Wie viele Getränkemaschinenhersteller setzt die Krones AG beim Abfüllen von PET-Flaschen auf moderne Blockanlagen. Diese bestehen aus wenigen Funktionsmodulen und benötigen im Vergleich zu traditionellen Anlagen- konzepten weniger Stellplatz. Damit sich die einzelnen Anlagenkomponenten nicht gegenseitig beeinflussen und den Gesamtwirkungsgrad verschlechtern, hat das Neutraublinger Unternehmen einige konstruktive Raffinessen erdacht, bei denen Kunststoffgleitlager eine „tragende“ Rolle spielen.
Dipl.-Ing. (FH) Lars Braun
PET-Anlagen von Krones transportieren die Flaschen nach dem Prinzip des Neckhandlings; schaltbare Klammern greifen die Flaschen wechselseitig unterhalb des Verschlussgewindes. Um die dabei entstehende starre mechanische Verbindung zwischen den Anlagenblöcken bei Bedarf trennen zu können, kommen intelligente und flexible Schnittstellen zum Einsatz. Zusammen mit dem dynamischen Puffersystem Acculink entsteht ein Gesamtsystem, bei dem das Störverhalten einzelner Maschinen kompensiert wird. Der von Krones entwickelte Rückziehstern erfüllt diese Schnittstellenfunktion und verbindet den Acculink mit dem aseptischen Füllerblock.
Da der Rückziehstern innerhalb des keimfreien Füllers arbeitet, gelten hohe aseptische und hygienische Anforderungen. Nur besonders gestaltete Funktionselemente verkraften zudem die rauen Umgebungsbedingungen:
- Luftfeuchtigkeit zwischen 90 und 100 %
- Temperaturen bis 95 °C
- aggressive Reinigungsmittel (eine Kombination aus niedrig konzentrierten Säuren und Laugen, beispielsweise Natronlauge mit Salpetersäure, Phosphorsäure und Peressigsäure)
- Heißdampf und -wasser
Die bislang bei einfachen Schiebersternen verbauten konventionellen Linearführungen und Kurvenrollen konnten den Anspruch einer hygienegerechten Gestaltung nur unzureichend erfüllen. Sie erwiesen sich als korrosionsanfällig, schlecht zu reinigen und stellten wegen der bauartbedingten Verwendung von Schmierstoffen ein Hygienerisiko dar. Diese Faktoren führten dazu, dass die Maschinenelemente alle vier bis sechs Wochen komplett ausgetauscht werden mussten. Für Tino Sickert, Entwicklungsingenieur bei Krones, war das Ersetzen der Linearführungen daher Bestandteil der Konstruktionsaufgabe, als er sich an die Entwicklung des Rückziehsterns machte: „Wir haben nach einer Lösung gesucht, die unter den schwierigen Umgebungsbedingungen die Linearbewegung dauerhaft sowie zuverlässig überträgt. Außerdem sollte sie ohne Schmierstoffe auskommen und sich gut reinigen lassen.“
Enthält 148 Kunststofflager
Der jetzt von Krones hergestellte Rückziehstern kommt anstelle von Kunststofflagern ohne stählerne Linearführungen und Kurvenrollen aus. Er besteht aus dem Sternoberteil, den verschiebbaren Klammerträgern, der Entkopplungseinheit, der Übergabe und der Basis. Insgesamt werden 148 Kunststofflager verbaut, wobei sich vier in der Hauptlagerung des Schlittens befinden, der Rest im Klammerträger.
