Hygienischer und verlustarmer Schnitt mit Ultraschall bei laufender Förderung von Torten, Backwaren und mehr

Das maschinelle Schneiden, Portionieren und Sortieren von Lebensmitteln oder pharmazeutischen Erzeugnissen unterliegt hohen hygienischen Auflagen. Prozessnah eingesetzte Maschinenteile dürfen keinen Haftgrund für Keime und Bakterien bieten. Beim Verfahren der Schneid- oder Greifwerkzeuge muss ausgeschlossen werden, dass durch Abrieb verursachte Partikel-Einträge die Produkte verunreinigen. Auf diese Anforderungen zugeschnitten ist ein neues, von Bahr Modultechnik entwickeltes Portalsystem, das sich optimal für den Einsatz in industriellen Schneidemaschinen eignet.

Maschinelle Schneidverfahren sorgen nicht nur für einen sauberen Schnitt, sondern teilen das Schneidgut zugleich schnell und verlustarm in gleichgroße Stücke auf. Damit die Schneidvorgänge unter kontrolliert hygienischen Bedingungen ablaufen, müssen die prozessnahen Maschinen- und Anlageteile aus einfach zu reinigenden, kratz- und abriebfesten Materialien gefertigt sein. Insbesondere bei Back- und Süßwaren, Käse, Rohteigen oder Tiefkühlwaren weist das Ultraschall-Schneiden gegenüber anderen Schneidmethoden mit Schneidstanzen oder Guillotinen Vorteile auf.

Schneiden mit Ultraschall

Bei diesem Verfahren werden spezielle Schneidsonotroden mit Ultraschallfrequenzen von 20 bis 40 kHz angeregt, um das Schneidmesser in mechanische Schwingungen zu versetzen. Aufgrund der hohen Schwingungsfrequenz kann die Klinge ohne Druck in schnellem Tempo durch das Material geführt werden. Weil die vibrierende Klinge das Material eher verdrängt statt es zu schneiden, fällt praktisch kein durch Schnittbreite oder Anhaftungen bedingter Ausschuss an. Im Ergebnis entstehen glatte Flächen, da die geringen Schneidkräfte kaum Verformungen verursachen und das Produkt keinen Wärmebelastungen ausgesetzt ist. „Wegen der steigenden Hygieneanforderungen gewinnt die rückstandsfreie und einfache Reinigung der Maschinen erheblich an Bedeutung“, erklärt Holger Witkowski, Technischer Geschäftsführer der Döinghaus cutting & more GmbH, eines markt- und technologieführenden Herstellers von Schneidlösungen mit Ultraschall. Beim Ultraschallverfahren vermindert die selbstreinigende Messerschwingung bleibende Materialanhaftungen. Durch den niedrigen Verschmutzungsgrad sinkt der Reinigungs- und Wartungsbedarf der Schneidemaschine, wodurch sich die Lebensdauer der Anlage erhöht.

Mitlaufende Einschnitte

Für die optimale Auslegung von Schneidemaschinen spielen Produktkonsistenz und erforderliche Schneidleistung eine entscheidende Rolle. „Da Produkteigenschaften wie Temperatur, Materialdichte und das Mischungsverhältnis der verschiedenen Zutaten den Schneidprozess maßgeblich beeinflussen, müssen alle mechanischen Bauteile und ihre Anordnung präzise darauf abgestimmt sein. Produktabhängig lassen sich dann mit einem professionell ausgelegten Schneidwerk problemlos auch Schneidgeschwindigkeiten von unter einer Sekunde erzielen“, betont Witkowski. Insbesondere für sogenannte mitlaufende Anwendungen, bei denen das Produkt mit einer konstanten oder variablen Geschwindigkeit durch den Schneidraum bewegt wird, setzt Döinghaus Portalsysteme zur Positionierung des Schneidwerks ein. „Gegenüber Mehrachsen-Robotern sind Portalsysteme bei hoch dynamischen Prozessen klar im Vorteil, weil sie über eine hohe Eigensteifigkeit verfügen und sich exakt den zu bewegenden Lasten, Beschleunigungen und Mitfahrstrecken anpassen lassen. Dabei koppelt sich das Portalsystem über Kurvenscheiben-Funktionen oder die speziell entwickelte „Fliegende-Säge“-Funktion auf die Produktgeschwindigkeit ein. So kann das Produkt während des laufenden Förderprozesses geschnitten werden und muss nicht eigens angehalten werden“, ergänzt Witkowski.

