Die nahrungsmittelverarbeitende Industrie steht vor einigen Herausforderungen, etwa die immer größere Nachfrage nach verarbeiteten Lebensmitteln, die stark wachsende Weltbevölkerung und die stetig steigenden Ansprüche der Endverbraucher. Um viele dieser Challenges erfolgreich anzugehen, kommen Extrusionsverfahren in der Lebensmittelindustrie zum Einsatz. Hierbei besonders wichtig: die Kupplungstechnik.
Wer kennt das nicht? Wir sitzen nach einem langen Tag abends noch im Büro, der Magen knurrt. Die wenigsten werden in diesem Szenario die Möglichkeit haben, etwas Frisches zu kochen. Viel wahrscheinlicher ist der Griff in die „geheime“ Schreibtischschublade mit den Müsliriegeln oder anderen schnell verzehrbaren Snacks. Und damit sind wir nicht allein.
Der globale Konsum von stark verarbeiteten Nahrungsmitteln wie Riegeln oder Fertiggerichten, also Convenience Food, steigt stetig. Diese Entwicklung wird durch die zunehmende Urbanisierung und den steigenden Lebensstandard in Schwellenländern verstärkt. Der schnelle, städtische Lebensstil fördert das Bedürfnis nach schnellen Gerichten. Gleichzeitig müssen sich sowohl Gesellschaft als auch Industrie den Herausforderungen des globalen Bevölkerungswachstums stellen: Bis 2050 sollen laut Prognosen knapp 10 Milliarden Menschen auf unserem Planeten leben.

Das stellt nicht nur die Landwirtschaft und -technik vor enorme Herausforderungen hinsichtlich Effizienz und Produktivität, sondern auch die nahrungsmittelverarbeitende Industrie. Genauso wie die zu bestellenden Felder auf unserem Planeten sind auch die Produktionskapazitäten nicht unendlich. Somit müssen auch in der Food & Beverage Branche Maschinen immer mehr Leistung und Output liefern – bei gleichzeitig möglichst nachhaltigem Umgang mit den vorhanden Ressourcen. Für eine besonders effiziente Verarbeitung von formbaren Lebensmitteln, die diesen anspruchsvollen Anforderungen gerecht wird, kommen Extruder zum Einsatz. Sie können verschiedene Aufgaben wie Kneten oder Kochen übernehmen und sorgen bei einem optimal aufgesetzten Verarbeitungsprozess für minimalen Ausschuss und somit eine hohe Effizienz, z.B. in der Produktion von Riegeln.

Kupplungstechnik für Prozessgenaues bewegen
Bei diesen Extrusionsprozessen wird das Basismaterial, beispielsweise eine Fleisch- oder Teigmasse unter Druck und bei gleichzeitiger Temperatureinbringung in einem Extruder verarbeitet und letztlich – ähnlich wie in der Kunststoffverarbeitung – durch eine formgebende Düse gepresst. Den Transport durch die verschiedenen Verarbeitungsschritte sowie den nötigen Druck baut in der Regel eine Schnecke auf. Das entstehende Extrudat kann anschließend beispielsweise durch Schneidemaschinen in die finale Produktform gebracht werden. Damit es in diesem Prozess nicht zu Lebensmittelverschwendung und Ausschuss kommt, der nicht in den Verkauf gebracht werden kann, müssen die Prozessschritte perfekt aufeinander abgestimmt sein. „Insbesondere die zuverlässige prozessgenaue Bewegung der Schnecke ist in Extrudern entscheidend für das Erreichen der gewünschten Produktqualität. Hierzu trägt die Kupplungstechnik als Verbindung zwischen Motorwelle und Schneckenwelle maßgeblich bei“, erklärt Marcus Karl, Technischer Vertrieb und Experte für Kupplungen im Hygienic Design bei der R+W Antriebselemente GmbH.
