Servogetriebe PSC/PSF

Präzise Positionierung, sauberer Schnitt

Antriebsautomatisierung in der Lebensmittelbranche
Tausende Stücke Bienenstich, Donauwelle und Schwarzwälder Kirsch, die bei großen Lebensmittelfirmen täglich gebacken werden, kann niemand manuell schneiden. Hier ist Automatisierungstechnik gefordert. Die Firma Döinghaus erarbeitete sich einen guten Namen auf dem Gebiet der Bäckerei-Schneidemaschinen. Deren Herzstück ist ein Handlingsportal, in dem lebensmittelgerechte Servogetriebe, Servomotoren und Antriebselektronik von SEW-Eurodrive für präzisen Vorschub sorgen.

Die Firma Döinghaus aus Salzkotten/Paderborn entwickelt und fertigt Anlagen zum automatischen Schneiden von Gebäck, Kuchen und Torten. Ihre Kunden tragen so bekannte Namen wie Bahlsen, Coppenrath & Wiese oder Nestlé. Für diese Großbäckereien, die täglich tausende Torten und zehntausende Stück Kuchen backen, automatisierte Döinghaus den Schneidvorgang. Dabei kommt ein Ultraschallverfahren zum Einsatz, das sich seit Jahren zum Schneiden von mehrschichtigen und klebrigen Lebensmitteln wie Kuchen oder Torten bewährt hat. Die Schneidklinge aus einer Titan-Legierung wird zu Schwingungen im Mikrometer-bereich angeregt. Dadurch gibt es keine Produktanhaftung; das Ergebnis ist ein glatter Schnitt. Bei den Komponenten der Antriebsautomatisierung – Getriebeservomotoren, Umrichter, Steuerung – hat Döinghaus gute Erfahrungen mit SEW-Technik gemacht.

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In der Kuchenschneidemaschine bildet eine Vereinzelungsstrecke den Anfang der Materialflusskette. Sie positioniert die Backwaren auf gleichmäßigen Abstand. Dabei kommen Kleinförderbänder zum Einsatz, die jeweils durch einen Drehstrommotor mit einem dreistufigen Stirnradgetriebe RF17 über Zahnriemen angetrieben werden. Die Ansteuerung jedes Motors erfolgt durch je einen Frequenzumrichter Movitrac B. Diese wirtschaftliche Antriebslösung ist durch Modularität und ein geringes Bauvolumen gekennzeichnet. Neben seiner sehr guten Geräteausstattung und einem hohen EMV-Schutz schätzen die Kunden die einfache Bedienung und Inbetriebnahme des Umrichters sowie sein sehr gutes Preis-/Leistungsverhältnis.

Großes Handlingsportal

Die nachfolgenden Bearbeitungsschritte übernimmt ein Handlingsportal, das Bewegungen in X-, Y-, Z- und U-Richtung vollführt. Hierbei wird die Backware zugeführt, zentriert, geschnitten und ausgeschleust. Zunächst werden die Kuchen und Torten auf lebensmittelgerechten Kleinförderbändern vereinzelt. Drehstrommotoren und modulare Frequenzumrichter Movitrac B von SEW-Eurodrive steuern diese Förderbänder an. Am Eingang des nachfolgenden Portals treibt ein Servomotor über eine Spindel zwei Schlitten auf einer Linearachse an, die spiegelbildlich zueinander verfahren. An diesen Schlitten sind zwei Schieber mit lebensmittelgerechten Kunststoff-Formen angebracht. Sie bilden zum Beispiel den Umriss einer Torte und zentrieren die Ware. Als Antrieb kommt ein Servomotor mit dem spielarmen Servo-Planetengetriebe PSC zum Einsatz – eine hochpräzise und kostenoptimierte Antriebslösung.

