In der Lehrveranstaltung Bewegungstechnik & Bewegungsdesign für Verarbeitungsmaschinen werden die Studenten in die Lage versetzt, Systeme zur Bewegung von Arbeitsorganen in Verarbeitungs- und Textilmaschinen konstruktiv zu entwerfen und zu dimensionieren. Im Blickpunkt stehen zyklische Bewegungen, zu deren Realisierung auch der Einsatz von Mechanismen sinnvoll ist. Die interdisziplinäre Betrachtung der Bewegungstechnik dient als Einführung in die Problematik und als Grundlage für nachfolgende Optimierungen.

In der Lehrveranstaltung Bewegungstechnik & Bewegungsdesign für Verarbeitungsmaschinen werden die Studenten in die Lage versetzt, Systeme zur Bewegung von Arbeitsorganen in Verarbeitungs- und Textilmaschinen konstruktiv zu entwerfen und zu dimensionieren. Im Blickpunkt stehen zyklische Bewegungen, zu deren Realisierung auch der Einsatz von Mechanismen sinnvoll ist. Die interdisziplinäre Betrachtung der Bewegungstechnik dient als Einführung in die Problematik und als Grundlage für nachfolgende Optimierungen. Diese sind Gegenstand des Teils 2.:1 Bewegungsaufgaben in Verarbeitungsmaschinen 2 Struktur des Antriebssystems 3 Bewegungsdesign Basics 4 Vorgaben für schnelle Bewegungen linearer Systeme 5 Motor-G-Getriebe-Konfiguration 6 Motor-U-Getriebe-Konfiguration

Unter dem Motto „Verarbeitung & Verpackung 4.0“ gab es 47 Vorträge zu folgenden Themenschwerpunkten: Bewegungstechnik und Robotik, Verteilte Prozessintelligenz, Prozesssicherheit, Adaptivität und Wandelbarkeit von Verarbeitungsprozessen, hygienegerechte Produktion in der Lebensmittel- und Pharmaproduktion sowie zu neuen Ansätzen aus dem Bereich der Simulation und der Prozessoptimierung. Das Anwenderforum – ein eher praxisorientierter Vortragsstrang - bot Vorträge und Disskussionsraum zu Themen wie Smart Tool und zu neuen Ansätzen der Prozessüberwachung und –kontrolle durch die gezielte Datenanalyse.

Die automatische Reinigung von Verarbeitungsmaschinen erfolgt industriell auf Basis von Erfahrungswissen oder empirisch ermittelter Daten. Ein grundsätzliches Verständnis komplexer Reinigungsprozesse würde diese momentane Praxis, die sowohl fehleranfällig ist als auch ein hohes Einsparpotential an wichtigen Ressourcen bietet, deutlich verbessern. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, durch die Untersuchung von Reinigungsvorgängen im immergierten System einen Beitrag zur Verbesserung der Ressourceneffizienz und der Prozesssicherheit automatischer Reinigungsvorgänge in Verarbeitungsmaschinen zu leisten. Ausgehend davon werden in einem ersten Schritt sowohl Kenntnisstand als auch offene Fragen im Verständnis von Reinigungsvorgängen im immergierten System identifiziert. Darauf aufbauend erfolgt die Betrachtung vorhandener industrieller sowie labortechnischer Messmethoden zur Analyse von Reinigungsvorgängen. Auf Basis dieser rechercheorientierten Arbeit wird die Arbeitshypothese aufgestellt, dass die Untersuchung der Wirkmechanismen der Reinigung im immergierten System auf der Betrachtung komplexer Strömungsgeometrien mit einem geeigneten Messsystem beruht. Die Konzeption eines solchen Messsystems sowie die Durchführung der Versuche stellen den ingenieurtechnischen Kern der vorliegenden Arbeit dar. Die Auswertung der gesammelten Erkenntnisse sowie die kritische Prüfung und Einordnung in den Stand der Forschung bilden den wissenschaftlichen Schwerpunkt. Im Ergebnis werden aus den somit gewonnenen Erkenntnissen zu den Wirkmechanismen der Reinigung Rückschlüsse auf die wissenschaftliche Weiterführung dieser Untersuchungen sowie auf die Anwendung in der industriellen Praxis gezogen.

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Die Effizienz von Verarbeitungs- und Verpackungsmaschinen hängt ganz wesentlich vom Erfahrungs- und Prozesswissen der Bediener ab. Unerfahrenen Bedienern ist nur selten möglich, Störungen im Prozess mit einer fundierten Ursachenanalyse nachhaltig zu beseitigen. Die Folge sind sich häufig wiederholende Mikrostörungen und eine geringe Anlageneffizienz. Um den Bediener bei der Ursachenfindung zu unterstützten setzt das Fraunhofer IVV Dresden auf ein selbstlernendes Bedienerassistenzsystem. Dieses erfasst die aktuelle Situation aus vorhandener Sensorik, anhand kooperativer Dialoge mit dem Bediener und über Kamerasysteme. In Verbindung mit einer wachsenden Datenbank zu möglichen Störungen und Ursachen wird dem Bediener ein virtueller Kollege zur Seite gestellt, welcher mit Erfahrungswissen aller Mitarbeiter in der richtigen Situation unterstützen kann.