Hygiene: Mechanik auf Abstand

Auf Anregung von Döinghaus hat Bahr Modultechnik ein Portalsystem entwickelt, dessen spezielle Konstruktion die technischen und hygienischen Anforderungen zu wirtschaftlichen Konditionen vollständig erfüllt. „Die besondere Herausforderung bestand darin, den Anteil an Positioniertechnik in Produktnähe zu minimieren, ohne die Stabilität, Laufruhe und Lastaufnahme zu beeinträchtigen. Deshalb haben wir die Achsanordnung so gewählt, dass sich Motor, Energieketten und zwei der drei Achsen komplett außerhalb des eigentlichen Arbeitsraums befinden. In die Schneidkabine reicht also lediglich die Y-Achse hinein, auf der das Werkzeug und dessen Motor verfahren werden“, erklärt Dirk Bahr, Konstruktionsleiter von Bahr Modultechnik. Trotz langer Hebelarme und hoher Momente hat sich unsere Konstruktion als sehr stabil erwiesen. Sie hält auch untypischen Belastungen sicher stand, die beispielsweise durch unsachgemäßes Abstützen oder sich verfangende Arbeitskleidung auftreten.“ Zwei parallel angeordnete Positioniereinheiten der Baureihe LSZ 60 bilden die Vorschubachse der Schneidvorrichtung. Ihre Führungsschlitten werden über innen umlaufende Zahnriemen verfahren. Zur Aufnahme höherer Momente hat Bahr Modultechnik für die X-Achse eine mechanische Lineareinheit der Baureihe DSM 160 mit zwei innenliegenden Schienenführungen und abgedecktem Führungsprofil eingesetzt. Die von einem integrierten Linearmotor angetriebene Achse erreicht Verfahrgeschwindigkeiten bis 8 m/s bei einer Wiederholgenauigkeit von ±0,1 mm. Im Portalaufbau noch weiter zurückversetzt ist die platzsparend konstruierte Z-Achse, deren innenliegender Zahnriemenantrieb über ein Planetengetriebe gelagert ist und Verfahrgeschwindigkeiten bis 6 m/s mit einer Wiederholgenauigkeit von ±0,1 mm ermöglicht.

Hygienisch ummantelt

Um den hohen hygienischen Anforderungen in der Lebensmittelindustrie zu entsprechen, sind sämtliche Profilöffnungen der Achsen vom Arbeitsraum abgewandt. Zudem sorgt der reduzierte Achsenaufbau für einen längs- und frontseitig ungehinderten Zugang zum Arbeitsbereich, der die Reinigung und Wartung aller prozessnahen Komponenten erleichtert. Auch für das keim- und schmutzabweisende, kratz- und abriebfeste Oberflächendesign hat Bahr Modultechnik mit seiner patentierten Edelstahlummantelung eine ebenso überzeugende wie wirtschaftliche Lösung entwickelt. Da sich die Ummantelung von Positionierachsen aufgrund ihrer Geometrie schwierig gestaltet, sich jedoch Alternativen wie das Aufkleben von Edelstahlblechen als wenig haltbar erwiesen haben, setzt Bahr Modultechnik eine eigens für die Ummantelung konstruierte Maschine ein. Sie presst die Edelstahlbleche passgenau um die Profile. Dabei werden die Blechkanten um die Profilwandung des Schlittenführungsschlitzes gebogen und in Hinterschneidungen im Inneren des Profils mit zuverlässigem Festsitz eingerastet.

Fazit

Auf Basis seiner modularen Systematik konstruiert Bahr Modultechnik maßgeschneiderte Positioniersysteme in verschiedensten Abmessungen und großer Variabilität. Dank des flexiblen Systemaufbaus aus standardisierten Komponenten ist gewährleistet, dass sich die Systeme in alle Fertigungsstraßen integrieren lassen und sowohl beim flächendeckenden Einsatz als auch in Kleinserien und Sondermaschinen eine wirtschaftliche Lösung darstellen. „Wir unterhalten seit 2009 intensive Geschäftsbeziehungen mit Bahr Modultechnik. Neben dem guten Preis-Leistungs-Verhältnis sind für uns das Know-how und die Bereitschaft von Bahr ausschlaggebend, kundenspezifische Lösungen zu entwerfen, ohne dass gleich eine hohe Abnahmemenge erwartet wird. Beim neuen Portal passt die Kombination aus hygienischem Aufbau und reduzierter Achsenzahl genau für die Anwendung, die wir gegenwärtig mit einem Marktführer umsetzen“, resümiert Holger Witkowski von Döinghaus cutting & more.