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| 2.11.2011 Anuga FoodTec 2012 über Sensoren, Robotik etc
Wireless-Technologien, Ethernet und Asset Management-Systeme - in den vergangenen Jahren hielt eine Reihe neuer Technologien Einzug in die Lebensmittelproduktion und hat die Welt der Prozessautomatisierung nachdrücklich verändert. Doch bei alle dem hat sich eines nicht geändert: Die zentrale Bedeutung der Sensoren. Der Messtechnik kommt nach wie vor die wichtigste Rolle zu, wenn es darum geht die Vorgänge im Prozess zu kontrollieren und die Steuerung mit den notwendigen Signalen zu versorgen. Die "intelligenten" Messgeräte von heute wissen allerdings mehr über den Prozess als allgemein angenommen und gestatten es, früher auf kritische Zustände in der Produktionsanlage zu reagieren. Egal welches Lebensmittel produziert wird: In der Praxis herrschen selten ideale Voraussetzungen für die Messung. Eine besondere Herausforderung stellen die dynamischen Prozessbedingungen dar, denn jede Messstelle ist durch wechselnde Betriebsbedingungen gekennzeichnet. In den Kesseln, Tanks und Prozessanlagen variieren Dichte, Konsistenz, Leitfähigkeit und pH-Wert der eingesetzten Rohstoffe. Wenn dann noch extreme Temperaturschwankungen wie etwa bei der Gefriertrocknung dazu kommen, stossen gewöhnliche Sensoren schnell an ihre Grenzen. Grundsätzlich gilt es eine Auswahl zu treffen zwischen Sensoren, die Produkt berührend messen und solchen, die ihrer Aufgabe ohne Produktkontakt nachkommen. Die Anforderungen an Messgeräte, die bei der Verarbeitung von Schüttgütern zum Einsatz kommen, unterscheiden sich erheblich von denen, die in flüssigen Medien Verwendung finden. So spielen bei Getränken spezifische Faktoren eine Rolle, beginnend bei den Strömungsverhältnissen in den Rohrleitungen bis hin zu Aspekten der Schaumbildung und Gasüberlagerung. Doch die Messtechnik muss nicht nur präzise und zuverlässig sein, sie muss auch den strengen Hygienevorschriften in der Lebensmittelindustrie genügen. Im Mittelpunkt der Anforderungen steht dabei erwartungsgemäss eine hohe Schutzart, das heisst, dass die Sensoren sowohl für CIP- und SIP-Prozesse als auch für die Aussenreinigungen optimiert sind. Das stellt wiederum höchste Anforderungen an Gehäuse, Elektronik und Sensorik. Welche Technologie für welchen Einsatz? Ob in der Getränke-, Feinkost- oder Backwarenindustrie: Die Temperatur ist in allen Branchen ein wichtiger Parameter. Temperaturfühler sind in der Lebensmittelindustrie nahezu ausnahmslos mit Pt100-Sensoren in verschiedenen Genauigkeitsklassen ausgestattet, die auf der Widerstandsänderung von Platin unter Temperatureinfluss basieren. Spezielle Dünnschicht-Sensoren sind hierbei aufgrund ihrer geringen Ansprechgeschwindigkeit noch einmal schneller als einfache Platinelemente. Bei der Füllstandmessung wird unterschieden zwischen kontinuierlicher Messung und der Grenzstanddetektion. Bei der kontinuierlichen Messung von Schüttgütern hat sich die Radar- oder Mikrowellentechnologie etabliert. Heute kommen vor allem frei abstrahlende Geräte, vermehrt aber auch Sensoren mit Stab- oder Seilantenne zum Einsatz. Grenzstanddetektion wird sowohl mit kapazitiven Sonden, als auch mit Vibronikschaltern ausgeführt, bei denen die Dämpfung einer Schwinggabel oder eines Stabes erkannt wird. Die Füllstandmessung in Flüssigkeiten basiert auf der Messung des hydrostatischen Drucks, der durch die Flüssigkeitssäule über dem Sensor entsteht und direkt proportional zur Füllhöhe ist. Aber auch Mikrowellensysteme, sowohl Produkt berührend als auch frei abstrahlend, lassen sich bei Flüssigkeiten einsetzen. Zu den günstigeren Varianten zählen kapazitive Sensoren und Ultraschallsensoren. Eine ähnliche Vielfalt ergibt sich bei der Betrachtung der zur Verfügung stehenden Möglichkeiten zur Durchflussmessung. Da die meisten