Für einen Beobachter ist es nicht einfach, die einzelnen Prozessschritte einer PET-Flaschen-Abfülllinie von KHS nachzuvollziehen. Der Grund ist die extrem hohe Geschwindigkeit. Eine solche Linie kann bis zu 82 000 Flaschen pro Stunde abfüllen und verschließen. Das sind 1367 Flaschen pro Minute und 22,8 pro Sekunde. Beim Verschließen werden die befüllten Flaschen tangential auf eine karussellförmige Station mit bis zu 36 Einheiten der Ausführung Servo 2 geführt. In jeder Einheit wird ein Verschluss aufgesetzt und zugedreht. Dabei bewegen sich die Verschließer jeweils synchron mit der Flasche, um das hohe Tempo erreichen zu können. Uwe Wolf, Gruppenleiter Konstruktion Formteile, Vortisch und Verschließer bei KHS in Bad Kreuznach: „Durch diesen Bewegungsablauf sind die Anlagen sehr viel leistungsstärker als eine lineare Abfüllanlage je sein könnte.“ Aus dem hohen Tempo ergibt sich auch eine hohe Beanspruchung. In der höchsten Ausbaustufe mit 36 Verschließeinheiten wird schon nach 12,35 Stunden die Millionenmarke an Zyklen überschritten. Jedes Element kann bis zu 2400 PET-Flaschen pro Stunde verschließen. Beim Aufsetzen des Verschlusses vollzieht die Einheit einen Hub von rund 80 mm.
Schritt für Schritt zur Lösung
Bei der Auswahl der Lagerung für die Edelstahlwellen der Hubelemente des Verschließers wäre eine Standardgleitlagerbuchse eine durchaus gute Lösung gewesen, die in der gesamten Getränke- und Lebensmitteltechnik üblich ist: Man benötigt keine externen Schmierstoffe, die Lagerung ist hygienegerecht und langlebig, die Materialpaarung Edelstahl und Tribo-Kunststoff weist sehr gute Gleiteigenschaften auf und die Lager können problemlos mit Wasser sowie unterschiedlichen Reinigungsmitteln beaufschlagt werden.
KHS hat sich aber ganz bewusst für eine andere Lösung entschieden. Uwe Wolf: „Das Verschließen und ganz generell der Abfüllprozess ist ein mikrobiologisch sensibler Bereich. Es dürfen unter keinen Umständen Keime eingetragen werden. Die innen glatte Oberfläche der Standardgleitlager ist unter diesen Bedingungen nicht ideal. Unser Wunsch war ein Lager, das man vollständig durchspülen kann.“ Dieser Wunsch wurde erfüllt – mit einer Igus-Gleitfolie vom Typ Drylin JUM-01–30 aus dem Standardmaterial Iglidur J mit inkorporiertem Schmierstoff. Da diese Linearfolie im Innendurchmesser mit längs verlaufenden Stegen versehen ist, lässt sich die Lauffläche gut durchspülen. Die KHS-Konstrukteure fanden diese Lösung zwar schon gut, sahen aber noch weiteres Verbesserungspotenzial. Uwe Wolf: „Die Lager ließen sich zwar gut durchspülen, aber die vertikalen Nuten oder Ausnehmungen führten dazu, dass nach dem Spülen Laufspuren an den Wellen sichtbar waren. Das ist zwar eher ein optisches Problem. Aber unsere Komponenten müssen auch optisch sauber sein, denn bei jeder vermeintlichen Verunreinigung kann es sich um einen Schmutzeintrag handeln.“
Daher war ein weiterer Schritt erforderlich, den KHS und Igus gemeinsam realisierten. Viktor Siemens, Konstrukteur bei KHS und Spezialist für Verschließeinheiten: „Innen, an der Gleitfläche zum Lager, ist die Nut gewendelt, das heißt spiralförmig ausgeführt. So wird in der Bewegung eine komplette Überdeckung erreicht und Schlierenbildung vermieden. Auf der Außenseite ist die Folie mit Noppen versehen, um Abstand zum Lagergehäuse zu halten. Auch auf dieser Seite kann man daher jetzt durchspülen.“
Tests mit gezielter Verkeimung
Vor der Markteinführung der Lager hat KHS Versuche mit gezielter Be- und Entkeimung durchgeführt. Viktor Siemens: „Solche Tests führen wir häufiger durch, insbesondere beim Vergleich verschiedener Komponenten und Konstruktionen. Wir bringen Keime auf und messen, wie hoch ihr Anteil nach dem Spülen ist. Das ist aufwendig, aber sinnvoll: Die Hygiene hat für uns höchste Priorität. Wir konnten den Nachweis erbringen, dass diese Lösung sehr hohe Hygieneanforderungen erfüllt.“ Die Lager gingen in Serie, nachdem Igus die entsprechenden Spritzwerkzeuge gebaut hatte.
Lange Lebensdauer gewährleistet
Der hohe Hygienestandard muss nicht durch Einschränkungen bei der Lebensdauer „erkauft“ werden. Uwe Wolf: „Wir empfehlen einen Lagertausch frühestens nach 7000 Stunden.“ Bei 2400 Verschließvorgängen pro Stunde und einem Hub von 80 mm entspricht das 2880 km in Acht-Zentimeter-Schritten: eine mehr als beachtliche Leistung für ein kompaktes Gleitlager auf einer Edelstahlwelle ohne externe Schmierung und bei häufigen gründlichen Reinigungsvorgängen. Viktor Siemens: „In der Praxis werden die spülbaren Lager nach unserer Kenntnis meist erst später getauscht. Bislang sind wir mit diesen Lagern sehr zufrieden.“
Engineering-Aufwand zahlt sich aus
Damit kann man festhalten: Der Engineering-Aufwand und das Bemühen um kontinuierliche Verbesserung zahlen sich aus – für den Hersteller und den Anwender der Maschine. Auch die gemeinsame Entwicklung eines Sonderlagers als firmenspezifischer Standard kann zielführend sein. Für den Anlagenbauer KHS ist diese Vorgehensweise typisch. Uwe Wolf: „Wir setzen viele Sonderteile in unseren Maschinen ein, weil wir den Anspruch haben, dass alle Zulieferteile, insbesondere die hoch beanspruchten Lager, optimal ihre Funktion erfüllen sollen – und das über eine sehr lange Laufzeit unserer Hochleistungsmaschinen. Und Igus unterstützt uns dabei.“
Igus GmbH, Köln
Halle 18, F20
Autor: Lars Braun
Leiter Branchenmanagement Verpackungstechnik,
Igus
