Beim Verpacken von frischen Lebensmitteln wie Fleisch und Käse hat sich das Thermoformen durchgesetzt. Dabei wird zunächst eine stabile Unterfolie in die vom Anwender gewünschte Schalenform gebracht, anschließend die Ware hineingelegt, wenn gewünscht im Vakuum oder unter Schutzgas, und mit einer meist transparenten Oberfolie versiegelt.
GEA hat für das Thermoformen die Produktserie Powerpak Plus im Sortiment. Wie für das Vorgängermodell Powerpak nahm der Anlagenbauer aus Düsseldorf auch für die Entwicklung der aktuellen Ausführung den Konstruktionsbaukasten von Igus zu Hilfe.
Schmierstofffreie Linearführungen
Die aktuelle Generation der Thermoform-Anlage erlaubt, anders als die vorherige Ausführung, eine freie Sicht auf den Prozess. Die klassischen Schutzhauben wurden durch eine einzige Schiebetür ersetzt, die sich über die gesamte Arbeitsbreite von bis zu 3 m nach unten schieben lässt. Geführt wird die Tür an beiden Seiten über Linearführungen von Igus der Serie Drylin W und das entsprechende Drylin-Hybrid-Rollenlager. Die Komponenten sind verdeckt eingebaut und werden über Gegengewichte in der gewünschten Position gehalten. Als zusätzliche Absicherung wurde eine Lichtschranke am oberen Abschluss der Tür eingebaut.
Die Linearführungen ermöglichen ein leichtgängiges Auf und Ab der Tür und kommen ohne aktive Schmierung aus. „Da die Maschinen Nahrungsmittel verpacken, verzichten wir auf Schmierung, da sie Kontaminationen verursachen könnten“, sagt Jürgen Niesar, Konstrukteur in der Forschung und Produktentwicklung.
Die erforderliche Reinigung der Anlagen mit Heißdampf, Trockeneis, Säuren- oder Laugenschaum führt zu extremen Bedingungen für die Rollen- und Gleitlager. Zudem ist die Umgebung – eben wegen der Reinigung – meist feucht und die Temperatur kann sehr niedrig oder hoch sein.
All das stellt besondere Anforderungen an die eingesetzten rotativen und linearen Lager. Die Antriebskomponenten von Igus wurden für solche Anwendungen entwickelt. Bei den Linearlagern werden Aluminium- oder Edelstahlführungen verwendet, auf denen Gleitelemente aus Tribopolymeren mit inkorporiertem Schmierstoff fahren. Diese Werkstoffkombination kommt ohne zusätzliche Schmierstoffe aus und bewährt sich unter widrigen Umgebungsbedingungen. Deshalb ist sie – als Drylin-Linearlager – auch in anderen Bereichen der Powerpak-Plus-Maschinen im Einsatz. Ein Beispiel: Die Sicherheitseinhausung der Rollentrommel zur Unterfolienabwicklung, die der Thermoform-Anlage das Material zuführt, muss als bewegte Einheit ebenso abgesichert werden. Dafür haben die GEA-Konstrukteure
eine Schiebetür vorgesehen, die hier allerdings der Rollenkontur folgt und über eine gebogene Linearführung aus dem
Drylin-W-Programm geöffnet und geschlossen wird
Spannsystem für Folien
Nicht nur beim Startpunkt der Folienabwicklung, auch im weiteren Verlauf der Folienverarbeitung hat GEA mehrere Weiterentwicklungen mithilfe von Igus-Komponenten verwirklicht.
