Imagine Engineering plant mit Servomotoren von Wittenstein cyber motor

Verschrauben und Versiegeln von Verschlüssen in nur einem Arbeitsschritt und vollständig im Hygienebereich schafft der Induktions-Siegelverschrauber InduTwist von Imagine Engineering. Als kompakte und hochdynamische Antriebe kommen gehäuselose Servomotoren von Wittenstein cyber motor zum Einsatz.

Zwei Prozessschritte beim hermetischen, hygienegerechten Verschrauben und Siegeln beispielsweise von Sterilprodukten in nur einem Arbeitsgang zusammenzuführen – das war das Ziel des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) geförderten Projektvorhabens. „InduTwist vereint zwei Prozesswerkzeuge, eines für das Aufdrehen von Schraubverschlüssen auf die Verpackung und eines für das Induktionsversiegeln, in einem einzigen Arbeitsgang“, erklärt Dipl.-Ing Klaus Baltes, Geschäftsführer der auf hygienischen Maschinenbau spezialisierten Imagine Engineering GmbH in Bergheim. Und Dipl.-Ing. Katja Brodhun, ebenfalls Geschäftsführerin des Unternehmens, ergänzt: „Indem InduTwist die beiden Werkzeuge und Arbeitsschritte miteinander verbindet, kann das Erzeugen von Schmelze und Presskraft sicher ermittelt werden. Eine Prozesslösung, die bislang in dieser Form im Markt nicht verfügbar ist.“

Prozessoptimiert.

Produktbehälter mit Schraubverschlüssen dienen in der Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie zum hygienischen Verpacken von Produkten. Um einen vollständig hermetischen Verschluss insbesondere für Sterilprodukte zu gewährleisten, werden im Schraubverschluss Siegelfolien aus Aluminium mit Polymerbeschichtung eingesetzt. Diese Siegelfolien stellen einen Barriereschutz des Produkts vor Umgebungseinflüssen dar.

Bisher werden in aseptischen Abfüllanlagen unmittelbar nach der Produktabfüllung die Schraubverschlüsse mit integrierter Siegelfolie auf die befüllten Behälter aufgeschraubt und anschließend außerhalb der hygienischen Umgebung mit Hilfe eines Induktionssiegelsystems im Durchlauf geschweißt. Bei InduTwist, das die hygienischen Anforderungen einer aseptischen Abfüllanlage erfüllt, erfolgen das Aufbringen des Schraubverschlusses mit Siegelfolie und das Versiegeln erstmals in einem einzigen Prozessschritt. „Diese Vorgehensweise verhindert eine Rekontamination des Produkts und ermöglicht eine deutlich höhere Prozesssicherheit und Prozesskontrolle des Siegelvorgangs im Vergleich zu dem bisherigen Verfahren“, beschreibt Baltes wesentliche Vorteile des neuartigen Rotations-Siegelsystems.

Komplettes Antriebssystem aus einer Hand.

Für das neue System zum aseptischen und hermetischen Verschließen von Behältern für Lebensmittel-, Pharma- und Kosmetikprodukte war antriebsseitig eine platzsparende Einbaulösung erforderlich, wobei der gehäuselose Servomotor zugleich über einen großen Hohlwellendurchmesser verfügen musste, um den Induktionsschweißkopf hindurchführen zu können.

Mit einem kompakten gehäuselosen Servomotor aus der cyber kit line mit 85 mm Außendurchmesser, einem cyber-simco-drive-2-Servoregler mit Multi-Ethernet-Schnittstelle sowie einem Hutschienen-Netzteil der cyber-power-supply-Reihe hatten die Verantwortlichen bei Imagine Engineering und bei Wittenstein cyber motor die passende, mechatronische Antriebslösung für den innovativen Induktions-Siegelverschrauber gefunden.

Der gewählte gehäuselose Servomotor bietet zudem bis zu 8 Nm maximalen Drehmoment – und damit ausreichend Leistung, um die Verschlusskappen mit dem gewünschten Drehmoment von 3 Nm festzuziehen. Das Anzugsmoment für das Verschrauben ist durch die hohe Stromauflösung der cyber-simco-drive-2-Regler sehr genau regelbar. Darüber hinaus werden alle Drehmomente für jedes Gebinde auch ausgelesen und ausgewertet. „Die Prozesse des Verschraubens und Versiegelns werden also schon während der Produktion überwacht“, fasst Katja Brodhun zusammen.

Hohe Leistungsdichte, große Hohlwelle.

Der Produktbaukasten der cyber kit line small zeichnet sich durch ein besonderes Design der Statoren aus – 24 Einzelzähne sind in Rundform gesteckt und mit einem hohen Kupferfüllfaktor vergossen. Dadurch erreichen die Servomotoren Dauerdrehmomente, die die Werte vergleichbarer Motoren am Markt deutlich übertreffen. Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal bei dieser Art gehäuseloser Motoren ist die große Hohlwelle. In Roboterachsen und anderen, platzkritischen Konstruktionen ermöglichen sie es, Kabel-, Druckluft-, Vakuum-, Lichtleiter- und Laserdurchführungen platzsparend und geschützt zu realisieren. „Für das Projekt InduTwist war neben der Kompaktheit des Motors die große Hohlwelle eine entscheidende Voraussetzung, da durch sie der Induktionsschweisskopf hindurchgeführt wird“, erklärt Dr. Jan Oberländer, tätig im Bereich Technology & Simulation bei Imagine Engineering. „Die anwenderfreundliche Konstruktion vereinfacht nicht nur die Integration und Installation im Inneren der Maschine, sondern kann auch in einem Servicefall für eine signifikante Zeit- und Kostenersparnis sorgen.“

Erfolgsfaktoren im Projekt.

Gehäuselose Motoren – nur aus Rotor und Stator bestehend und optional um Feedback-Geber und Sensorik ergänzt – erfordern als Teil einer Servo-Gesamtlösung, die in eine kundenspezifische Gehäusekonstruktion integriert werden sollen, einer grundlegenden technischen Unterstützung des OEM. „Gemeinsam mit Wittenstein cyber motor haben wir über mögliche Motor-Rückführalternativen nachgedacht und den richtigen Einbau der Motoren in die InduTwist-Umgebung besprochen“, erklärt Dr. Jan Oberländer. „Auch bei der Programmierung der B&R-Steuerung leistete Wittenstein cyber motor Unterstützung.“ Für Klaus Baltes ist die Partnerschaft gerade in solchen Innovationsprojekten ein entscheidender Aspekt: „Die Produktqualität überzeugt ebenso wie der Support beim Engineering und Troubleshooting. All dies sind für unsere Entwicklungen entscheidende Erfolgsfaktoren.

Autoren: Christoph Weis und Manuel Baumeister, Wittenstein cyber motor GmbH

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