Lebensmittel leitfähig sind, lassen sie sich mit den etablierten magnetisch-induktiv arbeitenden Sensoren erfassen. Ist das Produkt nicht leitfähig, kommen Coriolis-Sensoren zum Einsatz. Im Gegensatz zu magnetisch-induktiven Sensoren messen sie keinen Volumenstrom sondern einen Massedurchfluss. Ein weiterer Vorteil der Coriolis-Geräte ist in deren Robustheit zu sehen. Für das Messrohr stehen Edelstahl, Hastelloy, Titan oder Zirkonium als Materialien zur Auswahl, so dass dieses Messprinzip auch bei kritischen Medien seine Vorteile ausspielen kann. Weniger genau als die Coriolis-Technik dafür aber hygienischer sind Messgeräte mit Ultraschallsensoren. Sie werden aussen an der Rohrleitung befestigt (Clamp-On-Methode) und haben keinen Produktkontakt: Der Sensor verschmutzt nicht und es treten keine Verschleisserscheinungen auf. Multiparametergeräte: Alleskönner Coriolis-Massedurchflussmessgeräte sowie Ultraschall-Volumenmessgeräte zählen zu den innovativen Multiparametertechnologien mit dem grössten Wachstumspotenzial in der Lebensmitteindustrie. Insbesondere Coriolis-Massemessgeräte sind aktuell "State of the art" und gelten als wahre Alleskönner. Sie messen hochgenau und sicher Gase und Flüssigkeiten und ermöglichen als Multiparametersystem die gleichzeitige Messung von Massedurchfluss, Dichte, Temperatur und Konzentration (Grad Brix, Grad Plato). Da die Geräte diese Vielzahl an Parametern messen, drängt sich der Gedanke auf, diese Sensoren auch für eine Inline-Qualitätskontrolle einzusetzen. Korrosion oder Beläge, welche Veränderungen des Lebensmittels zur Folge haben, werden schon heute sicher mit Coriolis-Massemessern erkannt und signalisiert. Bei vielen Geräten ist zudem die Leerrohr- oder die Teilfüllungserkennung verfügbar. Inzwischen stehen Durchflussmessgeräte zur Verfügung, die eine Gasblasenerkennung bereits ab 1,5 bis zwei Prozent Luftanteil in den Medien ermöglichen. Damit kann die Anlagensteuerung wesentlich früher auf kritische Zustände wie etwa einen Pumpentrockenlauf reagieren. Dank modularer Konzepte kann der Anwender jederzeit die Funktionalitäten seines Gerätes erweitern und es durch nachrüstbare Software besser an seinen Prozess anpassen. Roboter mit moderner Greifertechnologie 
Roboter sind weiter auf dem Vormarsch. Wie die International Federation of Robotics bekannt gab, wurden 2010 weltweit 115.000 Industrieroboter ausgeliefert. Das sind fast doppelt so viele wie 2009, als die Verkäufe krisenbedingt auf dem Tiefpunkt waren. Für 2011 wird ein weiteres Wachstum um 10 bis 15 Prozent erwartet, für die Folgejahre um durchschnittlich fünf Prozent.
In Europa wurden im vergangenen Jahr 30.000 Roboter verkauft, davon alleine 13.400 in Deutschland. Zwar sind für das Wachstum grösstenteils die Elektronik-, Automobil- und Metallindustrie verantwortlich, die Branche geht aber fest davon aus, dass die Anwendung von Robotern in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie weiter zunehmen wird. Für die flexible Handhabung von immer kleineren Fertigungslosen mit variierenden Grössen und Formen sind Roboter geradezu ideal. Bei Verpackungsanwendungen entlasten sie den Menschen von monotonen Tätigkeiten, weshalb sie hierbei seit Jahren immer häufiger eingesetzt werden. Dank hygienisch einwandfrei konstruierter Robotermodelle stellt auch die Anwendung in der Verarbeitung und Primärverpackung hygienesensibler Lebensmittel kein Problem mehr dar. Hier können Picker, Scara- und Knickarm-Roboter in so genannter Foodgrade-Ausführung als chemikalienbeständige und leicht zu reinigende Versionen zum Einsatz in feuchter Umgebung ihre Vorteile ausspielen. Gleichzeitig zeigt sich das wichtigste Plus dieser unermüdlichen Automaten: Hygiene- und Kontaminationsrisiken können im Dienste der Lebensmittelsicherheit minimiert werden. Hinzu kommt, dass jeder Arbeitsschritt dokumentiert