Die MAJA-Maschinenfabrik Hermann Schill GmbH & Co. KG wurde im Jahre 1955 von Hermann Schill sen., dem Großvater der heutigen Eigentümer, in der Gemeinde Goldscheuer bei Kehl am Rhein gegründet und zählt heute zu den Marktführern der Branche. Seit 60 Jahren entwickelt, produziert und vertreibt MAJA Entschwartungs-, Entfettungs und Entvliesmaschinen, Enthäutungsmaschinen für Fisch und Geflügel, Fleischschneidesysteme und Automatisierungslösungen für die Lebensmittelbranche, außerdem Eiserzeuger zur Herstellung und Kühlung von Lebensmitteln. Lebensmittelvergiftungen, Verunreinigungen und Rückrufaktionen sind meist die Folgen von nicht konsequent durchgeführten Hygienestandards. Die Hygienerichtlinien werden zunehmend verschärft und müssen neben den Mitarbeitern vor Ort auch von den Anlagen- und Maschinenbauern eingehalten werden. MAJA hat sich die Entwicklung und Produktion einer Robotermechanik nach den höchsten Hygienestandards zur Aufgabe gemacht, da diese nach unserer Auffassung das Herzstück einer flexiblen Automatisierung darstellt und ein Maximum an Robustheit und Zuverlässigkeit auch hier unabdingbar ist.

Die Deformation von porösen Natur- und Kunstfasermaterialien unter Zug-, Druck- oder Biegebelastung hängt sehr stark von den geometrischen und mechanischen Eigenschaften der verwendeten Fasern und den Eigenschaften der Faser-Faser-Kontaktstellen ab. In den betrachteten Materialien besitzen die Fasern häufig eine Orientierung, die zu elastisch anisotropen Eigenschaften führt. Um das Materialverhalten beim Herstellungsprozess und im Einsatz vorherzusagen werden in dieser Arbeit Fasernetzwerkmodelle zur Beschreibung der Mikrostruktur verwendet. Im Vergleich zu ähnlichen Verfahren werden sehr komplizierte dreidimensionale Fasernetzwerke mit einem effizienten numerischen Verfahren gelöst. Das Lösungsverfahren basiert auf einer Formulierung der Elastizitätsgleichungen als Integralgleichung vom Lippmann-Schwinger-Typ. Diese Integralgleichungen werden iterativ mit Hilfe der schnellen Fourier-Transformation (FFT) gelöst. Die Anwendung dieser Lösungstechnik auf poröse Medien ist neu. Im Vortrag werden Simulationsergebnisse für verschiedene Fasermaterialien erläutert und diese mit entsprechenden Messungen verglichen. Dabei werden geometrisch und physikalisch nichtlineare Verformungen betrachtet. Mit Hilfe der entwickelten Mikrostruktursimulationstechnik (Softwarepaket FeelMath) lässt sich die Abhängigkeit der makroskopischen Deformationseigenschaften von den Eigenschaften der Einzelfasern und der Faserorientierung analysieren. Damit kann die Anzahl der notwendigen Messungen reduziert werden und die Eigenschaften der Materialien lassen sich für den speziellen Einsatzzweck optimieren. Das vorgestellte Lösungsverfahren ist ebenfalls für nichtporöse Verbundwerkstoffe und zur Lösung von Wärmeleitproblemen in Fasernetzwerken geeignet.