Bei der Auswahl der Kunststofflager fiel die Wahl auf die schmiermittelfreien Gleitlager des Kölner Lagerspezialisten igus. Neben iglidur-J-Lagern, prädestiniert für die Getränkeindustrie, versehen auch hochtemperaturbeständige iglidur-X-Gleitlager ihren Dienst im Rückziehstern. Erstere empfehlen sich für alle Standardanwendungen bis 80 °C, für den direkten Nassbereich bzw. unter Wasser. Sie sind gefragt, wenn sehr niedrige Reibwerte nötig sind, niedrige Druckbelastungen herrschen und bei hohen Geschwindigkeiten sowie hoher Verschleißfestigkeit. iglidur X wiederum verkraftet höchste Chemikalienbelastung in Kombination mit Temperaturen bis zu +250 °C. Generell bieten iglidur-Gleitlager eine geringe Wärmerelaxierung, hohe Druckfestigkeit und Maßgenauigkeit bei guter Wärmeableitung und sehr geringer Kriechneigung. Darüber hinaus sind sie wartungsfrei, gewährleisten eine hohe mechanische Dämpfung und erweisen sich unempfindlich gegen viele Chemikalien, die in der Getränkeindustrie verwendet werden. Spezielle, exakt abgestimmte Verstärkungs- und Festschmierstoffe lassen die Polymere hohe Lasten verkraften, sorgen für niedrige Reibwerte sowie eine langfristige hohe Verschleißfestigkeit. Die Maschinenelemente von igus eignen sich für rotierende, oszillierende sowie lineare Bewegungen und sind dabei prädestiniert für Anwendungen mit hohen Lasten und niedrigen Gleitgeschwindigkeiten.
Im Falle des Krones-Rückziehsterns finden sich drei iglidur-J-Produkte im Klammerträger. Die beiden oberen Gleitbuchsen bilden dabei das Festlager; die untere Gleitbuchse, die Drehmomentstütze, fungiert als Loslager. Pro Umdrehung des Entkopplungssterns müssen die Lager eine Wegstrecke von rund 100 mm zurücklegen, was – auf die Lebensdauer bezogen – einer Gesamtlaufleistung von 2900 km entspricht. Dabei treten Beschleunigungen bis zu 1,35g auf und Geschwindigkeiten von 170 mm/s.
Auch bei der Kurvenrolle vertrauen die Krones-Entwickler auf iglidur-J-Flanschbuchsen. Sie gewährleisten das saubere und gleichmäßige Abrollen der Kunststoffkurvenrolle auf der Kurvenbahn. Die radialen Kräfte der Kurvenrolle werden zuverlässig und reibungsarm auf den Klam- merträger übertragen. Der Drehriegel wiederum lagert in einer iglidur-X-Kunststoffbuchse. Er sorgt mit seiner Abwälzbewegung am Steuernocken für exaktes und stellungsgerechtes Öffnen und Schließen der Klammer.
Der Schlitten ist wie das Klammerträgergehäuse ebenfalls mit weichen Edelstahlrundführungen ausgestattet. Bei Bedarf, zum Beispiel in Notstoppsituationen, muss der Schlitten innerhalb von 180 ms die Schaltbewegung absolvieren. Das erfordert eine zuverlässige und stick-slip-freie Gleitbewegung, da das Gesamtsystem auf 2,45g beschleunigt wird und auf der kurzen Wegstrecke von 40 mm eine Geschwindigkeit von 0,44 m/s erreicht. Die Druckfedern, die die Klammerträger auf dem Teilkreis halten, sind einseitig mit einer iglidur-J-Kunststoffgleitbuchse geführt. Sie zentrieren die Druckfedern zum Klammerträger und verhindern mechanische Beschädigungen der hochpolierten Rundführungsoberfläche.
Deutliche Kosteneinsparungen
Zusätzlich zu den technischen Vorteilen konnte Krones mit den igus-Lagern die Kosten für den Rückziehstern reduzieren. Tino Sickert verdeutlicht die Einsparungen am liebsten an einem konkreten Beispiel: „Bei dem ähnlich gearteten Schieberstern wurden herkömmliche Linearführungen eingesetzt. Durch die kurzen Reinigungszyklen und die aggressiven Reinigungsmittel wurden allmählich die Schmierstoffe herausgespült, und die Führungen liefen zunehmend trocken. Wir mussten sie alle drei Wochen komplett austauschen – und das bei einem Stückpreis von rund 50 Euro und Materialkosten von 1200 Euro pro Austausch. Der Einkaufspreis einer Gleitlagerbuchse beträgt nur einen Bruchteil – wir sparen hier bereits Kosten von etwa 90 %. Seitdem wir den Schieber- durch einen Rückziehstern ersetzt haben – das war im Oktober 2006, gab es außerdem keinerlei Störungen oder Produktionsausfälle durch den Rückziehstern. Auch das routinemäßige Austauschen der Gleitlager war bisher nicht notwendig.“
Halle 17, Stand J14
dei 436
Weitere Informationen zu den iglidur-Produkten
Krones AG
Brau Beviale 2008
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