Happy Hour bei Getränkeabfüllern

Mechatronik

Gleitlager – In der Getränkeindustrie ersetzen tribologisch optimierte Kunststoffgleitlager verstärkt konventionelle Linearführungen und machen so den Abfüllprozess von PET-Flaschen deutlich wirtschaftlicher.

24. Februar 2009

Wie viele andere Getränkeabfüllmaschinenhersteller setzt auch Krones beim Abfüllen von PET-Flaschen auf moderne Blockanlagen. Diese Anlagen bestehen aus wenigen Funktionsmodulen mit mechatronischem Entwicklungsschwerpunkt und benötigen im Vergleich zu traditionellen Anlagenkonzepten weniger Stellplatz. Damit sich die einzelnen Anlagenkomponenten nicht gegenseitig negativ beeinflussen und den Gesamtwirkungsgrad verschlechtern, hat das Neutraublinger Unternehmen einige konstruktive Raffinessen erdacht, bei denen Kunststoffgleitlager eine tragende Rolle übernehmen. Diese garantieren die geforderten mechanischen Eigenschaften, erfüllen alle Hygienevorschriften und sparen zudem jede Menge Kosten. PET-Anlagen von Krones transportieren die Flaschen nach dem Neckhandling-Prinzip; 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, bei dem die Mechatronik eine wichtige Rolle spielt, erfüllt diese Schnittstellenfunktion und verbindet den Acculink mit dem aseptischen Füllerblock.

Herzstück Rückziehstern

Da der Rückziehstern innerhalb des keimfreien Füllers arbeitet, gelten hohe hygienische Anforderungen. Nur besonders gestaltete Funktionselemente verkraften konstant feuchte und chemisch-aggressive Umgebungsbedingungen wie Luftfeuchtigkeit zwischen 90 und 100 Prozent, Temperaturen bis 95 Grad Celsius, aggressive Reinigungsmittel – eine Kombination aus niedrig konzentrierten Säuren und Laugen sowie 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 ein Ersatz für die 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.«

Schmierfreie Gleitlager

Krones Rückziehstern kommt zugunsten von Kunststofflagern ohne stählerne Linearführungen und Kurvenrollen aus. Er besteht aus dem Sternoberteil, verschiebbaren Klammerträgern, der Entkopplungseinheit, der Übergabe und der Basis. Insgesamt wurden 148 Kunststofflager verbaut, wobei sich vier in der Hauptlagerung des Schlittens finden und der Rest im Klammerträger.

Bei den Kunststofflagern fiel die Wahl auf die schmiermittelfreien Gleitlager von Igus. Im Rückziehstern von Krones versehen neben Iglidur J-Lagern, prädestiniert für die Getränkeindustrie, auch hochtemperaturbeständige Iglidur X-Gleitlager ihren Dienst. Erstere empfehlen sich für Standardanwendungen bis 80 Grad Celsius, für den direkten Nassbereich beziehungsweise Unterwassereinsatz. Sie sind gefragt, wenn 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 250 Grad Celsius. Spezielle, exakt abgestimmte Verstärkungs- und Festschmierstoffe lassen die Polymere hohe Lasten verkraften, sorgen für niedrige Reibwerte sowie eine langfristige hohe Verschleißfestigkeit. Maschinenelemente von Igus eignen sich für rotierende, oszillierende sowie lineare Bewegungen und sind prädestiniert für Anwendungen mit hohen Lasten und niedrigen Gleitgeschwindigkeiten.

Abnutzung? Fehlanzeige!

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 Millimeter zurücklegen, was einer Gesamtlaufleistung von 2.900 Kilometern entspricht. Dabei treten Beschleunigungen bis zu 1,35 g auf und Geschwindigkeiten von 170 Millimeter pro Sekunde. 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 Klammerträger 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 Millisekunden die Schaltbewegung absolvieren. Das erfordert eine zuverlässige und stick-slip-freie Gleitbewegung, da das Gesamtsystem auf 2,45 g beschleunigt wird und auf der kurzen Wegstrecke von 40 Millimetern eine Geschwindigkeit von 0,44 Meter pro Sekunde 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.

Metall ersetzen

Zusätzlich zu den technischen Vorteilen konnte Krones mit den Igus Lagern die Kosten im 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 1.200 Euro pro Austausch. Der Einkaufspreis einer Gleitlagerbuchse beträgt nur einen Bruchteil – wir sparen hier bereits Kosten von etwa 90 Prozent. Seitdem wir den Schieber- durch einen Rückziehstern ersetzt haben – das war im Oktober 2006 – gab es keinerlei Störungen oder Produktionsausfälle durch den Rückziehstern. Auch das routinemäßige Austauschen der Gleitlager war bisher nicht notwendig.«

Langfristige Zusammenarbeit

Die Unternehmen Krones und Igus arbeiten schon länger erfolgreich miteinander zusammen. Erfüllen doch die schmiermittelfreien und wirtschaftlichen Gleitlager bestens die Anforderungen des Getränkemaschinenbauers, etwa Materialbeständigkeit und -verträglichkeit sowie Langlebigkeit. Sickert: »Und findet sich nicht das passende Produkt im Standardsortiment, geht Igus auch auf den einen oder anderen Sonderwunsch ein.« Weitere Informationen unter www.igus.de/mechatronik.

Lars Braun, Igus/csc

FAKTEN

- Die Geschichte von Igus beginnt im Jahre 1964 in einer Doppelgarage in Köln-Mülheim. In den ersten 20 Jahren arbeitet Igus als Zulieferbetrieb für schwierige technische Kunststoffteile.

- 1983 beginnt die Konzentration auf eigene Produkte, Energieführungsketten und Gleitlager. Bis 2009 wächst Igus von 40 auf heute rund 1.800 Mitarbeiter in 26 Niederlassungen weltweit.

Erschienen in Ausgabe: 01/2009