Linearmotoren für Füll-, Verschließ- und Verpackungsabläufe bei dem Schokoladenhersteller Chocolat Frey

Mit Linearmotoren lassen sich Füll-, Verschließ- und Verpackungsabläufe wesentlich dynamischer, präziser und insbesondere flexibler gestalten als mit Pneumatikzylindern. Seitdem die Chocolat Frey AG jüngst die Produktion ihrer stark nachgefragten Napolitains erweiterte, profitiert jetzt auch der größte Schweizer Schokoladenhersteller von den Vorteilen der fortschrittlichen Technik und stellt unterschiedlichste Sorten seiner kleinen Schokoladentäfelchen mit noch höherer Qualität, Prozesssicherheit und Produktivität her.

Wenn Manfred Leuenberger von der Chocolat Frey AG zu einer Besichtigung der jüngsten Produktionserweiterung seines Unternehmens einlädt, umschmeichelt den Besucher der Duft nach frischer Schokolade, kaum dass er den Zugang zu den Produktionshallen des Schweizer Traditionsunternehmens passiert hat, der in einen vollverglasten Gang mündet. Kein Wunder, schließlich führt die Passage durch den Bereich, in dem die Schokoladenrohmasse für die etwa 2.500 Produkte des Chocolatiers frisch zubereitet und für die Weiterverarbeitung in Tanks zwischengelagert wird, wie der Technischer Leiter im Bereich Confiserie erläutert. Doch bevor der Besucher den jüngsten Maschinenneuzugang – eine hochmoderne Anlage für die Produktion von kleinen Schokoladentäfelchen, den sogenannten Napolitains – in Augenschein nehmen kann, geht es in die Umkleide zum Anlegen der Hygienekleidung. Dann nur ein paar Treppen abwärts und schon steht der Besucher vor der neuen Anlage, die den Betrachter ebenso in ihren Bann zu ziehen vermag wie die auf ihr gefertigten Produkte.

Produktionskapazität für Napolitains verfünffacht

Der Startschuss für die neue Anlage fiel bereits 2013, als sich der große Erfolg der kleinen Schokoladentäfelchen abzeichnete und zwei bis heute genutzte ältere Linien, Baujahr 1988 bzw. 1990, mit der Produktion von leckeren Napolitains bereits vollständig ausgelastet waren. Das Lastenheft für die Gießanlage enthielt wegen der positiven Nachfrageentwicklung als zentrale Forderung eine deutlich höhere Ausstoßleistung als sie die bis dato vorhandenen Anlagen aufweisen. Während letztere jeweils maximal 400 kg gefüllte oder ungefüllte Napolitains pro Stunde produzieren können, sollte die neue Anlage in der gleichen Zeit bis zu zwei Tonnen, also etwa 6.000 Täfelchen, bewältigen. Diese Vorgaben hat der Maschinenbauer, der schon für die älteren Linien verantwortlich zeichnete, durch den Einsatz modernster Technik erfüllt. Eine zentrale Rolle spielt dabei ein Linearmotor von Linmot, dem die Aufgabe zukommt, die ca. 850 x 380 mm großen Kunststoffformen mit Aussparungen für 225 Täfelchen (25 x 9) in der Gießeinheit vom Transportband nach oben in Richtung der feststehenden Gießdüsen anzuheben.

Gießen ohne Einschlüsse oder Spritzer dank linearer Antriebstechnik

„Wenn die flüssige Schokolade durch das Gießsystem in die Form eingebracht wird, wird letztere angehoben, damit der Abstand zwischen Füllpegel und Gießdüsen möglichst gering ist“, erläutert Leuenberger. „So vermeiden wir Lufteinschlüsse oder Spritzer.“ Bei den älteren Linien übernimmt ein Pneumatikzylinder das Anheben der Formen. Doch schon der erste Blick auf diesen Vorgang offenbart eine Schwäche der mittels Druckluft betriebenen Arbeitszylinder: Die Bewegung ist ruckelig und beim Absenken fällt die Form ziemlich unsanft zurück auf die Transportschienen. Beim Linearmotor dagegen ist der komplette Bewegungsablauf trotz der geforderten höheren Dynamik der neuen Maschine sanfter und schont damit Mechanik und Produkt. Weniger ins Auge sticht ein weiterer Vorteil der elektrischen Direktantriebstechnik für den Endanwender, der aber nicht minder bedeutend ist: „Der Linearmotor erlaubt durch sein integriertes Messsystem eine wesentlich exaktere Positionierung der Form, sodass wir in jedem Moment genau wissen, wo sich die Form gerade befindet“, erklärt Manfred Leuenberger. Damit ist es möglich geworden, den optimalen Abstand zwischen Füllpegel und der Form mit einer Präzision im Zehntelmillimeterbereich jederzeit exakt einzuhalten.

