Planetengetriebe für anspruchsvolle Deltarobotik in den Handlingsmodulen des Verpackungsmaschinenherstellers Multivac

Bis zu 120 Pick & Place-Zyklen pro Minute leisten die Deltaroboter in den Handlingsmodulen des Verpackungsmaschinenherstellers Multivac. Verantwortlich für die hohe Dynamik sind die für Delta-Applikationen konzipierten Planetengetriebe DP+ von Wittenstein Alpha. Zudem erfüllen die kompakten Planetengetriebe in ihrer korrosionsbeständigen Ausführung in besonderem Maß die hohen Hygieneanforderungen, die das Einsatzumfeld der Lebensmittelverpackung erfordern.

„Washdown“-Prozesse – also das Reinigen mit Hoch- oder Niederdruck unter Verwendung von Reinigungs- und Desinfektionschemikalien – erfordern in Anlagen der Lebensmittelindustrie eine besondere Standfestigkeit der antriebs- und automatisierungstechnischen Komponenten. Die widerstandsfähigen und korrosionsbeständigen DP+ Planetengetriebe erfüllen nicht nur die strengen Hygieneanforderungen der Lebensmittelindustrie, sondern auch die hohen Leistungsanforderungen, die von Verpackungsmaschinenherstellern wie Multivac gestellt werden.

Effizient verpacken mit hoher Durchsatzleistung

Was 1961 mit dem Bau einer Vakuum-Kammermaschine in einer Garage begann, hat sich seitdem zu einem international tätigen Verpackungsmaschinenhersteller entwickelt, zu Multivac Sepp Haggenmüller mit Hauptsitz in Wolfertschwenden. Mit weltweit 5.200 Mitarbeitern in mehr als 80 Service- und Vertriebsgesellschaften entwickelt und fertigt die Unternehmensgruppe Verpackungslösungen – von Vakuum-Kammermaschinen für Metzgereien bis zu vollautomatischen, integrierten Verpackungslinien für Lebensmittel aller Art, Life Science- und Healthcare-Produkte sowie Industriegüter.

Zum Portfolio gehören auch Automatisierungslösungen für den kompletten Verpackungsprozess – vom automatischen Beladen des Produktes in die Verpackungsmaschine bis zur vollautomatischen Kartonbeladung und Palettierung. Um den speziellen Anforderungen der Lebensmittelindustrie gerecht zu werden, hat Multivac eigene Deltaroboter entwickelt und setzt diese bereits seit Jahren erfolgreich ein. Neben Genauigkeit ist auch Geschwindigkeit gefragt: Je nach Produktgewicht und Pickwegen erreicht z. B. das Handlingsmodul H 244 eine Taktleistung von bis zu 120 Pick & Place-Zyklen pro Minute.
„Da unsere Anlagen zu einem überwiegenden Teil zum Verpacken von Fleisch- und Wurstwaren, Molkereiprodukten, Pharmazeutika und medizinischen Sterilgütern eingesetzt werden, müssen die Handlingsmodule nicht nur flexibel und hochdynamisch, sondern auch hygienegerecht ausgeführt werden“, sagt Kurt Waizenegger von der Konstruktion & Entwicklung des Geschäftsbereiches Systeme bei Multivac.
„Dies gilt auch für die wenigen Komponenten, die wir trotz unserer hohen Fertigungstiefe von außen beziehen, z. B. die Getriebe in den Deltarobotern.“ Wittenstein Alpha hat die korrosionsbeständigen DP+ Planetengetriebe zusammen mit Multivac speziell auf die hohen Leistungs- und Hygieneanforderungen weiterentwickelt.

Durchgängiges hygienegerechtes Design

Wie konsequent hygienegerecht Multivac die Handlingsmodule konzipiert hat, zeigt bereits deren Portalausführung. Dabei handelt es sich um eine fachwerkartige, verschweißte Edelstahlkonstruktion mit schrägen Flächen, auf denen sich kein Wasser sammeln kann. Das FDA-konforme Rahmenprofil ist für die Nassreinigung gut zugänglich und vermeidet Hinterschneidungen, innere Ecken, Spalten oder Toträume, in denen sich Schmutz ablagern könnte. Entsprechendes gilt für den integrierten Deltaroboter. Auch sein Design gewährleistet eine einfache Reinigbarkeit.
Im oberen Bereich der Portalkonstruktion sind die Antriebe für die Roboter-Achsen gelagert. Jeder Motor ist mit einem Getriebe von Wittenstein Alpha in horizontaler Einbaulage montiert. Am Abtriebsflansch ist jeweils ein Roboter-Oberarm verschraubt, an dem sich ein gelenkiger und antriebsloser Unterarm befindet. Die koordinierte Ansteuerung aller Antriebe sorgt für die schnelle und präzise Bewegung des Greifers in XYZ-Richtung. Was die hygienegerechte Auslegung im Bereich der Achsantriebe betrifft, hat sich Multivac für ein offenes Anlagenkonzept entschieden. „Das Kapseln der kompletten Antriebseinheit hat aus unserer Sicht so seine Tücken“, erläutert Kurt Waizenegger. „Eine 100 %ige Dichtigkeit ist nicht gewährleistet. Die Bildung von Kondensat wie auch der Stau von Wärme in der Kapselung kann zu thermischen Problemen für die Elektronik führen. Wir haben uns daher entschieden, dass die Hygieneanforderungen direkt von den Komponenten zu erfüllen sind.“

