Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Prozessautomatisierung: Ausgabe 10/2016, 03.10.2016

Exakte Schnitte dank innovativer Technik

Die Käsemanufaktur Gebrüder Eberle in der Schweiz wünschte sich mehr Prozesssicherheit und setzte zum Schneiden der Käsespezialitäten auf eine Zelle mit Fanuc Roboter. Seither kann die Manufaktur perfekte Käsescheiben verpacken und verkaufen.

Autor: Bernhard Foitzik freier Journalist

Bilder: FANUC Switzerland GmbH

Ob rund oder eckig, hart oder weich – das vielfältige Käseangebot der Manufaktur macht es nicht leicht, jeden Käse in perfekte Scheiben zu schneiden. Für Roboter ist das jedoch keine Herausforderung. So erledigt er seine Aufgabe – möglichst gleichmässige Scheiben von Käselaiben abzuschneiden – optimal.

Dabei ist die neue Roboterzelle lediglich eine Ersatzinvestition. Bislang hat die Manufaktur die Käselaibe in einer komplexen mechanischen Vorrichtung geschnitten. Die Nachteile dieser Methode sind eine geringe Flexibilität und ein hoher Reinigungsaufwand. Der Nutzen durch die Roboterzelle ist für Max Eberle einfach zusammengefasst: «Wir sind bei einer neuen, störungsunanfälligen Technologie angekommen.»

Besondere Spezialitäten brauchen besondere Methoden.

Geschichtete Käse, wie Nuss- oder Früchtekäse, gehören neben vielen anderen veredelten Käsesorten zu den Spezialitäten der Gebrüder-Eberle-Käsemanufaktur. Im hart umkämpften Markt für Käse sind neben Tradition immer neue Ideen gefragt, wie Max Eberle sagt. «Wir konzentrieren uns auf qualitativ hochwertige Spezialitäten und setzen sowohl bei den Produkten als auch in der Produktion immer auf Innovationen.» Zusammen mit seinem Bruder Felix führt er das Unternehmen mit 15 Mitarbeitern.

Die Referenzen des Systemintegrators im Lebensmittelbereich waren mit ein Grund, warum Robofact den Auftrag für die Automatisierung der neuen Schneidzelle bekam. «Das Konzept, das uns die Spezialisten vorgelegt haben, erwies sich von Anfang an als optimal. Die geografische Nähe hat insbesondere während der Projektentwicklung und bei der Inbetriebnahme geholfen», erklärt Max Eberle.

Ganzer Käse rein, exakte Scheiben raus.

Der Zellenaufbau ist einfach. Ein Zuführband schleusst die manuell aufgelegten Käselaibe von einer Seite in die Zelle ein. Auf dem Zuführband lassen sich auch mehrere Laibe nebeneinander platzieren. Das Band positioniert den Käse bis an eine Schnittkante. Dann schneidet der Roboter eine Scheibe ab, die gezielt auf das Austragsband fällt, während das Zuführband wieder in Schnittposition getaktet wird. Die aus der Zelle geförderten Scheiben nehmen Mitarbeiter ausserhalb der Zelle manuell vom Band und legen sie für eine Maschine bereit, die die Scheiben in Blistern versandfertig verpackt.

In der Zelle arbeitet ein sechsachsiger Roboter des Typs LR Mate 200iD/7C mit 717 mm Reichweite und einer maximalen Traglast von 7 kg. Aus hygienerechtlichen Gründen kommt der Roboter in Cleanroom-Ausführung zum Einsatz, denn die Zelle wird mehrmals am Tag in einer Waschstrasse gereinigt. Fabian Anderegg, Bereichsleiter Food beim Systemintegrator Robofact: «Zum einen gibt es regelmässige, vorgeschriebene Intervalle, in den Mitarbeiter die Zelle reinigen müssen. Ausserdem putzen sie den Roboter nach jedem Produktwechsel.»

Einfache Bedienung.

Der Roboter arbeitet mit einer Standardsoftware. Als Zellensteuerung dient ein Beckhoff-PC. Die Bedienung läuft über einen Touch Screen mit Visualisierung. Die Oberfläche ist lebensmittelkonform völlig glatt und ohne Kanten gestaltet, an denen sich weder Schmutz noch Produktreste fangen können. Über das Touch Panel wählt der Bediener das jeweilige Programm. Auf dem Monitor ist eine grafische Darstellung hinterlegt, aus der abzulesen ist, ob die Zelle einwandfrei funktioniert (grün) oder an welcher Stelle eine Störung (rot) vorliegt. Fabian Anderegg: «Die Oberfläche gestalten wir immer nach Kundenwunsch – so einfach und übersichtlich wie möglich.»

«Rennen» muss der Roboter nicht. Die Manufakturinhaber haben die Zelle nicht angeschafft, um mehr Scheiben pro Schicht zu schneiden als bisher. Die Technik hat den Output geringfügig gesteigert, was ein Nebeneffekt sei. Ziel sei in erster Linie gewesen, prozesssicherer arbeiten zu können, weniger Aufwand als mit der bis dahin eingesetzten starren Schneideinrichtung zu haben und insgesamt flexibler zu sein. Der Roboter könnte sicher schneller schneiden, doch der anschliessende manuelle Prozess macht das überflüssig. Mit der bis dahin eingesetzten Mechanik liessen sich die Käselaibe nur in Z-Richtung schneiden. Mit dem sechsachsigen Roboter lässt sich das «Messer» auch abwinkeln, mit dem Vorteil, beim Schneiden auf die – je nach Konsistenz – unterschiedliche Verdrängung der Käsemasse Einfluss nehmen zu können.

Leichte Reinigung.

Auch wenn keine grosse Eile besteht, wechselt das Putzteam bei jedem Reinigungsvorgang die Transportgurte. «Das lässt sich ohne Werkzeug erledigen», so Anderegg. Dazu hat Robofact einen eigenen Schnellspannmechanismus entwickelt – und erfüllt damit den Wunsch von Eberle nach einem schnell und leicht austauschbaren Förderbandsystem. Die Profis verwenden ein lebensmittelkonformes Band mit relativ glatter Oberfläche. So soll möglichst wenig von den frisch geschnittenen Käsescheiben haften bleiben. Allfällige Rückstände werden auf der Unterseite der Fördereinrichtung abgestreift.

Scharfe Schnittkanten.

Zum Schneiden des Käses kommt eine Titansonotrode zum Einsatz. Das Schneidwerkzeug in Form eines Messers lässt sich gezielt per Ultraschall anregen. Mit den entstehenden mechanischen Schwingungen arbeitet sich das Werkzeug durch den Käse. Richtig eingestellt, entsteht das Amplitudenmaximum direkt an der Schneide. Roboter und Sonotrode sind so entkoppelt, dass der LR Mate von den Schwingungen nicht tangiert wird.

In der Umsetzungsphase haben Max Eberle und die Roboterexperten weitere Ideen entwickelt und beispielsweise den Einsatz eines Visionsystems diskutiert. Mit einer Kombination aus Waage und 3D-Kamera liesse sich die Schnittbreite für jeden Schnitt variabel halten. Eine Nachrüstung der jetzigen Roboterzelle sei jedenfalls im Bereich des Machbaren.


Weitere Informationen:
FANUC Switzerland GmbH
www.fanuc.ch




Der sechsachsige Roboter ist aus hygienerechtlichen Gründen in der Cleanroom-Ausführung im Einsatz