Das durchgängige Engineering über den gesamten Lebenszyklus ist neben der horizontalen und vertikalen Vernetzung die dritte Säule von Industrie 4.0. Durchgängigkeit im Engineering bedeutet dabei insbesondere Wiederverwendung von Modellen aus vorherigen Entwicklungsphasen. Beispiele hierfür sind die virtuelle Inbetriebnahme sowie die Codegenerierung. Dieser Beitrag stellt dar, wie diese modernen Engineering-Methoden bei der Verwendung von Rexroth Komponenten angewendet werden können. Die Kosten für die Inbetriebnahme neuer technischer Systeme beanspruchen heute einen erheblichen Anteil des Projektbudgets. Insbesondere die Optimierung des Steuerungscodes der Anlage erfordert einen hohen Zeitaufwand. So werden bis zu 70% der Zeit, die für die Inbetriebnahme der Steuerungstechnik benötigt wird, für das Finden und Beheben von Softwarefehlern aufgewendet. Um die Anzahl der Prozessdurchläufe beim Kunden zu reduzieren, kann heute ein großer Anteil dieser Aufgaben virtuell gelöst werden. In diesem Beitrag wird ein Software-Framework für die virtuelle Inbetriebnahme vorgestellt. Dieses Framework kann für mechatronische Systeme, die von Rexroth Komponenten angetrieben werden, eingesetzt werden. Exemplarisch wird dies am Beispiel eines Deltaroboters aus dem Packaging-Bereich präsentiert. Dafür wird die reale SPS-Steuerung der Anlage mit einem Simulationsmodell des Deltaroboters gekoppelt. Zur einfacheren Interpretation der Simulationsergebnisse werden diese mittels einer 3D-Visualisierung graphisch dargestellt. Die Modellierung des Deltaroboters erfolgt in der Modellierungssprache Modelica. Diese eignet sich besonders für domänenübergreifende Systeme. Außerdem erlaubt der objektorientierte Ansatz eine hohe Wiederverwendbarkeit der verwendeten Modelle. Die Kopplung von Rexroth Industriesteuergeräten und der Simulation wurde mit Hilfe des OpenCore-Interfaces realisiert. Die entwickelten Modelle wurden durch Messungen mit verschiedenen Bewegungsabläufen des Deltaroboters bestätigt. Somit ist es möglich, zukünftige Anlagen dieses Typs virtuell in Betrieb zu nehmen und die Anzahl der Iterationen, während der Inbetriebnahme, deutlich zu reduzieren. Dies setzt voraus, dass das imulationsmodell das dynamische Verhalten der Anlage ausreichend genau abbildet. Neben der virtuellen Inbetriebnahme ist die Codegenerierung eine wichtige Technologie, um vorhandene Modelle in weitere Entwicklungsphasen zu übernehmen. Insbesondere erlaubt die Codegenerierung die Übernahme von Modellen in die Betriebsphase des Systems. Der wohl bekannteste Anwendungsfall der Codegenerierung ist das Rapid Control Prototyping. Neben der Möglichkeit zur Generierung von Steuerungscode gibt es jedoch auch Use-Cases, die die Simulation eines physikalischen Systems auf dem Steuergerät voraussetzen. Hierzu zählt beispielsweise die modellbasierte Diagnose, die modellbasierte Regelung oder die virtuelle Inbetriebnahme auf Basis einer Simulation auf dem Steuergerät. In diesem Beitrag wird eine Toolchain zur Generierung von Code aus Modelica, der auf Rexroth Steuergeräten ausgeführt werden kann, vorgestellt.

In der Mechatronikentwicklung treffen zahlreiche Probleme aufeinander: Das Top-Down-Prinzip in der Entwicklung trifft im üblichen Vorgehen nach V-Modell auf das Bottum-Up-Prinzip der Inbetriebnahme und führt häufig zu Qualitäts- und Zeitverlusten. Aber auch die getrennt voneinander stattfindenden Entwicklungsprozesse von Mechanik, Elektrik und Elektronik bürgen beim Zusammentreffen in der Inbetriebnahme eine Vielzahl von Fehlern, die meist nur durch kostenintensive Änderungsschleifen behoben werden. Der Grund sind die nicht ausreichend geprüften Ergebnisse aus den Fachbereichen. Beschrieben wird der Umgang mit dem V-Modell.

Im Rahmen eines Kooperationsprojektes wurde eine Form-, Füll- und Verschließanlage zum effizienten Verpacken von Nutzinsekten entwickelt. Diese Anlage ist die welterste industrielle Anwendung der an der TU Dresden weiterentwickelten Tiefziehtechnologie von Karton. Gegenüber des Laborumformversuchsstandes ist die Anlage mit den Stationen „Füllen“ und „Verschließen“ gekoppelt, sodass sich das Verhalten des Tiefziehverfahrens im Gesamtprozess untersuchen lässt. Weiterhin leistet die Anlage sehr viel höhere Taktzahlen als am Versuchsstand möglich, wodurch sich neue Anforderungen für Material und Prozess ergeben. Eine wesentliche Innovation ist die Umformung direkt aus der Kartonbahn, sodass die befüllten und verschlossenen Verpackungen erst am Ende der Prozesskette aus der Bahn getrennt werden müssen. Dies ist durch das gezielte Einbringen von Entlastungsstanzungen möglich und bedarf einer genauen Kenntnis und Kontrolle des Materialflusses. Vorteile sind das vereinfachte Handling und die so erhöhte Ausbringung. Anhand des Projektes wird zudem die Bedeutung und Innovationskraft der Kooperation von KMUs mit Forschungseinrichtungen dargestellt.

