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Schmierfrei in Schneidemaschinen

Polymerlager von igus® für ein High-Speed-Ablegesystem in der Lebensmittelindustrie

Seit über 20 Jahren setzt die Treif Maschinenbau GmbH aus dem Westerwald in ihren Maschinen, Anlagen und Systemen zum Schneiden von Lebensmitteln, auf Kunststoffgleitlager. 1993 erstmals in einem Multizahngreifer verbaut, kommt heute nahezu die komplette schmier- und wartungsfreie Produktpalette des Polymerspezialisten igus® zum Einsatz. Die technischen Anforderungen steigen dabei ständig.

„Unser Ziel ist es, unsere Lieferanten grundsätzlich bei Produktentwicklungen zu einem ganz frühen Zeitpunkt einzubinden“, erläutert Dipl.-Ing. Rainer Hebisch vom Unternehmensbereich Slicing der Treif Maschinenbau GmbH in Oberlahr. „So gewinnen wir wertvolle Zeit beim Konstruieren unserer Anlagen.“ Das ist auch beim Hochleistungs-Slicer ‚Divider 880’ für die Lebensmittelindustrie geschehen, eines seiner technischen Merkmale ist ein Hochgeschwindigkeits-Ablegesystem.

„Es ist ein Unterschied, ob Fleisch- oder Hartwurst geschnitten wird“, macht Iris Henrich, zuständig für die Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, klar. „Aus diesem Grund wird jede Maschine maßgeschneidert auf die jeweiligen Kundenanforderungen ausgelegt.“ Die Schneidemaschine ist aufgrund ihrer Leistungsdaten und damit einhergehenden Produktionssteigerung im letzten Jahr mit dem Innovationspreis ‚Success’ des Wirtschaftsministeriums Rheinland-Pfalz und der ISB (Investitions- und Strukturbank des Landes) ausgezeichnet worden.

Keine Kontamination durch Schmiermittel

Zum Einsatz kommen korrosionsbeständige drylin® Linearlager sowie passende drylin® Präzisionswellen. In Summe erhält der Anwender eine langlebige Lineartechniklösung für seine spezifische Anwendung, die unter anderem hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen ermöglicht. Die wartungs- und schmiermittelfreien drylin®-Lineargleitelemente bestehen aus den Werkstoffen iglidur® J und iglidur® J200. Sie sind aufgrund ihrer Verschleiß- und Reibwerteigenschaften für die meisten Linearanwendungen geeignet. Ausgelegt für den Trockenlauf sind ihre Anwendungen vor Kontamination durch Fette und Öle, also Aktivschmierung, geschützt.
Außerdem zeigen Gleitlager der Werkstoffreihen iglidur® J und iglidur® G in der Hochleistungs-Schneidemaschine ihre Stärke. Sie sind robust, wirtschaftlich und universell. Alle Maschinenelemente aus dem Hause igus® beweisen beim Hochgeschwindigkeitsschneiden und Ablegen der Aufschnittware ihre Leistungsfähigkeit.

Schneiden ohne Leerschnitte

Die Aufgabenstellung war, die geschnittene Ware aus dem Schneidbereich heraus- und der Verpackungsmaschine zuzuführen, ohne den Produktstrom zu unterbrechen. Das Handling funktioniert über das Ablegesystem, eine Art Gabel, die in den Produktstrom geschossen wird. 50 bis 75 Prozent der zur Verfügung stehenden Zeit benötigt der Schneidprozess. Für Nebenzeiten wie das Bewegen der Gabel reduziert sich das Zeitpolster auf wenige Millisekunden. „Wird die Gabel in den Produktstrom katapultiert, kommt es zu enormen Beschleunigungen“, verdeutlicht Hebisch.

Während bereits fertig geschnittene Pakete direkt unterhalb des Messers aufgenommen und sicher abtransportiert werden, wird kontinuierlich weiter geschnitten. Das ermöglicht einen kontinuierlichen Produktfluss ohne Leerschnitte, also Messerumdrehungen, bei denen das Produkt nicht geschnitten wird. Bis zu sechs Produktreihen können gleichzeitig geschnitten werden. In der Summe liegen die Vorteile auf der Hand: Es werden weniger Messerumdrehungen notwendig, das Produkt wird geschont, Arbeitsschritte entfallen und es ist möglich, bei höheren Produkttemperaturen zu schneiden. Auch können die Kosten für die Produktkühlung deutlich reduziert werden. Die Produktqualität steigt, da sich die Ware durch Anfrosten sowohl geschmacklich, optisch als auch sensorisch verändern kann.