und nachvollzogen werden kann, was ein höheres Niveau der Qualitätssicherung ermöglicht. Der richtige Greifer für jeden Zweck Ein Problem bleibt jedoch noch zu lösen: die Schnittstelle zwischen Roboter und Produkt. Zusätzlich zu dem Hygieneaspekt hat man es gerade bei Lebensmitteln oft mit mechanisch empfindlichen, sehr unterschiedlich geformten Produkten mit unregelmässigen Oberflächen zu tun. Um diese in den Griff zu bekommen, wurden in den letzten Jahren verschiedene Nachbildungen der menschlichen Hand ersonnen, des universellsten Greifers, den es gibt. Darüber hinaus wurden aufgabenspezifische Greifersysteme entwickelt, die zum einen hygienisch und leicht zu reinigen sind und die zum anderen die notwendige Sorgfalt an den Tag legen. Dennoch erreichen sie Geschwindigkeiten, die ausreichen, um den Produktivitätsgewinn eines Robotereinsatzes nicht durch langsame Greifvorgänge zunichte zu machen. Neben mechanischen Greifern gibt es eine Vielzahl von Systemen, die mit Vakuumtechnik arbeiten. Hier gilt es, durch entsprechende Bauformen ein Optimum aus Tragkraft, Druckluftverbrauch, Toleranz gegenüber Produktresten (z.B. abgelöster Panade) sowie Toleranz gegenüber einer Druckluftleckage wie sie durch unvollständige Abdeckung der Ansaugfläche entsteht zu schaffen. Neben Greiferkonstruktionen aus Edelstahl werden beim weit verbreiteten Vakuumgreifen auch für beliebige Güter individuell konstruierte Sauggreifer aus lebensmittelzugelassenen Silikonpolymeren eingesetzt, die sich beim Ansaugen aufgrund ihrer Strömungsmechanik definiert verformen. Derartige Greifer können zum Beispiel unregelmässig geformte Hühnerfilets oder -keulen präzise ansaugen und dabei wie ein mechanischer Greifer teilweise umschliessen, so dass ein sicherer Griff mit geringem Vakuum gewährleistet ist. Für Standardaufgaben wie das Handhaben einer vordefinierten Anordnung geometrisch einheitlicher Objekte werden mittlerweile Baukastensysteme angeboten, mit denen sich das passende Greiferwerkzeug aus Standardteilen zusammensetzen und bei Bedarf auch wieder modifizieren lässt. Frischfleisch live hygienisch verpackt Die Anuga FoodTec 2012 in Köln wird den Fachbesuchern aus der Lebensmittelindustrie wieder Anregungen und Impulse für den Einsatz von Robotertechnik liefern. Dem Ansatz folgend, nicht nur Teillösungen, sondern integrierte und flexible Technologiekonzepte anzubieten, zeigt die Sonderschau Robotik-Pack-Line wieder ein Anwendungsbeispiel, das die Potenziale für die Branche demonstriert. Dieses Mal soll die hygienische Handhabung von echtem Frischfleisch live gezeigt werden. In einer kompletten Produktionslinie werden E2-Satten automatisch depalettiert und das enthaltene Frischfleisch kontrolliert. Dann werden die Fleischstücke durch einen Roboter mittels eines hygienegerechten Greifers entnommen, in die Primärverpackung, einen Tray, eingelegt und dieser dann versiegelt. Die fertigen Primärverpackungen werden nach Siegelnahtkontrolle und Produktkennzeichnung durch einen Scara-Roboter in die wieder gereinigten E2-Satten eingelegt und diese dann automatisch palettiert. In einem zweiten Teil der Robotik-Pack-Line wird eine leistungsfähige Sekundärverpackung demonstriert. Hier erfolgt die automatisierte Entnahme, Kontrolle, Etikettierung, Kartonierung, Kennzeichnung und Palettierung der Trays. Als Live-Messevorführung stellt die Robotik-Pack-Line 2012 eine Weltneuheit dar, die so nur auf der Anuga FoodTec zu sehen sein wird. Anuga FoodTec Internationale Fachmesse für Lebensmittel- und Getränketechnologie 27. bis 30.3. 2012 in Köln www.anugafoodtec.de Mit den Eintrittskarten können Busse, Bahnen und Züge der KVB und des VSR kostenlos benützt werden. Informationen und Bestellung bei: Büro Koelnmesse, Handelskammer Deutschland – Schweiz Tödistrasse 60, 8002 Zürich Tel. 044 283 61 11 e-mail: info@koelnmesse.ch | ||