Die dünnen Oberfolien werden mit einer definierten Bahnspannung abgerollt, denn sie müssen bei der Verarbeitung gereckt werden, dürfen aber nicht reißen. Ein von GEA entwickelter Torquemotor bewegt die bis zu 200 kg schwere Folienrolle, eine Regelung hält die Bahnspannung im gewünschten Bereich und muss die Abrollgeschwindigkeit auch an die kleiner werdende Rolle anpassen. Das Spannsystem – eine verstellbare Rolle – wird rezeptabhängig voreingestellt, die bislang übliche Tänzerrolle entfällt. Beim Folienwechsel fährt die Verstellung die Rolle aus dem Spannsystem. Diese lineare Verstellung wird automatisch über ein Lineargleitlager der Ausführung Drylin JUM vorgenommen, bei dem ein Tribokunststofflager aus leitfähigem Iglidur F2 eine elektrostatische Aufladung der Folie verhindert. Frank Sabato, Konstrukteur in der Produktentwicklung Horizontalverpackung: „Wir haben ein Gleitlager in die Gleitfläche integriert, die als Linearfolie ausgeführt ist. Das funktioniert in der Praxis sehr gut und ersetzt das Ableiten über ein Kupferband.“
Polymerkugellager an Umlenkrollen
Die Führungsrollen selbst werden mit den Xiros-Polymerkugellagern gelagert. Sabato: „Auch hier nutzen wir den Vorteil der elektrostatischen Ableitung. Wenn wir an dieser Stelle konventionelle Kugellager einsetzen, kann es zum Funkenüberschlag kommen.“ Einen weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Rolle in Drehung gesetzt wird: Da aufwendige Dichtungskonzepte beim Design der Polymerkugellager überflüssig sind, läuft die Rolle problemlos. Die Kombination von Polymergehäuse und Edelstahlkugeln gewährleistet einen schmiermittel- und wartungsfreien Betrieb und die FDA-Zulassung dokumentiert die Eignung für die Nahrungsmittelverpackung. Zudem kann GEA nun mit nur drei hygienisch geschlossenen, elektrisch leitfähigen und leichtgängigen Serienrollen alle Umlenkungen der Powerpak Plus realisieren.
Sensorik für Bahnkantenregulierung
Der Folienlauf muss nicht nur im Hinblick auf Abrollgeschwindigkeit und Spannung reguliert werden, sondern auch in der Längsrichtung. Jürgen Niesar: „Ein Sensor erfasst die Bahnkante und gibt der Steuerung eines Stellmotors in der Rollentrommel das Signal zum Nachregeln. Für den Anwender heißt das: Er kann verschiedenste Folienqualitäten verarbeiten. Dieser Vorteil wird von den Kunden, die unter hohem Kostendruck stehen, sehr gelobt.“ Technisch wird die Bahnkantenverstellung wiederum mit dem Igus-Antriebsbaukasten gelöst: Ein DC-Motor treibt eine Drylin-Trapezgewindespindel an, die Mutter aus Iglidur-Tribokunststoff verschiebt die Rolle axial.
Anwender, die zur Powerpak-Plus-Maschine auch das Etikettiermodul Tirolabel bestellen, erhalten neben weiteren Linearführungen aus Kunststoff außerdem eine Igus-Energiekette. Diese übernimmt die Energie- und Signalzuführung des Etikettenspenders.
Gleitlager für Hubstationen
Ein für die Thermoformanlagen sehr wichtiger Bewegungsablauf wurde schon bei der Vorgängergeneration der Powerpak Plus mit Gleitlagern von Igus dargestellt. Die schweren Werkzeuge der Tiefzieh- und Siegelstationen, in denen die Unterfolie unter Einwirkungen von Druck und Wärme ihre Form erhält, müssen in vertikaler Richtung beweglich sein. Dies gewährleisten Hubstationen mit Linearhub- und Kniehebelsystemen. Ihre Achsen werden in Iglidur-Gleitlagern geführt, wobei je nach Anwendung zwei verschiedene Polymerwerkstoffe – Iglidur J und Iglidur Z – zum Einsatz kommen und hohe Kräfte aufnehmen. Für die Linearhübe werden Drylin-Linearfolien und Linearclipslager der Serie Iglidur JUCM verbaut.
Igus GmbH, Köln
Autor: Lars Braun
Leiter Branchenmanagement Verpackungstechnik,
Igus
