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Die Linearmotoren der Serie P10-70 sind mit Spitzenkräften bis zu 2.500 N die leistungsstärksten Motoren im Programm des Herstellers. (Bild: Roßmann)

| von Franz Joachim Roßmann

Mit Linearmotoren lässt sich wesentlich dynamischer, präziser und flexibler positionieren als mit Pneumatik-Zylindern, beispielsweise bei Füll-, Verschließ- und Verpackungsabläufen. Den Beweis haben tubulare Linearmotoren bei der Schweizer Chocolat Frey im Rahmen einer Produktionserweiterung erbracht.

Aufgrund der hohen Nachfrage nach sogenannten Napolitains – das sind die kleinen Schoko-Täfelchen, die im Bistro gerne zu einer Tasse Kaffee serviert werden – gab der größte Schweizer Schokoladenhersteller, den Startschuss für eine weitere Fertigungslinie. Denn die zwei bis heute genutzten Linien, Baujahr 1988 und 1990, waren mit der Produktion der kleinen Schoko-Täfelchen komplett ausgelastet.

Deswegen enthielt das Lastenheft als zentrale Forderung an das Maschinendesign einen deutlich höheren Ausstoß für die Gießanlage: Die neue Anlage sollte in einer Stunde bis zu 2 Tonnen Schokolademasse bewältigen.

Diese Vorgabe hat der Maschinenbauer, der schon für die älteren Linien verantwortlich zeichnete, erfüllt. Eine zentrale Rolle spielt dabei ein Linearmotor von Linmot. Der Antrieb übernimmt die Prozess-kritische Aufgabe, die rund 850 x 380 mm großen Kunststoff-Formen mit Aussparungen für 225 Täfelchen (25 x 9 mm) vom Transportband anzuheben in Richtung der feststehenden Gießdüsen.

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Um unerwünschte Spritzer und Lufteinschlüsse zu vermeiden, werden die Gießformen in Richtung der feststehenden Gießdüsen angehoben – individuell nach Produkt-spezifischen Parametern. Roßmann

Gießen ohne Einschlüsse oder Spritzer

„Wenn die flüssige Schokolade durch das Gießsystem in die Form eingebracht wird, muss der Abstand zwischen Füllpegel und Gießdüsen möglichst gering sein“, erläutert Manfred Leuenberger, Technischer Leiter im Bereich Confiserie. Das Ziel: Lufteinschlüsse oder Spritzer auf den Gussformen zu vermeiden.

Bei den älteren Linien übernimmt ein Pneumatik-Zylinder das Anheben der Formen. Doch ein Blick auf diesen Vorgang offenbart eine Schwäche der mittels Druckluft betriebenen Arbeitszylinder: Die Bewegung ist ruckelig und beim Absenken fällt die Form ziemlich unsanft zurück auf die Transportschienen.

Ganz anders der Linearmotor: Der komplette Bewegungsablauf ist trotz der höheren Dynamik sanfter, was sowohl das Produkt wie auch die gesamte Mechanik der Maschinen schont.

Weniger ins Auge sticht ein weiterer Aspekt der elektrischen Antriebstechnik: „Der Linearmotor erlaubt durch sein integriertes Messsystem eine wesentlich exaktere Positionierung der Formen und wir kennen in jedem Moment die genaue Position der Gießform“, stellt Leuenberger heraus. Somit kann der Abstand zwischen Füllpegel und Form exakt nachgeführt werden – in diesem Fall mit einer Präzision im Zehntelmillimeterbereich.

Maßgeschneiderte Verfahrprofile schonen Produkt und Mechanik

Zudem lassen sich die Bewegungsprofile genau auf die individuellen Anforderungen des jeweiligen Produkts beziehungsweise des Füllprozesses anpassen. Insbesondere bei gefüllten Produkten ist das von Vorteil, da die Verteilung der Schokoladenmasse in der Form unterstützt wird, die Prozesssicherheit steigt. Zudem haben wir mehr Freiheiten bei der Gestaltung des Herstellungsprozesses. „Mit Pneumatik ist das nicht zu machen“, betont der Technikspezialist des Schokoladen-Produzenten. Die Möglichkeit zur individuellen Anpassung der Verfahrprofile lässt sich darüber hinaus nutzen, um die Belastung für Produkt und Mechanik während des Produktionsprozesses minimal zu halten. Auch der Wechsel zwischen verschiedenen Profilen ist seit der Verwendung des Direktantriebs nun auf Knopfdruck machbar. Entsprechend schneller ist die Anlage nach einem Produktwechsel wieder in Betrieb.