Maßgeschneiderte Verfahrprofile schonen Produkt und Mechanik

Zudem lassen sich problemlos unterschiedliche Verfahrprofile realisieren, die genau auf die individuellen Anforderungen des Produkts bzw. des Füllprozesses angepasst sind. „Das ist mit Pneumatik nicht zu machen, ist aber insbesondere bei gefüllten Produkten ein echter Vorteil, da wir damit die optimale Verteilung der Schokoladenmasse in der Form unterstützen und die Prozesssicherheit erhöhen können, sowie mehr Freiheiten bei der Gestaltung des Herstellungsprozesses haben“, fügt der Technikspezialist der Chocolat Frey AG an. Die Möglichkeit zur individuellen Anpassung der Verfahrprofile kann darüber hinaus genutzt werden, um die Belastung für Produkte und Mechanik während des Produktionsprozesses minimal zu halten. Zudem ist es seit der Verwendung eines elektrischen Direktantriebs machbar, zwischen verschiedenen Profilen auf Knopfdruck hin und her zu schalten. Produktwechsel nehmen entsprechend weniger Zeit in Anspruch.

Leistungsstarker Linearmotor von Linmot

Die Konstrukteure der Gießmaschine haben sich hier für den Einsatz eines tubularen Linearmotors aus der Serie P10-70 von Linmot mit einem Hub von 90 mm entschieden: Einem Stator mit Encoder PS10-70x160U-BL-QJ und dem Läufer PL10-28x390/340 sowie passendem Montageflansch, der zugleich als Kühlkörper dient. Da der Motor außerhalb des Hygienebereichs montiert ist, weist er keine erhöhte Schutzklasse auf. Für anspruchsvollere Anwendungen hat Linmot aber auch Varianten in Inox- und ATEX-Ausführung im Programm. Die Entscheidung für die Serie P10-70 fiel bei dem Maschinenbauer aus gutem Grund. Die Motoren dieser Serie verfügen über eine Dreiphasenwicklung und sind die leistungsstärksten Motoren aus dem Linmot-Programm. Sie zeichnen sich durch Spitzenkräfte bis zu 2.500 N aus. Dank ihrer modularen Bauweise lassen sich Hübe zwischen 10 und 1.770 mm erreichen. Geschwindigkeiten von mehr als 5 m/s und Beschleunigungen von über 100 g sind Garant für sehr kurze Positionierzeiten und hohe Taktzahlen. Durch den Wegfall von spielbehafteten mechanischen Komponenten wie Getriebe oder Zahnstangen lassen sich Linearmotoren bei entsprechender Auflösung des Messsystems nicht nur beliebig genau positionieren, sondern sind auch wesentlich wartungsärmer als Pneumatikzylinder oder bürstenbehaftete Motoren. Anders als bei der Pneumatiklösung lässt die Kraft des Linearmotors auch nicht mit der Zeit nach, sodass Wartungsarbeiten nur noch in größeren Abständen nötig sind.

Optimal abgestimmte Regler-Motor-Kombination

Die Versorgung des Linearmotors übernimmt bei der Gießmaschine des Schweizer Chocolatiers ein Servoregler E1400 von Linmot mit direkter Netzeinspeisung (400 V). Linmot hat dafür gesorgt, dass die Motoren aber auch ebenso gut in Kombination mit diversen leistungsstarken Antrieben anderer Hersteller betrieben werden können. Der Maschinenbauer der Gießmaschine hat jedoch einen maßgeschneiderten E1400 mit integrierter Sercos-III-Schnittstelle zur Anbindung an den Motion Controller Indracontrol L65 mit konfigurierbarer Sercos III Schnittstelle von Bosch Rexroth bevorzugt. Die Bewegungssteuerung berechnet bei dieser Konstellation die einzelnen auf die Produkte bzw. Gießprozesse zugeschnittenen Verfahrprofile, sodass auf Knopfdruck und mit höchster Flexibilität auf die Anforderungen der unterschiedlichen Produkte eingegangen werden kann. Eine schonende Handhabung der delikaten Produkte durch sanfte Bewegungsabläufe ist so problemlos zu gewährleisten. Der Linmot-Regler bietet dabei dem Maschinenbauer große Freiheit bei der Wahl des Steuerungsherstellers, da Varianten des E1400 für andere verbreitete Industriebusse wie Ethercat, Powerlink, Profinet, Profibus oder Ethernet/IP erhältlich sind.

Zuverlässig und effizient im Einsatz

„Nach über einem Jahr im Einsatz kann ich sagen, die Linearmotor-Lösung von Linmot hat sich bewährt“, konstatiert Leuenberger abschließend. Sichtlich beeindruckt von den Möglichkeiten der Direktantriebstechnik sieht der Technische Leiter Confiserie von Chocolat Frey eine positive Zukunft für die Linearmotoren von Linmot in seinem Betrieb voraus: „Es gibt noch einige Anwendungen, z.B. im Abfüllbereich für fertig verpackte Produkte, bei denen es Sinn macht, die bisher üblichen Pneumatikzylinder durch Linearmotoren zu ersetzen.“