Verpackungen elektrisch tiefziehen: Ohne Pneumatik schneller dicht

Leiser, effizienter, besser regelbar: MULTIVAC nutzt Servokompetenz von Kollmorgen

Autor: Dr. Petr Osipov, Produktmanagement Motoren, Kollmorgen, Ratingen

Der Verpackungsmaschinenbau setzt immer mehr auf elektrische Servotechnik – und substituiert damit vor allem pneumatisch angetriebene Bewegungsführungen. „Servotechnik lässt sich insgesamt besser regeln und trägt zu einer Reduzierung der Geräuschentwicklung bei. Außerdem können wir mit diesen Systemen höhere Taktzahlen erzielen“, unterstrich erst kürzlich Guido Spix, CTO von MULTIVAC, auf einer Verpackungsmesse. Der Verpackungsmaschinenhersteller nutzt vor allem Antriebslösungen von Kollmorgen, um den Energieverbrauch zu senken, die Effektivität der Anlagen zu erhöhen und die Verpackungsprozesse noch sicherer zu machen.

Sicher Verpacken: Dahinter steckt bei MULTIVAC – parallel zu den Aspekten der Maschinen- und Bedienersicherheit – vor allem der sichere Verpackungsprozess. Mit den sehr guten Rückführmöglichkeiten und Regelungseigenschaften der Servotechnik von Kollmorgen konnte MULTIVAC zum Beispiel das Versiegeln von Tiefziehverpackungen effizienter und prozesssicherer gestalten, damit gleichzeitig die Verbrauchersicherheit weiter optimieren. Die Lösung kommt aktuell in den Hochleistungstiefziehmaschinen zum Einsatz, die für das automatische Verpacken mittlerer und großer Chargen konzipiert sind.
Bild: Mit den AKM-Servomotoren Washdown + Food ist es Kollmorgen gelungen, die meisten Transport- und Drehapplikationen in der Fleischverarbeitung und nachgelagerten Verpackung mit zwei standardisierten Antriebslösungen zu realisieren – auch in der innovativen Einkabel-Technik.

Bild:Frisch vom Stück rein elektrisch verpackt: Im Vergleich zu bisher meist pneumatisch angetriebenen Hubwerkstationen, bieten die Maschinenserien R2XX bis R5XX von MULTIVAC neuerdings Motorgetriebekombinationen von Kollmorgen für das Tiefziehen und Versiegeln der Folie

Abgestimmte Motor-Getriebe-Kombinationen

Im Vergleich zu bisher meist pneumatisch angetriebenen Hubwerkstationen bieten die Maschinenserien R2XX bis R5XX neuerdings Motorgetriebekombinationen für das Tiefziehen und Versiegeln der Folie. Diese Einheiten heben über eine Kniehebelkinematik die teilweise mehrere hundert Kilogramm schweren Formwerkzeuge an. Danach halten sie den hohen Anpressdruck von bis zu 20 Tonnen, um einen sicheren Prozess beim Versiegeln von Unter- und Oberfolie zu gewährleisten. Kollmorgen hat als strategischer Motion-Control-Partner die Hubachse als kompakte Einheit aus Synchron-Servomotor der Reihe AKM und einem Zykloidgetriebe realisiert. Berechnung und Auswahl der optimalen Motorgrößen sowie Getriebetypen erfolgte in enger Zusammenarbeit mit den Entwicklungsabteilungen von MULTIVAC.

Zwei überaus wichtige Aspekte bei der Auslegung der Antriebseinheit waren Baulänge und Überlastfähigkeit. Beim Sechspunkthubwerk des Typs HKS03 besticht der Servogetriebemotor mit Bremse an dieser Stelle durch seine Gesamtlänge von 307 mm bei einem Beschleunigungsdrehmoment von 1400 Nm. Diese Werte sind möglich durch die hohe Leistungsdichte der AKMMotoren selbst, die optimalen Baulängenvoraussetzungen der Zykloidgetriebe sowie den Verzicht auf Motorglocken und Kupplungen. Die Umwandlung der rotativen in eine lineare Bewegung für den Hub hat MULTIVAC schließlich mit Pleuelstangen umgesetzt. Diese Lösung hat in der Praxis drei wesentliche Vorteile. Der Verzicht auf Pneumatik als Druck erzeugende Kraftquelle für das Siegeln und Tiefziehen verbessert die Energieeffizienz der Maschine. Gleichzeitig sorgt die Geometrie der Pleuels für eine extreme Schließkraft am Ende der Strecke. Dieser Effekt wirkt sich – der dritte Vorteil - auf die Lebensmittelsicherheit aus, weil die Versiegelung prozesssicher mit hohem Schließmoment erfolgt. Washdown-Beschichtung statt Edelstahl