Katapultgeschwindigkeit bis 25G

Beim Auslegen der Maschine war die Aufgabenstellung im Vorfeld schnell definiert: „Keine Leerschnitte“. Leerschnitte (Messer-Umdrehungen, bei denen kein Produkt geschnitten wird) kosten Leistung bzw. erhöhen die nötige Drehzahl. Sie rufen hohe dynamische Lasten im Produkt hervor. Das Produkt muss gestoppt und wieder beschleunigt werden. Der Beschleunigung insbesondere von „weicheren“/ wärmeren Schneidgütern sind natürliche Grenzen gesetzt. Zur Erhöhung der Festigkeit der Schneidgüter müssten diese gekühlt werden. Aus der Messerleistung und einer Kammergröße zum Einlegen der zu schneidenden Produkte von 450 x 130 mm ergeben sich physikalische Anforderungen, deren Leistungsdaten die Maschinenelemente zwingend erfüllen müssen. Die Beschleunigungswerte beim Katapultieren der Gabel betragen beispielsweise bis zu 25G. Gleichzeitig müssen die Schnitte jederzeit sauber und absolut gleichmäßig sein.

„Aufgrund des komplexen Anforderungsprofils der kontinuierlichen schnellen Bewegungen haben wir eine Auslegung errechnet. Die in Frage kommenden Gleitlager haben wir anschließend über Monate selbst getestet“, blickt Hebisch zurück. „Dabei haben wir auch auf die Verschleißergebnisse und entsprechende Lebensdauerberechnungen von igus zurückgegriffen, sodass wir uns in der Summe jederzeit auf der sicheren Seite fühlten.“

In der Lebensmittelindustrie herrschen außerdem strenge Hygienevorschriften, die beachtet werden müssen. Abgeschrägte Oberflächen, der Wegfall von Sacklöchern, schmiermittelfreie Hub- und Schneidesysteme sorgen für hygienisches Design. Es darf an keiner Stelle zu Produktkontaminationen beim Reinigen mit Wasser und den unterschiedlichen Reinigungsmedien durch Schmierstoffe kommen. Neben Chemikalienbeständigkeit und der geringen Feuchtigkeitsaufnahme kommt es außerdem auf physiologisch unbedenkliche Werkstoffe an, da sie größtenteils in der Produktzone liegen. Und da die Schneidemaschinen an bis zu sechs Tagen in der Woche teilweise dreischichtig im Einsatz sein können, müssen ihre Standzeiten stimmen. Außerplanmäßige Wartungen sollen ausgeschlossen sein.

Schmierfreie Linearlager fürs Ablegesystem

Im Bereich des Ablegesystems zum Einschießen des Schnittguts und auch in der eigentlichen Schneidemaschine kommen verschiedene schmierfreie offene und geschlossene drylin® Lineargleitlager sowie iglidur® J Gleitlager zum Einsatz. „Die Entscheidung zwischen Linear- oder Gleitlager hängt von den Anforderungen der Anwendung hinsichtlich Leistung, Geschwindigkeit und Lebensdauer ab“, verdeutlicht Florian Berg, technischer Verkaufsberater der igus® GmbH. „In diesem Umfeld spielt das Thema Geschwindigkeit die Hauptrolle.“ Dazu ergänzen Präzisionswellen die Funktionsfähigkeit.

Für die Gleitfolien der drylin Lineargleitlager spricht ihre einfache Handhabbarkeit und Austauschbarkeit im Betriebsalltag. Das Einclipsen erfolgt formschlüssig in die Aufnahmebohrung. Die axiale Sicherung wird durch eine Ringnut und die Verdrehsicherung durch Einrasten des Sicherungspins in die entsprechende Bohrung ermöglicht.

„Ursprünglich haben wir erwartet, dass im Bereich des Katapultierens Probleme auftauchen werden“, erinnert sich Hebisch. „Aber sie zeigten sich an einer ganz anderen Stelle.“ Die Zahnriemen, mit denen die Gabel auf 25G beschleunigt wird, werden synchron angetrieben und umgelenkt. In der Umlenkung waren zunächst Wälzlager verbaut. Sie mussten abgedichtet werden. Die Dichtung erzeugte Reibung, die sich negativ auf die Antriebe auswirkte. Auf Wälzlager ist folgerichtig verzichtet worden. Heute kommen im Linearvorschub des Schneidguthalters in Kombination außen liegende weiche Edelstahlwellen, die chemikalienbeständig sind, und offene drylin®-Linearfolien zum Einsatz.

Im Bereich der Ablegegabel werden zum Lagern des Schneidguthalters zusätzlich schmierfreie Polymerlager aus der korrosionsbeständigen iglidur JBaureihe eingebracht. Sie stellen die Schwenkbewegung des Antriebs zum Pneumatikzylinder sicher. Der Werkstoff ist beständig gegen schwache Säuren, verdünnte Laugen sowie viele in der Lebensmittelindustrie angewandten Desinfektionsmittel. Die intensive Reinigung von Maschinen im Lebensmittelbereich stellt somit kein Problem für die Polymerlager dar.