Wissenschaftliche Untersuchungen von Verpackungsprozessen sind im Gegensatz zu anderen Bereichen in der akademischen Welt noch recht jung. Solide wissenschaftliche Untersuchungen sind erst ab etwa 1920 bekannt. An der Technischen Hochschule Dresden beschäftigt sich zu dieser Zeit E. Sachsenberg mit der Funktion, Gestaltung, Standardisierung und Wirtschaftlichkeit von Verpackungen. Von da an werden viele wissenschaftliche Untersuchungen hinsichtlich neuer Verpackungsmethoden und –prozesse angestoßen, welche einer Vielzahl an neu entwickelten Maschinen eine Grundlage bieten. Heutzutage sind viele Verpackungsprozesse mit mehr oder weniger Aufwand technisch problemlos beherrschbar. Zur Kostenreduktion in Verarbeitungsmaschinen ist es zwingend erforderlich den Automatisierungsgrad zu erhöhen, sodass Formatumstellungen oder Anpassungen der Maschine an veränderte Prozessbedingungen autonom bzw. semiautonom geschehen. Diese Arbeit stellt einen Modellierungsansatz des lateralen Bahnverhaltens einer Packmittelbahn innerhalb einer vertikalen Schlauchbeutel Form-, Füll- und Verschließmaschine dar. Dieser besitzt gegenüber dem Stand der Wissenschaft eine reduzierte Komplexität und benötigt einen geringeren Rechenaufwand zur Simulation des Bahnverhaltens.

Verpackungen sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Sie tragen durch ihre Schutzfunktion zum Erhalt der Produktqualität bei, ermöglichen eine effektive Logistik und minimieren die Kosten in der Lieferkette. Der aktuell am weitesten verbreitete Kunststoff aus nachwachsenden Rohstoffen (Biokunststoff) ist Polymilchsäure (PLA, englisch polylactic acid).

Die Anwender von Reinigungstechnik stehen vor ständig neuen und wachsenden Herausforderungen. Steigende Qualitätsansprüche und zunehmender Kostendruck verlangen ein sicheres Beherrschen der Reinigungsprozesse und deren Steuerung für stabile Sauberkeit. Der folgende Tagungsbeitrag beschäftigt sich mit diesem Thema.

Meine Präsentation beschreibt die „Einsparpotentiale bei der CIP-Reinigung von Produktionsanlagen durch konsequentes Hygienic Design“ und basiert auf der Diplomarbeit von Andreas Dorner, Technische Universität München. Es ist eine Analyse des möglichen Einsparpotentials für die Lebensmittelindustrie bei Verwendung von neuesten, hygienegerecht konstruierten Anlagenbauteilen gegenüber herkömmlichen, industriell verwendeten Bauteilen mit Hygienerisiken . Durch vergleichende Reinigungsversuche werden Ventile und Einbaugehäuse von Sensoren miteinander verglichen, um so dem Nahrungsmittelproduzenten eine Hilfestellung bei der Auswahl dieser Bauteile bei einer Neuanschaffung bzw. beim Austausch von Anlagenkomponenten hinsichtlich der Reinigbarkeit geben zu können. Bei den Untersuchungen wurden die Reinigungs- und Verschmutzungsparameter für die zu vergleichenden Bauteile konstant gehalten, um nur den Einfluss der Konstruktion auf die Reinigung zu ermitteln. Um deine gesundheitliche Bedrohung von Lebensmittel-Konsumenten zu reduzieren, bzw. so gering wie möglich zu halten ist eine gründliche Reinigung von Produktionsanlagen wichtig. Das lässt sich jedoch nur mit hygiene gerechten, totraum-freien Bauteilen erreichen, die nach der CIP-Reinigung keim arm sind. Korrektes hygienisches Design verbessert die Reinigung und Sterilisation durch verbessertem Massen- und Wärmeübergang des CIP-Reinigungsmittels. Mangelhafte Reinigung sind heute Auslöser von bis zu 20% der GMP-Beanstandungen Reinigungsschritte sind essentiell für die Lebensmittelsicherheit und können bis zu 70% des gesamten Wasserverbrauchs und der Abwassermenge eines Werkes ausmachen. Reinigung ist nicht nur aus Sicherheitsgründen ein zu beachtender Prozess, sondern birgt auch ein großes finanzielles Einsparpotential, nicht nur hinsichtlich der Wasserkosten. In der Lebensmittelindustrie werden zum Teil immer noch sinnvolle Investitionen in Hygienic Design konforme Anlagenbauteile gescheut, da sie aufgrund hoher Anschaffungskosten vermeintlich teurer erscheinen. Dabei werden jedoch die gesamten Lebenszykluskosten (Life Cycle Costs) oftmals außer Acht gelassen.

Verpackungen sind aus unserem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Sie tragen durch ihre Schutzfunktion zum Erhalt der Produktqualität bei, ermöglichen eine effektive Logistik und minimieren die Kosten in der Lieferkette. Der aktuell am weitesten verbreitete Kunststoff aus nachwachsenden Rohstoffen (Biokunststoff) ist Polymilchsäure (PLA, englisch polylactic acid).