Damit die genannten Vorteile nicht unverhältnismäßig zu Lasten der Kosten gehen, hat Kollmorgen die AKM-Getriebemotoren in ein lebensmitteltaugliches Hygienegewand gesteckt. Dahinter steckt eine einzigartige Beschichtung. Sie macht es möglich, die hohe Leistungsdichte und Flexibilität der AKM-Motoren mit maximaler Hygiene zu kombinieren – ohne die sonst üblichen Einbußen, die Edelstahlgehäuse mit sich bringen. Zu nennen sind hier höhere Materialpreise, schwerere Antriebseinheiten sowie Einbußen bei der Leistungsdichte, weil Edelstahl nicht so gut die Verlustwärme abführt. Kollmorgen bietet die AKM-Motoren in der Ausführung „Washdown“ in den Baugrößen zwei bis sechs an. Die Reihe deckt damit Stillstandsmomente zwischen 0,5 und 25 Nm bei Versorgungsspannungen von 75 bis 480 V ab.

„Perfectly Clean“ außen wie innen

Die Zweikomponenten-Epoxid-Beschichtung des speziellen „Hygienic Design“ ist FDA-konform gemäß 21 CFR 175.300 und zeigt sich dabei resistent gegenüber Säuren, Laugen und etablierten Reinigungsmitteln in einem pH-Bereich von 2 bis 12. In einem Langzeittest wurde diese Beschichtung im Labor der Firma EcoLab einem Langzeittest unterzogen, der mehr als 2000 Waschzyklen inklusive Desinfektionsanwendungen entspricht. Damit Maschinenbediener beim Säubern Schmutz und Biofilme auf den Oberflächen besser erkennen können, liefert Kollmorgen die Washdown-Getriebemotoren serienmäßig in weiß aus. Alternativ ist auch eine edelstahlfarbene Beschichtung möglich. Die Oberfläche weist bei beiden Tönen hydrophobe Eigenschaften auf. Damit rinnen wässrige Flüssigkeiten besser ab – was die Rückstandsbildung auf der Oberfläche weiter verringert. Der Kollmorgen - Anspruch eines „Perfectly Clean“ greift insofern nahtlos in das MULTIVAC Hygienic Design™-Konzept, das bei allen Tiefziehverpackungsmaschinen konsequent umgesetzt wird.

Vom Co-Engineering in die Serie

MULTIVAC bietet innerhalb seines weltweiten Vertriebsnetzes mit über 65 Tochtergesellschaften eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten bei den Maschinenausprägungen an. Um diese Varianz mit einer weitgehenden Standardisierung beherrschbar zu halten sind strategische Partner gefragt, die mit ihren Technologien eine große Bandbreite an Maschinenbauapplikationen abdecken können. Die Washdown-Getriebemotorenlösung von Kollmorgen stellt hier ein gutes Beispiel dar, wie aus einer projektbezogenen Einzelentwicklung ein standardisiertes, einbaufertiges Modul werden kann. Der Aufbau der Antriebs- und Automatisierungstechnik der Tiefziehverpackungsmaschine folgt konzeptionell den Ansprüchen der neuen MULTIVAC-Lösung: Mehr Möglichkeiten durch mehr miteinander kombinierbare Achsen – und das Ganze auch noch mit steigender Dynamik für mehr Produktivität in den Betrieben. In Summe haben es die Partner in einer engen Projektzusammenarbeit geschafft, alle Großverbraucher von Pneumatik durch elektrische Systeme mit besonders hohem Wirkungsgrad zu ersetzen. MULTIVAC hat nach den ersten erfolgreichen Praxiseinsätzen errechnet, dass die R 095 e-concept mindestens 20 Prozent weniger Energie benötigt, als vergleichbare Modelle.

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