Um die Prozessstabilität in Verarbeitungsmaschinen auch bei hohen Ausbringungen bewerten und darauf aufbauend sicherstellen zu können ist eine geometrisch-kinematische Analyse des realen Verarbeitungsprozesses notwendig. Dazu wird im Beitrag ein optisches Hochgeschwindigkeits-Mehrkamera-Messsystem vorgestellt, mit dem auch schnelle Prozesse berührungslos analysiert werden können. Es wird gezeigt, wie durch die Zusammenführung von Bewegungsanalyse und Daten aus der Maschinensteuerung der Informationsgehalt und damit auch die Aussagefähigkeit von Messungen deutlich erhöht werden kann. Als Beispielprozess wird der intermittierende Transport kleinformatiger Stückgüter (z.B. Schokoladenriegel) gewählt.

Die geometrischen Abmessungen von Lebensmitteln werden auf eine für den Verzehr geeignete Größe reduziert. Für diesen Vorgang wird oft das Zerschneiden der Lebensmittel zur Anwendung gebracht. Neben der manuellen Ausführung des Schneidens durch den Endkonsumenten oder den Betrieb des Lebensmittelhandwerks wird in der industriellen Konsumgüterproduktion das Schneiden mit hohen Geschwindigkeiten und relativ hoher Ausbringung von Maschinen umgesetzt. Mit den hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten gehen Herausforderungen einher, die vor allem auf das visko-elastische Verhalten der Lebensmittel und das geschwindigkeitsabhängige Verhalten der Wirkpaarung aus Messer und Schneidgut zurückzuführen sind. Auftretende Probleme sind Oberflächenschäden an der Schnittfläche in Form von Ausbrüchen, Deformationen und im Extremfall Denaturierungen. Für die Deformation und die Denaturierung ist das Reibungsverhalten der Wirkpaarung entscheidend, weshalb in dieser Arbeit eine Methode zur besseren Charakterisierung des Reibungsverhaltens beim Schneiden entwickelt und in Experimenten zur Anwendung gebracht wird. Als Basis wird ein Modell zur Abbildung der relevanten Größen entworfen, welches auf Modellen aus dem Schneiden von Lebensmitteln und Metallen aufbaut. Zur Anwendung des Modells wird ein Ablauf zur Auswertung von Schneidkraftverläufen entwickelt. Zur Prüfung der Methode werden Schneidversuche mit verschiedenen Geschwindigkeiten, Messerbeschichtungen und Schneidgütern durchgeführt. Aus Permutationen dieser Versuchsparameter gehen verschiedene Wirkpaarungen hervor, für deren Schneidkraftverläufe die entwickelte Methode zur Anwendung gebracht wird. Im Ergebnis stehen Kennwerte jedes durchgeführten Schnitts, welche das Schneidverhalten charakterisieren, zur Verfügung. In genormten Experimenten werden mechanische Kennwerte der Schneidgüter und Reibungskennwerte der Messeroberflächen bestimmt und mit den Kennwerten der Methode statistisch abgeglichen. Abschließend wird die entwickelte Methode in Bezug zu den genormten Kenngrößen diskutiert und die Bedeutung für die Verarbeitungstechnik eingeordnet. / The geometric dimensions of foods need to be reduced to a size suitable for consumption. Cutting of food is often brought to application for this purpose. In addition to the manual execution of cutting by the consumer, cutting is implemented in industrial consumer goods production at high speeds and relatively high output rates of the machines. The high processing speeds are accompanied by challenges, which are mainly due to the visco-elastic behavior of the food and the speed-dependent behavior of the active pairing consisting of knife and material to be cut. Emerging problems are surface damage on the cut surface in the form of chipping, distortion and denaturation. The frictional behavior of the active pairing is decisive for the deformation and denaturation. Therefore a method for better characterization of the frictional behavior during cutting is developed in this work and applied in experiments. A model representing the relevant variables builds the basis, which is derived from models for cutting of foodstuffs and metals. A procedure for evaluating cutting force curves is developed in order to apply the model. Cutting tests with different speeds, knife coatings and cutting materials are carried out to test the newly developed method. The permutations of these test parameters give rise to various active pairings. For cutting force curves of these generated pairings the developed method is applied. In the results characteristic values of each performed cut are presented. They characterize the cutting behavior of the active pairing. Mechanical parameters of the cutting materials and friction parameters of the knife surfaces are determined in accompanying standardized experiments and statistically compared with the parameters of the method. Finally, the developed method and the significance for processing technology are discussed in relation to the standardized parameters.

Aktuell gibt es unterschiedliche Trends in der pharmazeutischen Industrie. Die Herstellung von API´s wird zunehmend bei den Herstellern der finalen Produkte vorgenommen. BIG Pharma integriert die API Herstellung in House. Die Batchproduktion geht tendenziell zu immer kleinen Volumen mit speziellen Anwendungsbereichen. Produkte mit größerem Volumen werden vom Batchvolumen in eine kontinuierliche Produktion überführt und speziell auch auf diese neue Herstellungstechnologie entwickelt. Die Anforderungen für diese unterschiedlichen Applikationen sind völlig unterschiedlich.