Doch bevor Kupplungen an dieser Stelle eingesetzt werden können, müssen sie – wie alle Komponenten mit Lebensmittelkontakt – den speziellen Branchenstandards entsprechen. Hygiene ist das A und O bei der Produktion von Lebensmitteln. Hinzu kommen hohe Anforderungen an den Explosionsschutz, da bei der Verarbeitung von Mehl oder anderen pulverförmigen Rohstoffen explosive Atmosphären entstehen können. Komponenten müssen dementsprechend den Anforderungen des Hygienic Designs sowie der ATEX-Richtlinien für den Explosionsschutz entsprechen.
Anforderungen an das Hygienic Design
Hygienic Design Komponenten müssen gemäß den Richtlinien der European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG) unter anderem leicht zu reinigen, korrosionsbeständig, nicht-haftend und zudem so konstruiert sein, dass keine Produktionsrückstände in der Maschine verbleiben. Diese Rückstände können die Ursache für Bakterien- oder Pilzeintrag in Lebensmitteln sein, die somit nicht nur ungenießbar, sondern unter Umständen sogar gesundheitsgefährdend werden können. Marcus Karl erklärt: „Gerade für bewegliche Teile sind die Anforderungen in hygienisch anspruchsvollen Anwendungen besonders hoch. Neben Reinigungs- und Desinfektionsaspekten müssen sie höchsten Ansprüchen an den verwendeten Werkstoff sowie die Fertigungsqualität genügen.“ Konkret müssen Metall-Metall-Verbindungen durchgängig und fehlerfrei geschweißt sein. Verkantungen und sichtbare Schweißnähte sind unbedingt zu vermeiden.

Anstatt harter Winkel müssen zudem Neigungen und Abrundungen eingebracht werden. Deshalb stehen die Geometrie der Bauteile, die Oberflächenbeschaffenheit und die verwendeten Materialien besonders im Fokus und müssen entsprechend optimiert werden.
In der Folge sind die Maschinen leichter zu reinigen und die Konstruktion verhindert, dass sich Rückstände absetzen. Insgesamt wirkt sich dies zudem positiv auf die Total Cost of Ownership der Maschinenbetreiber aus, da Reinigungs- und Stillstandzeiten reduziert werden, auf zusätzliche Gehäuseverkleidungen des Antriebsstrangs verzichtet werden kann und sich Material einsparen lässt.
Intelligent Konstruierte Komponenten
R+W bietet für Anwendungen mit hohen Ansprüchen an die Hygiene verschiedene Kupplungslösungen in Edelstahl und in standardmäßig geschweißter Ausführung an. Diese Kupplungen im Hygienic Design wirken sich positiv auf die Lebensdauer der Antriebe aus, da sich im Gegensatz zu eingehausten Antriebssystemen keine Stauwärme bilden kann, die wiederum zu erhöhtem Verschleiß führen kann. Hygienic Design Kupplungen von R+W sind zudem CIP-(cleaning in place) und SIP-(sterilisation in place) fähig, so dass die Maschine ohne Montagevorgänge gemäß Hygienestandards gereinigt werden kann. Hierbei setzt der Kupplungshersteller auch bei den verwendeten Verschraubungen auf Hygienic-Design-konforme Komponenten mit entsprechenden Abdichtungen.
Für besonders anspruchsvolle Anwendungen setzt R+W beispielsweise auf den Werkstoff 1.4404,[KM1] [PB2] einen austenitischen Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl mit guter Korrosionsbeständigkeit gegenüber Säuren und chlorhaltigen Medien. Für die erwähnten ATEX-Anforderungen bietet R+W ebenfalls passende Standard-Lösungen. Aber auch nahezu jede weitere Standardkupplung, egal ob Metallbalg- oder Elastomerkupplung oder Gelenkwelle, kann bei den Kupplungsspezialisten aus Wörth am Main als Hygienic-Design- und ATEX-konforme Variante gefertigt werden.
