Ohne Ecken und Kanten

Edelstahl-Servomotor-Baureihe im Hygienic Design

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06.02.2013 Die Automatisierungstechnik ist ein grundlegender Baustein aller Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen. Hier bestehen neue Ansätze, die aufwendige Einhausung von Motoren und Getriebe zu eliminieren, um tote Räume, in denen sich Schmutz oder nicht entferntes Reinigungsmittel festsetzen können, zu vermeiden. Motoren, die im Hygienic Design gestaltet sind, eignen sich für den Einsatz in dieser anspruchsvollen und meist extrem rauen Umgebung.

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Entscheider-Facts Für Betreiber


  • Die Edelstahl-Motorbaureihe besteht aus vier Baugrößen und deckt damit die meisten Anforderungen des Marktes ab.
  • In Verbindung mit dem Edelstahl-Panel-PC oder dem Edelstahl-Control-Panel bietet der Hersteller eine durchgängige Steuerungs- und Motion-Control-Lösung für die Lebensmittel-, Chemie- und Pharmaindustrie.
  • Die Komponenten in Edelstahl-Ausführung sind im Hygienic Design konstruiert und eignen sich daher für den Einsatz mit laugen- oder säurehaltigen Reinigungsmitteln im Lebensmittelbereich.

Bei der Konstruktion von Nahrungsmittel- und Verpackungsanlagen wird die Gestaltung der Maschinen immer wichtiger: ‚Hygienic Design‘ ist die Basis für die zukünftigen Konstruktionen dieser Anlagen. Bisher war es immer problematisch, alle Komponenten der Anlagen so zu gestalten bzw. zu beschaffen, dass die Anforderungen der Maschinenbauer und der Kunden eingehalten werden konnten. Die DIN EN 1672-2:2005 schreibt vor, dass Kontaminationsrisiken reduziert werden müssen: Hohlräume, Spalten und außenliegende Gewinde sollten minimiert, besser nicht vorhanden sein, damit Korrosion oder Bakteriennester gar nicht erst entstehen können.

An die Maschinenbauer besteht zudem meist die Anforderung, sich häufig ändernde Verpackungen in immer kleineren Losgrößen oder immer größeren Ausbringungsmengen zu realisieren. Hinzu kommt die Forderung nach vollkommener Kontrolle und Protokollierung der Prozesse. Jeder Hersteller und Verarbeiter von Lebensmitteln möchte eine sichere und überwachte Produktion von der zu verarbeitenden Ware haben. Hierbei muss zwingend die Einhaltung des Verbraucherschutzes des Produktes im Sinne der EG-Hygienerichtlinie beachtet werden. Maschinen werden daher in unterschiedlichen Teilbereichen betrachtet.

Robustes Design für lange Lebensdauer
Die Leistungs- und Überwachungselektronik wird meist vom eigentlichen Prozess ferngehalten. Sie befindet sich geschützt im Schaltschrank, muss aber häufig gekühlt oder belüftet werden, um den Temperaturanstieg der Elektronik zu limitieren. Sie beeinflusst maßgeblich die Funktion und die Lebensdauer der Komponenten. Bedieneinheiten wie Control Panel und Panel-PCs sind in der Regel nicht in Kontakt mit dem zu verarbeitenden Produktionsgut und lassen sich daher in eine niedrigere Hygienekategorie einstufen. Es ist jedoch zu beachten, dass der Anwender die Control Panel oder Panel-PCs mit den Händen berührt. Auch hier ist eine leicht zu reinigende Oberfläche und Robustheit der Produkte unabdingbar. Die größten Probleme sind jedoch bei den Motoren, Getrieben sowie den Kabeln zu erwarten, welche direkt im Produktionsprozess montiert sind.

Bisher wurde im Lebensmittel- und Verpackungsmaschinenbau versucht, mit sonderbeschichteten Standardmotoren den Ansprüchen zu genügen. In der Praxis hat sich dies jedoch als nur bedingt tauglich erwiesen. Kratzer und Lackabplatzungen lassen die Beschichtung unterwandern und die Ablösung der Lackschicht ist die Folge. Gerät diese in den Prozess, sind der Ausfall der gesamten Produktionseinheit und erhebliche Kosten die Folge. Auch die Formgebung dieser Motoren entspricht nicht den Grundprinzipien des Hygienic Designs, da hier stets Ecken und Kanten sowie Steckverbinder vorhanden sind.

