Neues aus unserem Unternehmen

zurück zur Übersicht

Maier Heidenheim entwickelt Drehdurchführung für PTM mechatronics

Teil des Service- und Laborbereichs bei Maier Heidenheim.

Gerührt und gespart

PTM mechatronics hat eine rationelle Lösung für Betriebe entwickelt, die unter Atex-Bedingungen Flüssigkeiten in einer Vielzahl an Behältern rühren müssen. Statt eines Rührwerks pro Behälter wird ein verfahrbarer Druckluftmotor installiert, der sich die einzelnen Rührstäbe greift. Ermöglicht wurde die kostensparende Innovation durch die Unterstützung des Drehdurchführungs-Spezialisten Maier Heidenheim.

Wer die PTM mechatronics GmbH in Egenhofen besucht, findet sich in ländlicher Beschaulichkeit zwischen Augsburg und München wieder. Doch Idylle und Innovation sind hier keine Gegensätze – immerhin zählt das 1988 gegründete Unternehmen zu den weltweit gefragten Spezialanbietern, wenn es um Druckluftmotoren und Greifer für den Einsatz in besonderen Umgebungen geht. Pneumatische Motoren für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen etwa bei der Herstellung von Chemikalien und Lacken, meerwasserbeständige Antriebe für den Einsatz auf Bohrinseln oder in Tauchgeräten, Edelstahlmotoren für Rührwerke in der Lebensmittelproduktion sowie Greifer für unterschiedliche Anwendungen vom Roboter bis zum Reinraum: In all diesen Marktnischen genießen die Produkte und Lösungen von PTM mechatronics einen erstklassigen Ruf. „Die Vorteile des Druckluftmotors gegenüber dem Elektromotor liegen vor allem darin, dass keine Funken entstehen und das Material optimal an die Anforderungen im Einsatz angepasst werden kann“, erläutert Carsten Angermeyer, Inhaber und Geschäftsführer von PTM mechatronics.

Radialkolbenmotor für Einsatz beim Ex-geschützten Rühren

Eine Besonderheit des Unternehmens ist die Motorentechnologie: Statt auf Lamellenmotoren setzt PTM mechatronics auf Druckluftmotoren mit Radialkolben, die ähnlich wie bei einem Sternmotor um die Antriebswelle herum angeordnet sind und über eine Drehschiebersteuerung in Rotation versetzt werden. Dem Anwender bringt diese Bauart zwei bedeutende Vorteile: Schon bei niedrigen Drehzahlen lassen sich hohe Drehmomente erzielen, und der Druckluftverbrauch ist im Vergleich zum Lamellenmotor um bis zu 90 Prozent geringer. „Gerade bei Rührwerken in explosionsgeschützter Umgebung können unsere Radialkolbenmotoren ihre Vorteile ausspielen“, sagt Angermeyer. Das kraftvolle Drehmoment ermöglicht auch das Rühren zähflüssigerer Stoffe, und im häufig erforderlichen Dauereinsatz führt der niedrige Druckluftverbrauch zu hohen Einsparungen bei den Energiekosten.

Oft lagert in Betrieben eine Vielzahl an Flüssigkeitsbehältern, die intervallweise durchgerührt werden müssen – so etwa bei der Mischung von Farben, Chemikalien oder Duftstoffen. In solchen Fällen wäre für den Betrieb die Anschaffung eines kompletten Rührwerks für jeden Behälter unverhältnismäßig teuer. Auf Basis eines Kundenprojekts, das genau diese Konstellation aufwies, entwickelte PTM mechatronics ein effizientes Konzept: Zum Einsatz sollte ein einziger Motor kommen, der auf einer automatisch verfahrbaren Vorrichtung montiert und an der Antriebswelle mit einem pneumatischen Dreibacken-Greifer ausgerüstet wird. Der Motor positioniert sich abwechselnd über einem Behälter, greift den darin eingehängten Rührstab, mischt die Flüssigkeit über einen vorgegebenen Zeitraum durch und fährt dann zum nächsten Behälter weiter.

Drehdurchführung ermöglicht Kraftübertragung auf rotierenden Greifer

Dabei stellte sich für PTM mechatronics eine knifflige Aufgabe: Weil der rotierende Greifer auf der Antriebswelle befestigt ist, galt es die Druckluft über ein Ventil am feststehenden Wellengehäuse in die rotierende Hohlwelle zu führen. Für diesen Zweck wird eine Drehdurchführung benötigt – ein technisch anspruchsvolles Produkt, auf dessen Entwicklung und Herstellung sich die Christian Maier GmbH & Co. KG im süddeutschen Heidenheim spezialisiert hat.