„Wir haben selbst für außergewöhnliche Anforderungen das passende Produkt. Was uns jedoch besonders auszeichnet, ist die Flexibilität und Individualisierung. Falls Kunden ganz spezielle Herausforderungen meistern müssen, machen wir es möglich – solange es technisch machbar ist. Und das unabhängig von den notwendigen Leistungsdaten, Abmessungen oder der Losgröße“, betont Marcus Karl. Mit einer eigenen Entwicklungsabteilung, einem Labor und Test-Prüfständen finden die R+W-Ingenieure im partnerschaftlichen Austausch mit dem Kunden die passende Lösung für jede Applikation.
Gesicherte Qualität dank Präzision und Spielfreiheit
Marcus Karl schließt: „In kaum einem Bereich sind die Endverbraucher so sensibel, wie beim Einkauf ihrer Lebensmittel. Selbst geringste Abweichungen vom erwarteten Standard können Kaufentscheidungen negativ beeinflussen. Von Lebensmittelskandalen durch verunreinigte Lebensmittel ganz zu schweigen. Wir bieten mit unseren Kupplungslösungen für die nahrungsmittelverarbeitende Industrie Maschinenherstellern und -betreibern die Prozesssicherheit, auf die es in dieser anspruchsvollen Branche ankommt.“ R+W Kupplungen kommen nicht nur in Extrudern, sondern auch in Abfüllanlagen, Etikettier- und Verschließmaschinen oder Schneidemaschinen zum Einsatz.
Wenden wir uns wieder dem Müsliriegel aus unserer Schreibtischschublade zu. Wie bereits erwähnt hat die Kupplungstechnik der riegelherstellenden Maschine Auswirkungen auf die Qualität unseres schnellen Imbisses. Aber warum genau? Insbesondere Extruder profitieren von den R+W-Kupplungen, da diese extrem geringe Rundlauftoleranzen von wenigen Hundertsteln aufweisen. Damit einher gehen eine optimale Laufruhe und Präzision. bei Doppelschneckenextrudern gibt es nur wenig Spiel zwischen den beiden Schnecken, so dass ein ungenügender Ausgleich des Wellenversatzes zwischen Motor- und Schneckenwelle zu erhöhtem Verschleiß oder sogar zum Verkanten der Schnecken und damit zu Maschinenschäden und Betriebsstillständen führen können.
Weitere Aspekte sind die Prozessqualität und nachhaltige Effizienz der Maschinen, die durch die spielfreie Kraftübertragung optimiert werden. Die Kupplung sorgt dafür, dass die Schnecke genau in dem Maß das Rohmaterial einzieht, verdichtet und letztlich über die Extruderdüse ausstößt, wie sich der Maschinenbetreiber dies wünscht und vorab simuliert hat. Käme es hierbei zu unvorhergesehenem Schlupf oder zu Ungenauigkeiten in der Drehmomentübertragung, gäbe es keine einheitliche Qualität des Extrudats, da sich Misch- oder Druckverhältnisse von Batch zu Batch ändern könnten.
In der Lebensmittelindustrie sind die Hygienevorschriften besonders hoch. Das stellt die dort eingesetzten Komponenten vor besondere Herausforderungen. Die Kupplungslösungen von R+W werden nicht nur allen Hygienestandards gerecht, die in der Lebensmittelproduktion unerlässlich sind, sondern sorgen auch für Effizienz und Präzision der Maschinen.
In den kleinen Pausen des Alltags, wenn der Trubel kurzzeitig verstummt und wir uns einen Moment der Ruhe gönnen, greifen viele von uns zu einem vitaminreichen Smoothie oder einem Müsliriegel. Doch hinter diesen alltäglichen Genussmomenten steckt eine komplexe Kette von Prozessen, Technologien und Komponenten, die es ermöglichen, dass diese Nahrungsmittel in höchster Qualität zu uns kommen.

