Trommelmotoren für Förderbänder in der Lebensmittelproduktion

Um Waren von einem Ort zum anderen zu befördern, kommen bei der Lebensmittelverarbeitung üblicherweise Förderbänder zum Einsatz, die von Elektromotoren angetrieben werden. Dabei handelt es sich oft um Getriebemotoren, die meist neben oder unterhalb der Förderstrecke angebracht und die über ein Kraftübertragungssystem – per Riemen oder Kette – mit einer oder mehreren der Rollen des Förderbandes verbunden sind. Diese aufwendige Übertragungsmechanik wird mit dem Einsatz kompakter Trommelmotoren überflüssig. Hier wird das nötige Drehmoment von Rollen erzeugt, in denen ein kompakter Elektromotor bereits integriert ist. Das spart auch Platz.

Studie attestiert: Trommelmotoren sind besonders hygienisch

Forscher der Universität Parma in Italien haben in einer Studie untersucht welche anderen Vor- und Nachteile Trommel- und Getriebemotoren in der betrieblichen Praxis bieten. Unterstützt wurden sie bei ihrer Arbeit von Interroll, einem Hersteller für Materialfluss-Lösungen mit Hauptsitz in der Schweiz. Für Anwendungen in der Lebensmittelindustrie identifiziert die Studie drei mögliche Fälle, bei denen jeweils unterschiedlich konzipierte Antriebslösungen zum Einsatz kommen. Hygienisch eher unkritisch sind Förderstrecken, die sich im Non-Food-Bereich, also außerhalb der eigentlichen Lebensmittelverarbeitung befinden. Solche Verarbeitungszonen finden sich zum Beispiel dort, wo bereits verpackte Waren von A nach B gelangen. Beim zweiten Anwendungsfall, dem Food-Bereich, geht es um eine Situation, bei der Lebensmittel mit der Umgebung in Kontakt kommen und die Förderanlage trocken und manuell gereinigt werden soll. Das dritte Szenario betrifft Washdown-Bereiche, in denen mikrobiologisch anfällige Lebensmittel mit der Umgebung in Kontakt kommen und in denen es daher erforderlich ist, die Förderanlage mit Wasser und Reinigungsmitteln, zum Beispiel per Hochdruck-, Schaum- oder Geleinsatz, in besonders kurzen Zeitabständen zu reinigen.

Die Studie hat die drei Anwendungsszenarien unter sechs Kriterien zu untersucht. Bei jedem dieser Kriterien spielten jeweils verschiedene Unteraspekte eine Rolle – so zum Beispiel beim Thema Hygiene die Anfälligkeit für Verschmutzungen. Bei leicht quantifizierbaren Größen, also dem Energieverbrauch sowie der Geräusch- und Wärmeentwicklung nahmen die Forscher entsprechende Messungen vor. Dabei wählten sie für ihre Untersuchung jeweils einen Getriebe- und einen Trommelmotorentyp aus. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die Trommelmotoren gerade die Hygieneanforderungen besser eingehalten haben. In diesem Bereich schlagen sich Trommelmotoren durch ihre Verkapselung, die Keimen wenig Angriffsfläche bietet und leicht mit Hochdruckstrahlern zu reinigen ist, in allen drei Anwendungsszenarien besser als die zum Vergleich herangezogenen Getriebemotoren. Auch bei den meisten Subkriterien – wie Verschmutzungsgefahr, Reinigungsmöglichkeiten und Zugänglichkeit oder Kontaminationsgefahr mit Keimen – spielen Trommelmotoren ihre Stärken aus.

Im Gegensatz zu Getriebemotoren sind Trommelmotoren (r.) direkt in die Rollen des Transportbandes integriert.

Synchron-Trommelmotoren für präzise Positionierung

Für automatisierte Bearbeitungsprozesse müssen Bandförderer die transportierten Güter millimetergenau genau an einer vorgegebenen Position stoppen, etwa um einen maschinellen Bearbeitungsschritt zu ermöglichen. Dieses Positionieren setzt einerseits eine genaue Erfassung der zurückgelegten Förderstrecke und andererseits eine exakt steuerbare Start-/Stopp-Funktion des eingesetzten Förderantriebs voraus. Um möglichst kompakte und leicht zu reinigende Förderer zu realisieren, kommen beim Antrieb dieser Förderstrecken meist gekapselte Trommelmotoren zum Einsatz, die in den jeweiligen Bandförderer integriert sind. Zur Positionierung mithilfe von Trommelmotoren kommen in vielen Fällen Lösungen mit zusätzlichem Drehgeber zum Einsatz: Ein innerhalb des Motorgehäuses auf der Rotorwelle untergebrachter Sensor sorgt dafür, dass das Band mit dem Fördergut exakt an der vorgesehenen Stelle anhält. Dieser Drehgeber – zur Wahl stehen Inkremental-Drehgeber und Resolver – misst die Drehzahl und Position des Rotors. Ein angeschlossenes elektronisches Zählwerk registriert dann die entsprechenden Impulse. Hat das Fördergut die gewünschte Position erreicht, gibt die Elektronik des Zählwerks den gewünschten Stopp-Impuls. Diese weit verbreitete Art der Positionierung hat Vor- und Nachteile. Einerseits lässt sich die Rotorposition – abhängig von der Leistungsstärke des eingesetzten Drehgebers – sehr genau und in Echtzeit messen, so dass sich auch extrem schnelle und langsame Anwendungen umsetzen lassen, die allerhöchste Präzisionsgrade erfordern. Andererseits sind der Drehgeber und die benötigte Steuerelektronik teuer in der Anschaffung und durch den Verdrahtungsaufwand vergleichsweise aufwendig zu installieren. Außerdem sind die meisten Drehgeber empfindlich gegenüber statischer Elektrizität, Überhitzung und Fehlbedienung. Dies kann zu Störungen führen, die dann Produktionsausfälle nach sich ziehen Eine wenig verbreitete Alternative zu dieser Lösung bietet der Einsatz von Synchron-Trommelmotoren. Ein Drehgeber ist hier nicht notwendig. Der Grund liegt in der Bauart: Der mit Permanentmagneten am Rotor arbeitende Synchronmotor wirkt während des Betriebs zugleich als Generator, wobei die durch die Magnete induzierte Spannung direkt von der Rotordrehzahl abhängt. Deshalb können entsprechend ausgestattete Frequenzumrichter aus der anliegenden Spannung die aktuelle Geschwindigkeit und die Position des Rotors errechnen – und dies umso genauer, je leistungsfähiger der im Frequenzumrichter verwendete Prozessor ist. Bei Synchronmotoren ist grundsätzlich immer ein Frequenzumrichter erforderlich, während Asynchronmotoren diesen nur im Betrieb mit variablen Geschwindigkeiten benötigen. Deshalb bietet es sich gerade bei anspruchsvolleren Transportanforderungen an, gleich auf Synchronmotoren zu setzen. So lassen sich zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen: Neben den Vorzügen hinsichtlich Leistung, Energieeinsparung und Kompaktheit lassen sich mit Synchronmotoren auch sensorlos arbeitende Positionierungslösungen realisieren – und dies bei günstigeren Anschaffungskosten und höherer Betriebssicherheit. Auch der Einsatz einer SPS ist nicht zwingend erforderlich.

Die Studie der UniversitätParma attestiert Trommelmotoren Vorteile gegenüber Getriebemotoren – gerade in Sachen Hygiene.

Die im Artikel erwähnte Studie finden Sie hier.