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Genauigkeit auf Knopfdruck

Abfüllung viskoser Lebensmittel mit Volumetric Filling
Genauigkeit auf Knopfdruck

Die Servopneumatik ermöglicht präzises Positionieren bei hoher Zuverlässigkeit. Bisher haben Ingenieure geregelte Antriebslösungen entwickelt, deren Wurzeln stets auf motorisch betriebenen Übersetzungsmechaniken von der Dreh- zur Linearbewegung basierten. Mit dem Positioniercontroller SPC 200 für pneumatische Achsen steht nun eine zuverlässige, flexible und zugleich Rüstzeiten reduzierende Alternative zur Verfügung, deren Vorteile u. a. beim Einsatz in Abfüllmaschinen zum Tragen kommen.

Das Abfüllen von Jogurt, Eiscreme, Senf, Spinat oder anderen zähflüssigen Lebensmitteln ist eine komplizierte Aufgabe. Um die korrekte Mindesteinwaage zu erreichen, füllen Abfüllautomaten immer ein paar Gramm zu viel in den Verpackungsbehälter ein. Soll ein Jogurtbecher beispielsweise 125 g enthalten, werden oft 128 g eingefüllt, um die Mindesteinwaage sicher zu gewährleisten. Dabei erfordert das Einstellen der Zylinder und Ventile über Drosseln und Anschläge an den Abfüllautomaten viel Fingerspitzengefühl. Ganz zu schweigen von der ordnungsgemäßen Einstellung der Einfüllgeschwindigkeit beim Befüllen eines Bechers. Dünnflüssiger Trinkjogurt fließt schließlich schneller als zähflüssiges Eis. Berücksichtigt man dieses unterschiedliche Fließverhalten nicht exakt, kommt es leicht zum Spritzen oder Kleckern und damit zu mangelhafter Qualität.

Das Fließverhalten hängt von verschiedenen Faktoren ab. Dazu zählen u. a. das Mischungsverhältnis der Zutaten, die Umgebungstemperatur und die Füllgeschwindigkeit. Jeder Füllkopf muss auf diese Randbedingungen optimal eingestellt sein.
Um den Füllvorgang schnell durchführen zu können, darf das Füllgut nicht schäumen oder spritzen. Dies erreicht man beispielsweise durch ein Nachführen der Fülllanze zum Füllstand beim Befüllen. Idealerweise gibt es dafür ein Geschwindigkeitsprofil. Justierarbeiten für alle diese Parameter nehmen also viel Zeit in Anspruch und potenzieren sich mit der Anzahl der Füllköpfe einer Maschine. Immer mehr Lebensmittelhersteller wünschen sich daher automatisierte Lösungen zum Abfüllen zähflüssiger Lebensmittel.
Rüstzeiten runter
Durch den Einsatz von Servopneumatik in Kombination mit dem Festo-Positioniercontroller SPC 200 sind diese Zeiten vorbei. Die Lösung zur Automatisierung von Abfüllanlagen verkürzt Rüstzeiten und ermöglicht die freie Programmierung des Füllvolumens in Abhängigkeit von der Größe des Dosierzylinders. Grundlage des Systems ist ein servopneumatischer Regelkreis. Die Servopneumatik als Alternative zu den bekannten pneumatischen oder elektrischen Antrieben ist die geschwindigkeits- und lagegeregelte Bewegung eines pneumatischen Zylinders. Sie ermöglicht genaues und dynamisches Positionieren. Derartige servopneumatische Systeme bestehen aus folgenden Komponenten: Pneumatikzylinder mit integriertem Wegmesssystem, Proportionalventil anstelle des Schaltventils und natürlich dem Positioniercontroller SPC 200.
Gerade beim Abfüllen von Jogurt, Eiscreme oder anderen zähflüssigen Lebensmitteln spielt die Servopneumatik ihre Stärken aus. Die Lebensmittel werden in einem Arbeitsgang dosiert und abgefüllt. Die Servopneumatik zeigt sich dabei flexibel: Mit ihr lassen sich die Volumina variabel programmieren, die Einfüllgeschwindigkeit ans Füllgut anpassen und die Fülllanze kontrolliert zum Füllstand bewegen – alles ist über Feldbus steuerbar.
Volumengenau wird das Füllgut in den vorgesehenen Becher gefüllt – ganz ohne Spritzen und Kleckern. Aus einem Vorratsbehälter wird das Lebensmittel in einen Messzylinder gezogen. Der Hub während der Rückwärtsbewegung bestimmt das gewünschte Volumen. Bei der Vorwärtsbewegung wird das Füllgut in den Becher gedrückt. Der Anwender legt die gewünschten Parameter (Volumen, Ansaug- und Füllgeschwindigkeit) in der Steuerung fest und lädt sie direkt in die Positioniersteuerung oder wählt sie über vorselektierte Parameterlisten aus. Durch den Einsatz der Servopneumatik wird die Volumensteuerung variabel und flexibel, fernsteuerbar und vollautomatisch.
Beim Abfüllen von viskosen Lebensmitteln hat die Servopneumatik auch einen Vorteil gegenüber einer Lösung mit rein elektrischen Antrieben. Sollte einmal etwas klemmen oder eine Düse verstopft sein – ein pneumatischer Antrieb ist von Haus aus überlastsicher. Auch die feuchtnassen Umgebungsbedingungen, wie sie beim Dosieren üblich sind, bringen die robusten pneumatischen Kolbenstangenantriebe nicht aus dem Takt. Deren Geschwindigkeiten sind bei Vor- und Rückhub mit 30 bis 1000 mm/s frei einstellbar. Typisch sind Zykluszeiten von rund 5 s pro Füllvorgang. Der Positioniercontroller SPC 200 kann bis zu vier Füllköpfe gleichzeitig bedienen. Durch Anpassen des Dämpfungsfaktors im Regler können unterschiedlich viskose Füllgüter optimal abgefüllt werden.
Halle 15, Stand F13
dei 402

Vielseitige Positioniersteuerung
Der modular aufgebaute Smart Positioning Controller SPC 200 kann bis zu vier Achsen steuern. Damit ist der Weg frei zum Achsen-Mix, d. h. zur jeweils optimalen Technologie mit einer Steuerung pro Anlage. Dazu stehen aus dem Festo-Positionierbaukasten die pneumatischen und elektrischen Achsen mit Spindel und Zahnriemen zur Verfügung. Die pneumatischen Antriebe für Greif-, Linear- und Schwenkbewegungen können mitsamt der Sensorik in das Positioniersystem über zentrale oder dezentrale Funktionsein- und -ausgänge integriert werden.
Die Steuerung der Peripherie ist von der Achstechnologie genauso unabhängig wie die jetzt realisierte Anschaltung an CAN open, Profibus DP und Interbus über je eine Einschubkarte in den SPC 200. Aber auch ohne Bus können übergeordnete Steuerbefehle über einen digitalen E/A-Einschub und einen Analogeinschub 0 bis 10 V eingespeist werden.
Der modular mit vier oder sechs Einschüben bestückbare Smart Positioning Controller SPC 200 bietet integrierte Steuerungsfunktionalität durch konsequente Dezentralisierung. Die Anwendungsfreundlichkeit kommt auch durch das Self tuning-Verhalten zum Ausdruck: Eine oft langwierige manuelle Parametrierung entfällt und der Anwender kann sich bei der Achsenauswahl auf die aufgabenspezifischen Anforderungen konzentrieren.
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