DP+ für Deltaroboter

Das speziell für Delta-Applikationen konzipierte Planetengetriebe ist in vier Baugrößen verfügbar und deckt den Übersetzungsbereich von i=16-55 ab. Im Bereich der Delta-Robotik gibt es viele verschiedene Applikationsbereiche mit unterschiedlichsten Anforderungen an Dynamik und Reinigbarkeit. Welche Version zum Einsatz kommt, hängt u. a. von den erforderlichen bzw. optimierten Bewegungsprofilen (Pick & Place-Wegen) und den bewegten Massen ab. „Aus konstruktiver Sicht ist uns eine hohe Leistungsdichte, d. h. eine möglichst kleine Bauform in jeder Leistungsklasse wichtig, da wir dadurch weniger mechanischen Integrationsaufwand haben und Antriebe platzsparend und leicht zugänglich in den Portalrahmen integrieren können“, sagt Kurt Waizenegger.

Entwickelt wurde die Baureihe auch für unterschiedlichste Anforderungen an die Umgebungsbedingungen. Die Baureihe umfasst eine Ausführung für den Einsatz im Trockenbereich sowie eine Ausführung für Anwendungen mit strengen Hygiene- und damit Beständigkeitsanforderungen. Das spezielle Gehäusedesign schließt Schmutz- und Flüssigkeitsansammlungen aus. Die reinigungsfreundlichen, widerstandsfähigen Getriebeoberflächen sind lebensmittel- bzw. FDA-gerecht ausgeführt, säurebeständig sowie laugenresistent.
Selbstverständlich sind daher alle außenliegenden Bauteile wie der Abtrieb, die Verschraubung und die Verschlussschraube der Adapterplatte in Edelstahl ausgeführt, genauso wie die Adapterplatten selbst, die einen variablen Motoranbau gewährleisten. Durch den Einsatz eines lebensmittelverträglichen, nicht toxischen Hochleistungsgetriebeöls der Klasse UH1 6, sind die Getriebe wartungsfrei und lebensdauergeschmiert.

In gemeinsamer Arbeit haben Multivac und Wittenstein Alpha den Industriestandard der korrosionsbeständigen Getriebe weiterentwickelt.
„Im Wesentlichen ging es dabei um die Ausführung der Oberflächen“, erklärt Kurt Waizenegger. „Die Standard-Getriebe mit ihrer hygienegerechten Lackierung haben einerseits in unseren simulierten Fünf-Jahres-Dauertests zwar hervorragend abgeschnitten. Andererseits wollten wir aber sichergehen, dass weder bei der Montage noch später im Betrieb die Korrosionsbeständigkeit, z. B. durch ein Beschädigen oder Abplatzen des Lacks, beeinträchtigt wird.“

Aus diesen Gründen wurden für die DP+ Planetengetriebe je nach Einsatzgebiet unterschiedliche Ausführungen entwickelt. So wurden die besonderen Anforderungen von Multivac berücksichtigt und auch konstruktiv hat man sich an den Vorgaben einschlägiger Richtlinien (z. B. EHEDG) orientiert. Bei dem von Wittenstein Alpha eingesetzten Edelstahl handelt es sich um einen austenitischen, rostfreien Stahl. Besonders bei chloralkalischen Schaumreinigern, deren oxidative Komponente verstärkt auf Materialien einwirkt, hypochlorithaltigen Desinfektionsmitteln oder anderen chlorhaltigen Medien, wie sie zur Anlagenreinigung im Lebensmittelumfeld eingesetzt werden, erfüllt dieser Edelstahl erhöhte Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit.

Korrosionsbeständige Getriebe von Wittenstein Alpha ermöglichen eine gleichermaßen hochdynamische wie auch hygienische Automatisierung von Handlingsprozessen. Die DP+ Planetengetriebe bieten – wie bei Multivac – als Koaxialgetriebe mit Flanschabtrieb höchste Leistungsdichte bei Beachtung aller relevanten Hygieneanforderungen. Kundenspezifische Weiterentwicklungen werden auch künftig neue Handhabungslösungen für Verpackungsprozesse mit erhöhten Umfeldanforderungen ermöglichen.