Die Y-Achse wird durch einen Servomotor mit Kegelradgetriebe BSHF 302 angetrieben. Bei beengten Platzverhältnissen wie in dieser Anwendung kommen rechtwinklige Antriebe zum Einsatz. Mit den Servowinkelgetrieben BSHF des Bruchsaler Herstellers lassen sich auch Servoanwendungen „um die Ecke“ antreiben. Die Verzahnung der zweistufigen BSHF-Kegelradgetriebe läuft über die gesamte Lebensdauer verschleißfrei. Die Kegelradendstufe sowie die schrägverzahnte Eintriebsstufe sind durch spielarmes Laufverhalten und besonders geringe Geräuschentwicklung gekennzeichnet. Auch die X-Achse wird durch einen Motor mit dem Servowinkelgetriebe BSHF angetrieben.

In Z-Richtung erfolgt der Hubantrieb über eine mechanische Kurvenscheibe (Exzenterhub) ohne Abbremsen im unteren Totpunkt. Durch diese Lösung ist eine variable und dynamische Bewegung im Schneidprozess möglich. Für die Hubachse wird das verdreh- und kippsteife Planetenservogetriebe PSBF eingesetzt, das hohe Querkräfte aufnehmen kann. Die Riemenscheibe lässt sich direkt auf Flanschblock aufschrauben. Dadurch spart man das sonst notwendige zweite Lager für die Riemenscheibe und hat somit weniger Platzbedarf.

Jedes Getriebe wurde exakt den jeweiligen Antriebsaufgaben beziehungsweise den Kundenwünschen angepasst. Der Kunde wählt aus vielen serienmäßigen Optionen aus, beispielsweise den – hier in allen Getrieben verwendeten – lebensmittelverträglichen Schmierstoff. Alle Getriebe zusammen bilden ein Handlingsportal für die Bewegung der Schneidmesser.

Fünf Messeraufnahmen vorbereitet

Eine Drehachse verstellt mehrere Schneidmesser gemeinsam über eine Zahnstange. Dadurch wird die höchste Winkelgenauigkeit erzielt. In der aktuellen Ausbaustufe sind vier Messer vorgesehen, für spätere Erweiterungen wurden aber insgesamt fünf Messeraufnahmen vorbereitet. Ein spielarmes Servoplanetengetriebe PSBF 222, das formschlüssig an einen hochdynamischen Synchron-Servomotor CMP angebaut ist, sorgt für die Verstellung der Drehachse. Durch ihren konstruktiven Aufbau erzielen die Servo-Winkelgetriebe hohe zulässige Momente und Querkräfte. Höchste Fertigungsqualität und sorgfältige Montage ermöglichen bei ein- und zweistufigen Ausführungen Verdrehspiele von weniger als einer Winkelminute.

Die Steuerung der Servogetriebemotoren erfolgt mit dem intelligenten Antriebsumrichter Movidrive B. Ob asynchroner Drehstromantrieb oder synchroner Servoantrieb – der Umrichter kann universell eingesetzt werden und lässt sich durch zahlreiche Optionen erweitern. Serienmäßig ist die intelligente Positionier- und Ablaufsteuerung Iposplus integriert. Sie kann die übergeordnete SPS in vielen Fällen erheblich entlasten. Für die Kommunikation mit anderen Anlagenkomponenten beinhaltet Iposplus umfangreiche Möglichkeiten, darunter eine Anbindung zum SEW-Systembus „S-Bus“ sowie die PC-Schnittstellen RS-485 und RS-232. Auch eine Absolutgeber-Verarbeitung ist möglich. Da in der gesamten Kuchenschneideanlage Hyperface-Absolutwertgeber zum Einsatz kommen, ist keine Nullpunktfahrt notwendig. Durch diese Geber kann man gegenüber konventionellen Konzepten Einsparungen erzielen – bei gleichzeitig höherer Performance.

SEW-Anlagen sind grundsätzlich mit einer Modem-Fernwartung versehen. Hierfür werden das Profibus DPV-Protokoll genutzt sowie die Software Movitools Motion Studio zur Inbetriebnahme, Diagnose und Wartung. Im Servicefall kann der Kunde selbst den Antriebsumrichter tauschen – einfach per Plug and Play. Gunthart Mau/pb

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