Bedürfnisse des Marktes in der Technik realisiert
Ein Automatisierungsspezialist aus Verl hat auf die Anforderungen des Marktes reagiert und mit der Serie AM8800 eine Edelstahlmotorenbaureihe entwickelt. In Verbindung mit den Edelstahl-Panel-PCs CP77xx oder den Edelstahl-Control-Paneln CP79xx bietet der Hersteller eine durchgehende Lösung für den Lebensmittel- und Verpackungsmaschinenbereich.

Die Edelstahl-Servomotoren entsprechen den Anforderungen des Lebensmittel- und Verpackungsmaschinenbaus. Der Automatisierer hat die gleichen Materialien wie die Maschinenbauer eingesetzt, da diese eine lange Erfahrung im Lebensmittelbereich besitzen. Die Motoren bestehen aus AISI 316 L und lassen sich bedenkenlos in allen Bereichen einsetzen, in denen regelmäßig mit laugen- oder säurehaltigen Mitteln gereinigt wird. Auch im Bereich von ‚Dry Food‘, z. B. Mehl, Schokolade, Puderzucker oder Nüssen, empfiehlt der Arbeitskreis ‚Maschinen und Anlagen in der Süßwarenindustrie‘ den Einsatz von Edelstahl.

Konstruktionsmerkmale auf Einsatzgebiet abgestimmt
Die Motoren haben eine Oberflächenrauigkeit von RZ < 16, alle Ecken und Kanten sind mit Radien r >= 4 mm ausgeführt, was der Kategorie K3 der Hygienemaßnahmen entspricht. Hiermit lassen sich alle Produktrisiko-Zuordnungsklassifizierungen erfüllen. Bei der Entwicklung der energiesparenden Synchron-Servomotoren wurde gezielt Wert auf hohe Robustheit gelegt. Die Lagerung wurde für 30.000 h konstruiert, damit haben die Motoren gegenüber marktüblichen eine um bis zu 

50 % längere Lebensdauer, was sich positiv auf die Kosten auswirkt. Das Design der Rotor-Statorgeometrie wurde so gewählt, dass eine möglichst kleine magnetische Unwucht entsteht, was ebenfalls zur Lebensdauer des Motors beiträgt, da sich die radialen Belastungen vermindern. Von 0,9 bis 18,7 Nm Stillstandsdrehmoment steht dem Anwender ein nahtlos überlappendes Programm zur Verfügung. Die Wicklungen sind auf den Betrieb mit dem Servoverstärker AX5000 abgestimmt.

Als Feedbacksystem lässt sich wahlweise die One Cable Technology als Singel und Multiturn oder Resolver einsetzen. Die Einkabellösung überträgt die Sensordaten digital über die vorhandene Motorleitung, ein zusätzliches Feedbackkabel ist nicht erforderlich. Die Verlegekosten sind damit 50 % niedriger als bei der Lösung mit Motor- und Feedbackleitung. Im Lebensmittel- und Verpackungsmaschinenbau ist dies von Vorteil, da die Bündelung von Kabeln entfällt. Weiterhin sind die Kabeldurchführungen in der Maschine um 50 % reduziert. Die Steckverbinder sind kleiner als bei den im Markt bekannten Hybrid-Lösungen und auch die Biege-radien der Standardkabel können kleiner gewählt werden. Um einen robusten, dauerhaft dichten Kabelabgang zu ermöglichen, werden die Motoren der Serie ausschließlich mit einer Kabelverschraubung, Schutzart IP 69K, im Hygienic Design ausgestattet – optional lassen sie sich mit einer spielfreien Permanentmagnet-Haltebremse ausstatten.

Motoren im Nassbereich unterliegen häufig der Kondensatbildung im Inneren des Motorgehäuses. Die Wicklungen der Edelstahl-Motorenserie sind komplett mit Epoxidharz vergossen, wodurch die Kupferfüllung und auch das Statorpaket vor Korrosion geschützt sind. Störungen und Produktionsausfälle lassen sich dadurch verringern. Für extreme Fälle bietet der Hersteller einen Sperrluftanschluss an. Hierdurch kann sich dauerhaft kein Kondensat im Motor bilden. Alle Motoren sind in der Standardvariante in der Schutzklasse IP 67 ausgeführt. Die Schmierung der Wellendichtringe wird mit USDA-H1 gelistetem Schmierstoff realisiert.

Heftausgabe: Februar 2013
Michael Pfister, Produktmanager Antriebstechnik, Beckhoff Automation

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Michael Pfister, Produktmanager Antriebstechnik, Beckhoff Automation
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