Es ist das beliebteste Getränk der Deutschen. Ob heiß oder kalt, viele Menschen kommen ohne ihre morgendliche Tasse gar nicht erst in Gang. Die Rede ist von Kaffee. Im vergangenen Jahr lag der Pro-Kopf-Konsum laut Deutschem Kaffeeverband bei durchschnittlich 162 Litern. Im Trend liegt dabei weiterhin die portionsgerechte Zubereitung wie mit Kapseln. Viele Anbieter setzen mittlerweile bei Kaffeekapseln auf mehrschichtige Kunststoffhüllen, gefertigt in Thermoformmaschinen.
Ein Hersteller dieser Anlagen ist die Firma Illig. Seit 70 Jahren entwickelt das deutsche Familienunternehmen Werkzeuge und Hochleistungsmaschinen für die Thermoformung und die Verpackungsindustrie. Neben Kaffeekapseln produzieren die Rollenautomaten der Baureihen RDM-K und RDK beispielsweise Joghurtbecher, Pflanztöpfe und Pralineneinlagen. Für das indirekte Messen von Kraft setzt das Unternehmen Illig in seinen Anlagen auf die Dehnungssensoren DSRT von Baumer. Eine Krafteinwirkung erzeugt in einer mechanischen Struktur immer Dehnungen. Diese sind von der Geometrie der zu messenden Struktur und des E-Moduls des Materials abhängig. Während der Inbetriebnahme jeder Maschine werden die erfassten Dehnungswerte auf Kraft kalibriert. Das garantiert das Zusammenspiel aller Komponenten und damit Prozesssicherheit. Auf Basis statistischer Daten, welche die Dehnungssensoren während der Qualifikation und Inbetriebnahme der Thermoformmaschinen ermitteln, erstellt Illig Konstruktionsrichtlinien für Maschinenanpassungen und Neuentwicklungen.
Kraftüberwachung
Während des eigentlichen Formprozesses laufen verschiedene Prozessschritte wie Anschneiden, mechanisches Verstrecken, Formdruck aufbauen und Stanzen. Die Formaggregate der RDM-K-Maschinen werden mit dem kurvengesteuerten Kniehebelsystem bewegt. Die auf den beiden Kniehebeln am Untertisch angebrachten Dehnungssensoren DSRT überwachen dabei die hohen Form- und Stanzkräfte. Je nach Foliendicke wenden die beiden Formtische mehr oder weniger Kraft für die Formung des Halbfabrikats auf. Eine vordefinierte Kraft darf sich über den ganzen Zyklus hinweg nicht über die Toleranzgrenzen hinaus bewegen. Bei Abweichungen kann sie am Bildschirmbedienfeld vom Maschinenführer unmittelbar korrigiert werden. Das verhindert die vorzeitige Abnutzung der Form- und Stanzwerkzeuge und stellt gleichbleibende Produktqualität sicher. Der DSRT ist laut Hersteller langzeitstabil: Einmal eingestellt, garantiert der Dehnungssensor dauerhaft präzise Messungen.
Überwachung der Schließkraft
Die Werkzeuge heutzutage erlauben Taktzahlsteigerungen bis zu 60 Prozent. So können auf den RDK-Maschinen beispielsweise Rechteckschalen mit Produktionstaktzahlen von 55 Takten pro Minute hergestellt werden. Die Schliesskraft der Formaggregate kontrolliert ein Dehnungssensor auf der Oberbrücke. Rasch aufeinanderfolgende, harte Schläge und Vibrationen können ihm nichts anhaben. Durch die integrierte Verstärkerelektronik sind die von ihm an die Steuerung gesandten Signale weniger störanfällig. Fehlschaltungen werden reduziert und die Prozesssicherheit erhöht.
Im Gegensatz zu Kraftsensoren, die individuell an die jeweilige Maschinengeometrie angepasst werden müssen, kann der DSRT auch an schwer zugänglichen Stellen auf die zu messende Maschinenstruktur aufgeschraubt werden. Die Anbindung des Sensors an das System erfolgt über einen Stecker. Im Servicefall entfällt eine aufwendige Neuverkabelung. Aufgrund seiner Einheitsempfindlichkeit ist der Sensor ohne eine erneute Kalibration austauschbar.
Verschiedene Messbereiche
Ob nun Kaffeekapsel oder doch eher Joghurtbecher – mit nur einem Sensor deckt das Unternehmen Illig gleich mehrere Applikationen ab. „Das hält unsere Kosten für Beschaffung und Logistik niedrig", sagt Andreas Raisch, Entwicklungsingenieur für Messtechnik bei Illig. Der mechanische Aufbau des Sensors ist auf eine möglichst geringe Beeinflussung der Maschinenstruktur ausgelegt.
Das ermöglicht laut Hersteller sehr gute Messergebnisse und eine zuverlässige und reproduzierbare Prozesssteuerung. Die Sensoren gibt es mit verschiedenen Messbereichen von 100 μɛ bis 750 μɛ und den Ausgangssignalen Spannungsausgang +/- 10 DVC, Passiv und mit CANopen Schnittstelle.