Kupplungen gewährleisten Präzision und Zuverlässigkei
In den Produktionsanlagen für Saftherstellung gewährleisten Kupplungen, dass die modernen Maschinen mit Präzision und Zuverlässigkeit arbeiten. Sie ermöglichen einen störungsfreien Betrieb der Pressen und Mischanlagen, die die frischen Früchte in nährstoffreiche Smoothies verwandeln. Gleichzeitig sorgen sie in den Produktionslinien für Müsliriegel dafür, dass die Zutaten präzise dosiert, gemischt und in Form gebracht werden, bevor die Riegel geschnitten und verpackt werden. Doch die Aufgaben der Kupplungen beschränken sich nicht nur auf die Effizienz und Präzision von Maschinen. Sie müssen auch den Hygienestandards gerecht werden, die in der Lebensmittelproduktion unerlässlich sind. Durch ihre robuste Konstruktion und die Verwendung von lebensmittelechten Materialien helfen sie, Kontaminationsrisiken zu minimieren und die Sicherheit und Qualität der Produkte zu gewährleisten. Somit sind Kupplungen ein fundamentales Glied in der Kette von der Rohstoffgewinnung bis zum fertigen Produkt. Sie verbinden die Produktionslinie mit dem täglichen Genuss und ermöglichen es, die kleinen Auszeiten im Alltag zu genießen.
Metallbalgkupplung in Abfüllanlagen
Ein Blick hinter die Kulissen zeigt, wie Kupplungen den Herstellungsprozess beeinflussen.
Bei der Abfüllung von Flüssigkeiten, beispielsweise von pasteurisierten Fruchtsäften, ist eine hochpräzise Dosierung und Übertragung von Bewegung unerlässlich, um eine gleichbleibende Produktqualität und Effizienz zu gewährleisten. Die eingesetzten Komponenten müssen leicht zu reinigen sein und dürfen keine Kontaminationsrisiken für die Lebensmittel darstellen. Auch die verbaute Kupplung muss diesen Anforderungen gerecht werden.

Lösung mit der BKS-Metallbalgkupplung
Das Sortiment von R+W enthält im Standard eine Metallbalgkupplung in geschweißter Ausführung die sich durch ihre Präzision, Zuverlässigkeit und hygienische Beschaffenheit auszeichnet. Sie ist aus rostfreiem Edelstahl gefertigt und eignet sich für hohe Temperaturen ebenso wie für den Kontakt mit aggressiven Medien. Ein weiteres Merkmal ist die Fähigkeit, Wellenverlagerungen auszugleichen und eine spielfreie Drehmomentübertragung von 15 – 500 Nm zu gewährleisten. Kupplungen sind nicht nur in Abfüllanlagen, sondern auch in anderen Verarbeitungsschritten der Saftherstellung, im Einsatz. Zum Beispiel in Antriebssystemen, Abfüllstationen, Etikettiermaschinen, Verschließmaschinen u.v.m. In den eigentlichen Abfüllstationen, wo Flaschen oder Behälter mit Säften gefüllt werden, kann eine BKS Balgkupplung von R+W eingesetzt werden, um die Füllmechanismen anzutreiben. Sie ermöglicht eine präzise Steuerung der Füllventile, was essenziell für die Dosierungsgenauigkeit und Produktqualität ist.
Aufgrund der Schweißverbindung von Nabe zum Metallbalg in allen Baugrößen ist sie für den Lebensmittelbereich geeignet. Das Nabenmaterial ist als Standard mit 1.4301 definiert. Auch die Torsionssteifigkeit ist wichtig. Da der Befüll-Mechanismus mittels Umdrehungen portioniert/gesteuert wird. Zusammenfassend kann man sagen, dass der Einsatz von R+W Kupplungen in Abfüllanlagen von flüssigen Lebensmitteln demonstriert, wie modernste Antriebstechnik dazu beiträgt die Produktivität und Sicherheit von Produktionsprozessen zu steigern. Durch ihre hochwertige Verarbeitung, die spezifische Anpassung an hygienische Anforderungen und ihre Zuverlässigkeit bieten sie eine Lösung, die den Ansprüchen dieser Branche gerecht werden. Von der Zubereitung flüssiger Nahrungsmittel in Abfüllanlagen hin zur Herstellung von Endlosstrang-Erzeugnissen. Hier tritt eine andere Art von Maschinerie in den Vordergrund – die Schneidemaschine.