Der Einsatz der Polymertechnik geht noch weiter: Weiche Edelstahlwellen und Lineargleitelemente sichern den Linearhub des Pregrippers zum Vorschub des Schneidgutes. In der Schwenklagerung des Beschickungsturms werden universelle iglidur G-Polymerlager eingesetzt. Sie sind abriebfest, unempfindlich gegen Staub und Schmutz und besonders wirtschaftlich. Alle Werkstoffe, die mit den Lebensmitteln direkt in Berührung kommen, sind FDAkonform und damit langfristig unbedenklich.

Mehr als 20 Jahre Erfahrung mit Kunststoff-Konstruktionen

„Wir sehen uns als Pioniere und setzen in unseren Maschinen schon seit über 20 Jahren auf Kunststoff“, verdeutlicht Hebisch. „Und unsere Erfahrungen sind so gut, dass wir immer wieder auf igus-Werkstoffe zurückgreifen. Die Beratung und die Auslegung von igus sind so gut, dass wir keinerlei Ausfälle oder Rückläufer zu verzeichnen haben. Dazu ergänzt Kai Jakobsen-Urwald, der Leiter des strategischen Einkaufs bei Treif: „Die Schnittgeschwindigkeiten sind in den letzten Jahren sehr stark gestiegen. Die schmierfreien Polymergleitlager halten diesem Anstieg problemlos stand. Aufgrund der vielfältigen positiven Erfahrungen werden sie auch immer öfter in unseren anderen Geschäftsbereichen eingesetzt.“

Die Ingenieure des Geschmacks

Beim familiengeführten Unternehmen Treif dreht sich alles um das Schneiden von Lebensmitteln. Mit rund 400 Beschäftigten weltweit werden Maschinen, Anlagen und Systeme entwickelt und produziert. Geplant und realisiert werden kundenorientierte Lösungen für Handwerk, Supermärkte und Industrie, einschließlich automatisierter Linienlösungen zum Schneiden verschiedener Produkte wie Fleisch, Wurst, Käse, Brot und Backwaren.

Das Unternehmen unterhält dazu vier Geschäftsbereiche: ‚Dicing’, Würfelschneiden beispielsweise für Wurstsalate oder Gulasch, ‚Portion Cutting’, Portionen- bzw. Scheibenschneiden von knochenhaltigen und knochenlosem Fleisch wie Schnitzel oder Koteletts, ‚Slicing’, Aufschneiden von Wurst, Schinken oder Käse in dünne Scheiben, sowie ‚Bread Cutting’, Brotschneiden.

Ablegegabel zum Einschießen des Schnittgutes. Dabei kommen drylin® Linearfolien und Präzisionswellen zum Einsatz.

Ablegegabel zum Einschießen des Schnittgutes. Dabei kommen drylin® Linearfolien und Präzisionswellen zum Einsatz.

 
Linearvorschub des Schneidguthalters durch synchronisierten Zahnriemenantrieb. Dabei bewährt sich die Kombination weicher Wellen und drylin® Linearfolien.

Linearvorschub des Schneidguthalters durch synchronisierten Zahnriemenantrieb. Dabei bewährt sich die Kombination weicher Wellen und drylin® Linearfolien.

 
Lagerung des Schneidguthalters in Ablage-Gabelkonstruktion. Der Antrieb erfolgt über Pneumatikzylinder zur Realisierung der Schwenkbewegung mit iglidur® J Gleitlagern.

Lagerung des Schneidguthalters in Ablage-Gabelkonstruktion. Der Antrieb erfolgt über Pneumatikzylinder zur Realisierung der Schwenkbewegung mit iglidur® J Gleitlagern.

 
Linearhub des Pregrippers zum Vorschub des Schneidgutes. Dabei kommen weiche Edelstahlwellen und Linearfolien der Baureihe JUM-10-40 zum Einsatz.

Linearhub des Pregrippers zum Vorschub des Schneidgutes. Dabei kommen weiche Edelstahlwellen und Linearfolien der Baureihe JUM-10-40 zum Einsatz.

 
Schwenklagerung des Beschickungsauslegers mit iglidur® G Gleitlagern

Schwenklagerung des Beschickungsauslegers mit iglidur® G Gleitlagern

 
Lars Braun (li.), Florian Berg (beide: igus® GmbH).

Lars Braun (li.), Florian Berg (beide: igus® GmbH).

 
von links nach rechts Ministerin Eveline Lemke, Uwe Reifenhäuser (Vorsitzender der Treif- Geschäftsleitung), Thomas Kühr, Jürgen Melles, Uwe Ragnit (alle Treif), Dr. Ulrich Link (ISB Vorstand) (Bild: Treif Maschinenbau GmbH)

von links nach rechts Ministerin Eveline Lemke, Uwe Reifenhäuser (Vorsitzender der Treif- Geschäftsleitung), Thomas Kühr, Jürgen Melles, Uwe Ragnit (alle Treif), Dr. Ulrich Link (ISB Vorstand) (Bild: Treif Maschinenbau GmbH)

 
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