„Angesichts der technischen Rahmenbedingungen war schnell klar, dass hier keine Standardlösung in Frage kommt“, erinnert sich Florian Maier, Geschäftsführer von Christian Maier. Während sich die Vorgaben bei der Motoren-Geometrie mit konstruktiven Anpassungen umsetzen ließen, war für den Einsatz in explosionsgeschützter Umgebung ein größerer Aufwand erforderlich. Zulässig ist dort nur die Verwendung von Geräten mit Atex-Zertifizierung, die nur nach der erfolgreichen Absolvierung von umfangreichen Versuchsreihen erteilt wird.

Nachdem ein erster Prototyp zeigte, dass das Zusammenspiel zwischen der Maier-Drehdurchführung und der Motoren- und Greifereinheit von PTM funktioniert, wurde bei Christian Maier das Konformitätsbewertungsverfahren eingeleitet. „Da wir bereits Atex-zertifizierte Drehdurchführungen im Lieferprogramm haben, konnten wir auf bereits vorhandene Erfahrungen zurückgreifen“, berichtet Florian Maier.

Erfolgreiche Atex-Zertifizierung

In aufwändigen Versuchen galt es sicherzustellen und zu dokumentieren, dass die Drehdurchführung weder Überhitzung noch Funkenschlag verursacht. Konkret bedeutete dies in der Atex-Kategorie 2G Temperaturklasse T3: Christian Maier musste die Konstruktion so sicher gestalten, dass die Oberflächentemperatur der Drehdurchführung unter keinen Umständen 200 Grad Celsius abzüglich eines Sicherheitszuschlages übersteigt. „Dieses Limit gilt auch für Extremsituationen, wenn vorhersehbare Störungen auftreten“, sagt Florian Maier.

Unter Verwendung von Temperatursensoren wurden entsprechende Versuche gefahren und unter anderem auch absichtlich Lagerschäden herbeigeführt, um das Temperaturverhalten der Drehdurchführung zu ermitteln. Ergebnis: Selbst unter ungünstigsten Bedingungen blieb die Oberflächentemperatur des Bauteils weit unterhalb des kritischen Bereichs. Damit war der Weg frei, um die Unterlagen und Protokolle beim TÜV Süd einzureichen, der dann für die Drehdurchführung eine sicherheitstechnische Bewertung und eine Atex-Zulassung ausstellte.

Reibungsverluste minimiert

Optimiert wurde im Rahmen der Versuche auch das Verhältnis von Dichtigkeit zu Reibungsverlusten. So führt ein hoher Anpressdruck bei der Dichtung zwar zu maximaler Dichtigkeit, erhöht jedoch innerhalb der Drehdurchführung den Laufwiderstand der Welle. Durch Federn wurde der Anpressdruck der Dichtung so justiert, dass bei Erhalt der Dichtfunktion der Reibungswiderstand und damit der Energieverbrauch auf ein Minimum reduziert wurde.

Mit der Kombination aus Druckluftmotor, Drehdurchführung und Dreibackengreifer verfügt PTM mechatronics nun über ein rationelles Konzept für Betriebe, die bislang entweder in eine Vielzahl an Rührwerken investieren mussten oder den wechselnden Einsatz einzelner Rührwerke auf wenig wirtschaftliche Weise von Hand bewerkstelligen mussten. „Unsere Lösung eröffnet die Möglichkeit, das Durchmischen von 20, 50 oder noch mehr Behältnissen zu automatisieren“, fasst PTM-Geschäftsführer Angermeyer die Vorteile zusammen. Dank der Atex-Zertifizierung ist die Installation der Anlagen auch in der Chemikalien- oder Lackherstellung problemlos möglich.

Übertragung des Konzeptes auf weitere Branchen

Nach der positiven Resonanz aus ersten Projekten denken die Tüftler bei PTM mechatronics und Christian Maier schon einen Schritt weiter. Ähnliche Konstellationen, bei denen Flüssigkeiten in einer großen Zahl an Behältern zu rühren sind, finden sich auch in der Lebensmittelbranche – etwa bei der Herstellung von Milchprodukten oder Getränken. „Hier müssen Rührwerke in der Regel den FDA-Standard für den Kontakt mit Lebensmitteln erfüllen, was mit Druckluftantrieben sehr gut realisierbar ist“, sagt Angermeyer. Dann könne die gute Zusammenarbeit mit Christian Maier künftig bei Bedarf auch auf FDA-zugelassene Baugruppen erweitert werden.