menschen – auch, wenn das den Meisten nicht bewusst sein dürfte. Mit seinen Geschäftsbereichen Advanced Materials, Grains & Food und Consumer Foods ist das Unternehmen maßgeblich an der Produktion von Lebensmitteln aber auch energieeffizienter Fahrzeuge und Gebäude beteiligt. Der Standort Reichshof gehört zum Geschäftsbereich Consumer Foods. Hier entwickelt und produziert Bühler Lösungen für das Gießen und Dekorieren von Schokolade in jeglicher Form. Dazu erarbeiten erfahrene Verfahrenstechniker und Technologen gemeinsam mit dem Anwender maßgeschneiderte Prozesslösungen vom Dosieren, Wiegen, Mischen, Kochen oder Belüften von Massen bis hin zum Extrudieren, Umformen, Schneiden, Temperieren, Überziehen und Kühlen.

Von der Idee zur Lösung

Eine zentrale Komponente der Automatisierungslösung stand schnell fest: Mit der SIMATIC S7-1500T konnte Bühler auf eine entsprechend vielseitige Plattform zurückgreifen, mit der prinzipiell viele Technologien für die Bewegungsführung eingesetzt werden können, wie Karl-Jürgen Kasemann, Lead Project Engineer Automation bei Bühler, bestätigt: „Mit dieser Steuerung sind wir in der Lage, unterschiedliche Kinematiken, aber auch Kurvenscheiben zu nutzen – auf dieser Ebene hatten wir also alle Optionen.“ Die richtige Lösung für diesen Prozess zu finden, war jedoch gar nicht so einfach: „Unter anderem haben wir überlegt, ob wir hier nicht einen Ansatz aus dem 3D-Druck adaptieren können. Auf den ersten Blick sieht der Prozess ähnlich aus, aber man arbeitet dabei in Schichten und nicht in einem Guss. Noch dazu haben wir es mit kleinen, filigranen Dekoren zu tun, die viele Kinematiklösungen einfach nicht fein genug auflösen können. Also mussten wir weiter suchen.“ Am Ende kam eine weitere bei Bühler bereits bewährte Technologie zum Einsatz: Die Bewegungen des Hubtisches werden als Kurvenscheiben hinterlegt, die aus einem speziellen Dekor-Editor als Polynome an die SIMATIC Steuerung übergeben werden. „Für uns hatte dieser Ansatz den großen Vorteil, dass wir sozusagen ab der Steuerung mit Systemen und Technologien arbeiten, die wir schon in vielen anderen Prozessen nutzen. So konnten wir uns voll und ganz auf den Aspekt der Bedienerfreundlichkeit konzentrieren.“

Vom Modell zum Dekor

Das Ergebnis dieser Entwicklung ist mittlerweile schon in der ersten Dekoriermaschine im Einsatz: ein eigens entwickelter Dekor-Editor, in dem der Anlagenbediener anhand des 3D-Modells des Produktes – also etwa einer Praline – die entsprechenden Punkte für die Dekorelemente setzen kann. Aus diesen Punkten berechnet der Editor die entsprechenden Bahnen für die Maschinensteuerung. Das Besondere dabei: Prozessanpassungen sind auch zur Laufzeit und direkt an der Maschine möglich. Der Editor ist in die Maschinenvisualisierung auf dem SIMATIC Panel-PC eingebettet und wird vom Bediener einfach per Schaltfläche aufgerufen – „der Mensch an der Anlage merkt dadurch gar nicht, dass er hier eine eigenständige Applikation nutzt. Es fühlt sich für ihn genauso an wie sein vertrautes HMI.“ Hinter diesem nahtlosen Benutzererlebnis steckt allerding einiges an Aufwand für die Programmerstellung, bei der Bühler mit Spezialisten im Bereich Softwareentwicklung und mit Experten des Siemens-Applikationszentrums eng zusammenarbeitete. „Gerade die Datenübergabe an die Steuerung war für mich schon ein Punkt, der mir zu Beginn Sorgen bereitet hat. Aber mit der integrierten OPC UA Kommunikation der SIMATIC S7-1500 war das wirklich problemlos zu integrieren.“

Unsere Anwender sind mit dieser Maschine mindestens 50 % schneller, wenn sie das Produkt oder das Dekor an der Maschine ändern. Dazu kommen noch einmal rund 30 %, die sie beim Einfahren der Maschine sparen.
Karl-Jürgen Kasemann, Lead Project Engineer Automation, Bühler GmbH

Von der Entwicklung in die Anwendung

Die eigentliche Projektumsetzung verlief dementsprechend sehr problemlos, erinnert sich Kasemann: „Wir haben am Anfang viel Zeit in die Auswahl der richtigen Technologie und der richtigen Software für den Dekor-Editor investiert und haben da auch sehr von der Zusammenarbeit mit Siemens profitiert. Die Programmierung der Automatisierung an sich war dann eigentlich der einfachere Teil. Dabei haben wir einerseits die Skalierbarkeit und Vielseitigkeit der SIMATIC Steuerung für uns genutzt, andererseits half uns die durchgängige Projektierung mit einem Engineeringsystem vom HMI über die CPU bis zu den Antrieben und Servomotoren, die passende Lösung effizient umzusetzen.“ Der entscheidende Punkt ist für Karl-Jürgen Kasemann jedoch, dass die neue Maschine in der Produktion genau die Vorteile bietet, die sich die Entwickler als Ziel gesetzt hatten: „Unsere Anwender bestätigen uns, dass sie mit dieser Maschine mindestens 50 % schneller sind, wenn sie das Produkt oder das Dekor an der Maschine ändern. Dazu kommen noch einmal rund 30 %, die sie beim Einfahren der Maschine sparen, weil sie das Dekor besser anpassen und optimieren können. So ein Feedback ist eine tolle Bestätigung, dass wir mit diesem Prozess in die richtige Richtung gegangen sind“, so sein Fazit.

Noch mehr Unterstützung für den Anwender

Doch die Experten bei Bühler denken schon weiter: Im nächsten Schritt soll der Dekor-Editor in der Lage sein, Dekorelemente anhand der 3D-Daten automatisch zu erkennen und dem Maschinenbediener vorzuschlagen. „Dadurch können unsere Anwender noch individuellere Produkte mit noch kleineren Umrüstzeiten produzieren“, ergänzt Daniel Wittmaack. Bis dahin ist auch er mit dem Erreichten schon sehr zufrieden: „Mit der neuen Dekoriermaschine verbinden wir Flexibilität, Anwenderfreundlichkeit und Qualität – und das macht sie für unsere Anwender zu einem wirklich attraktiven Paket.“

Mit der neuen Dekoriermaschine verbinden wir Flexibilität, Anwenderfreundlichkeit und Qualität – das macht sie für unsere Anwender zu einem wirklich attraktiven Paket.
Daniel Wittmaack, Head of Product Management & Process Engineering, Bühler GmbH

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