Ausgangssituation/ Herausforderung
In einer solchen Produktionslinie spielt das kontrollierte Zerkleinern mittels eines Messers eine zentrale Rolle. Das Schneidewerkzeug muss die Endlosstrang- Erzeugnisse zu jeder Zeit gleichmäßig auf die gewünschte Größe zerkleinern, auch wenn die Masse sehr klebrig und zäh ist. Auch hier ist es wichtig, dass die Komponenten für Lebensmittel geeignet sind und sich leicht reinigen lassen.
Lösung mit der ZAE-Gelenkwelle
Die R+W-Gelenkwelle ZAE ist mit Halbschalen ausgestattet und ist in einem Drehmomentbereich von 10 – 800 Nm einsetzbar. In der Standardausführung kann sie bis 6 m ohne Zwischenlagerung überbrücken. Die spezielle kardanische Innenabstützung nimmt das Gewicht des Zwischenrohrs auf, so dass keine zusätzliche radiale Belastung auf die Antriebs- und Abtriebswelle wirken. Bei dieser Bauart kann die Gelenkwelle ohne Zerlegen über geteilte Naben in Halbschalenausführung montiert und demontiert werden. Es entsteht eine reibschlüssige Welle-Nabe-Verbindung. Für diesen spezifischen Anwendungsfall wurde die ZAE/150 ausgewählt, da sie die vorgegebenen Anforderungen der Schneidemaschine erfüllt.

Mit einem Nenndrehmoment von 150 Nm dient sie als Verbindungselement. Die Komponenten der eingesetzten Gelenkwelle bestehen aus lebensmittelechtem Edelstahl. In dieser Ausführung wurde die Gelenkwelle mit den Metallbälgen verschweißt, um die Einhaltung von Hygienestandards zu gewährleisten. In der Praxis ermöglicht die Gelenkwelle ZAE ein gleichmäßiges Herunterfahren des Schneidemessers, was eine präzise Portionierung der Endlosstrang-Erzeugnisse sicherstellt. Ihre kardanische Innenabstützung fängt das Eigengewicht des Zwischenrohrs ab und ermöglicht somit die Überbrückung großer Achsabstände bis zu 6 m. Die ZAE-Gelenkwelle des Herstellers bietet also eine optimale Lösung für die beschriebene Applikation der präzisen und hygienischen Lebensmittelverarbeitung.
Die Komponenten, die in den Maschinen von heute eingesetzt sind, werden auch morgen an der Spitze stehen, wenn es darum geht, neue Herausforderungen anzunehmen und zu meistern. Anforderungen an Nachhaltigkeit, Energieeffizienz und Ressourcenschonung rücken immer stärker in den Fokus. Kupplungen werden dabei eine Schlüsselrolle spielen, indem sie helfen, Prozesse noch effizienter zu gestalten und Energieverluste zu minimieren. Ihre Fähigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit in Produktionsabläufe zu bringen, wird unerlässlich sein, um den steigenden globalen Bedarf zu decken und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck zu verringern. In diesem Kontext spielt der integrative Ansatz von R+W Antriebselemente eine wichtige Rolle. Die Experten des Herstellers bieten eine individuelle Beratung und Unterstützung. Sie arbeiten eng mit der Entwicklungsabteilung zusammen, um ganzheitliche Lösungen für die Anwender zu entwickeln, die nicht nur den technischen Anforderungen gerecht werden, sondern auch einen Beitrag zur Nachhaltigkeit leisten.