Die Konstrukteure der Gießmaschine haben sich für den Einsatz eines tubularen Linearmotors aus der Serie P10-70 mit einem Hub von 90 mm entschieden, konkret: einen Stator mit Encoder PS10-70x160U-BL-QJ und dem Läufer PL10-28×390/340 sowie passendem Montageflansch, der zugleich als Kühlkörper dient. Da der Motor außerhalb des Hygienebereichs montiert ist, muss er keine erhöhte Schutzklasse aufweisen. Bei Bedarf stehen aber auch Varianten in Inox- und Atex-Ausführung zur Verfügung.

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Manfred Leuenberger, Technischer Leiter im Bereich Confiserie der Chocolat Frey AG: „Es gibt noch einige Bereiche, wo ein Wechsel von pneumatischen auf elektrische Achsen Vorteile verspricht.“ Roßmann

Die Baureihe umfasst mit ihrer Drehstrom-Wicklung die leistungsstärksten Motoren mit bis zu 2.500 N. Aufgrund ihrer modularen Bauweise lassen sich Hübe zwischen 10 mm und 1.770 mm realisieren. Geschwindigkeiten von mehr als 5 m/s und Beschleunigungen von über 100 g ermöglichen kurze Positionierzeiten beziehungsweise hohe Taktzahlen. Durch den Wegfall von spielbehafteten mechanischen Komponenten (Getriebe oder Zahnstange) lassen sich die Linearmotoren bei entsprechender Auflösung des Messsystems nicht nur genau positionieren, sie benötigen auch wesentlich weniger Wartung als Pneumatik-Zylinder oder bürstenbehaftete Motoren. Anders als bei der Pneumatiklösung lässt die Kraft des Linearmotors auch nicht mit der Zeit nach, sodass die Wartungsintervalle nur noch in größeren Abständen nötig sind.

Sanfte und schnelle Bewegungsabläufe sind Programm

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Ein tubularer Linearmotor sorgt für ein dynamisches und gleichzeitig sanftes Anheben der Gießformen. Außerhalb des Hygiene-Bereichs untergebracht, ist kein spezielles Design notwendig. Roßmann

Die Ansteuerung des Linearmotors übernimmt ein Servoregler E1400 mit direkter Netzeinspeisung (400 V AC). Obwohl die Motoren auch in Kombination mit verschiedenen Antriebssteuerungen anderer Hersteller funktionieren, hat der Maschinenbauer dem Linmot-Verstärker den Vorzug gegeben und über dessen Sercos-III-Schnittstelle an einen Motion Controller von Bosch Rexroth (IndraControl L65) angebunden. Bei dieser Konstellation berechnet die Bewegungssteuerung die auf den aktuellen Gießprozess zugeschnittenen Verfahrprofile und sorgt für eine schonende Handhabung der Produkte. Der Linmot-Regler bietet dabei dem Maschinenbauer große Freiheit bei der Wahl des Steuerungsherstellers, da Varianten für Ethercat, Powerlink, Profinet, Profibus und Ethernet/IP zur Verfügung stehen.

Beeindruckt von den Möglichkeiten der Direktantriebstechnik sieht Leuenberger eine positive Zukunft für die Linearmotoren von Linmot in seinem Betrieb: „Es gibt noch einige Anwendungen, zum Beispiel im Abfüllbereich für fertig verpackte Produkte, bei denen es Sinn macht, die bisher üblichen Pneumatik-Zylinder durch Linearmotoren zu ersetzen.“ (sk)

 

 

Franz Joachim Roßmann

ist Technikjournalist aus Gauting bei München.

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