Optimierung der Lebensmittel- und Getränkeproduktion: Die Rolle der Endschalter 802TM2 von Allen Bradley bei der Gewährleistung der Zuverlässigkeit

Einführung

Die Lebensmittel- und Getränkeindustrie ist einer der dynamischsten und sensibelsten Branchen der Branche. Die Anforderungen an Hygiene, Produktsicherheit, hohen Durchsatz und minimale Ausfallzeiten der Geräte sind von entscheidender Bedeutung. Jede Stunde Ausfall einer Produktionslinie kann zu erheblichen finanziellen Verlusten, einer Verschlechterung der Produktqualität und Reputationsrisiken führen. Effiziente Automatisierung und zuverlässige Komponenten sind entscheidend für einen störungsfreien Betrieb, insbesondere bei intensiven Reinigungs- und Desinfektionszyklen. Aus diesem Grund ist die Auswahl der richtigen Industriekomponenten, wie z. B. Endschalter, ein wesentlicher Bestandteil einer O&M-Strategie.

Kritische Komponenten

Allen Bradley 802TM2 Endschalter

Der Allen Bradley 802TM2 Endschalter, Teil der Serie 802T, ist ein Beispiel für eine hochfeste Industriekomponente, die für Hochleistungsanwendungen entwickelt wurde. In der Lebensmittelindustrie besteht seine Hauptaufgabe darin, die Position beweglicher Maschinenteile wie Förderbänder, Verpackungsmechanismen, Sicherheitstüren und Arbeitskörper von Abfüllmaschinen genau zu bestimmen. Seine Zuverlässigkeit und Genauigkeit sind die Hauptfaktoren, die die Sicherheit der Bediener und die Integrität technologischer Prozesse gewährleisten.

Zu den Hauptmerkmalen des 802TM2, die ihn für diesen Sektor geeignet machen, gehören:

Hoher Schutzgrad: Mit den Schutzklassen NEMA 4/13 (wasserdicht/öldicht) und häufig IP67 (gemäß DSTU EN 60529) hält der 802TM2 häufigen Wasch- und Desinfektionszyklen stand, was in der Lebensmittelindustrie Standard ist. Dadurch wird verhindert, dass Feuchtigkeit, Staub und aggressive Reinigungsmittel in die Innenteile eindringen.
Mechanische Beständigkeit: Das aus Gussmetall gefertigte Gehäuse bietet eine hohe Beständigkeit gegen mechanische Stöße und Vibrationen, was die Lebensdauer des Geräts bei ständiger Bewegung des Geräts verlängert.
Lange Lebensdauer: Diese Schalter sind für Millionen von Betriebszyklen ausgelegt und minimieren die Notwendigkeit eines häufigen Austauschs, wodurch Ausfallzeiten reduziert werden.

Weitere wichtige Komponenten in der Automatisierung der Lebensmittelindustrie:

Neben Endschaltern hängt der effiziente Betrieb der Lebensmittelindustrie von der Integration vieler anderer automatisierter Systeme ab:

Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS): Sie sind das „Gehirn“ der meisten automatisierten Linien. Sie empfangen Signale von Sensoren, einschließlich des 802TM2, und steuern Aktoren wie Motoren und Ventile, um die Abfolge und Synchronisierung von Prozessen sicherzustellen.
Näherungs- und Füllstandsensoren: Unverzichtbar für die berührungslose Erkennung der Anwesenheit von Objekten (z. B. Flaschen, Verpackungen) und die Kontrolle des Füllstands von Flüssigkeiten in Tanks. Oft aus Edelstahl gefertigt und mit einem hohen Schutzgrad (z. B. IP69K) ausgestattet, um direkter Hochdruckreinigung mit heißem Wasser standzuhalten.
Elektromotoren und Getriebe: Sorgen für die Bewegung von Förderbändern, Mischern, Pumpen und anderen Geräten. In der Lebensmittelindustrie werden häufig Spezialmotoren mit einem abgedichteten Gehäuse und einer korrosions- und reinigungsmittelbeständigen Beschichtung eingesetzt.
Pneumatische und hydraulische Ventile: Steuern Sie den Fluss von Flüssigkeiten und Gasen, was bei Dosier-, Füll- und Versiegelungsprozessen von entscheidender Bedeutung ist. Sie müssen gegenüber den Auswirkungen von Lebensmittelumgebungen beständig sein und hygienische Standards erfüllen.
Visuelle Inspektionssysteme: Nutzen Sie Hochgeschwindigkeitskameras und Software zur automatischen Produktqualitätsprüfung, Fehlererkennung, Füllstandskontrolle und Etikettierung. Dies trägt dazu bei, Qualitätsstandards einzuhalten und Ausschuss zu minimieren.

Typische Geräteanordnung

Stellen Sie sich eine typische Getränkeabfülllinie vor, die die Integration von Allen Bradley 802TM2-Endschaltern und anderen Komponenten veranschaulicht. Der Prozess umfasst normalerweise die Schritte Waschen und Desinfizieren des Behälters, Befüllen, Verschließen, Etikettieren und Verpacken.

Am Eingang der Linie (Behälterreinigung): 802TM2-Endschalter können die korrekte Positionierung und Anwesenheit von Flaschen im Förderband kontrollieren, bevor sie der Reinigung zugeführt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Maschine nicht versucht, leere Abschnitte oder falsch positionierte Flaschen zu verarbeiten.
Während der Füllphase: 802TM2-Schalter steuern die genaue Position der Flasche unter dem Füllkopf und aktivieren den Dosiermechanismus. Sie können auch dazu dienen, die endgültige Position der Füllmechanismen festzulegen.
Verschließen und Etikettieren: Nach dem Befüllen stellen andere 802TM2 sicher, dass die Verschlüsse korrekt angebracht und versiegelt werden und die Etiketten korrekt angebracht werden. Jede Abweichung von der Norm kann erkannt und die Linie gestoppt werden, um Störungen vorzubeugen.
Sicherheitssysteme: Gemäß DSTU EN ISO 14119:2021 werden Endschalter 802TM2 in Schutzzaun-Verriegelungssystemen eingesetzt. Dies bedeutet, dass die Maschine nicht betrieben werden kann, wenn die Schutztür geöffnet ist, was die Sicherheit des Personals gewährleistet.
Stapelerkennung: Auf Förderbändern können die 802TM2-Schalter Produktansammlungen oder -staus signalisieren und so Schäden an Behältern und Maschinen verhindern.

Fehlermodi und Auswirkungen auf Ausfallzeiten

Selbst zuverlässige Komponenten wie der Allen Bradley 802TM2 sind anfällig für Ausfälle. Das Verständnis dieser Modi ist der Schlüssel zur Entwicklung wirksamer Wartungsstrategien.

Typische Fehlerarten von Endschaltern:

Mechanische Abnutzung: Die beweglichen Teile des Hebels oder Stößels können, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten oder häufiger Betätigung, verschleißen, was zu ungenauer Betätigung oder völliger Blockierung führen kann. Dies kann durch abrasive Partikel in der Umgebung beschleunigt werden.
Korrosion und Kontamination: Trotz des hohen Schutzgrades kann eine längere Einwirkung von aggressiven chemischen Reinigungsmitteln, Dampf oder Speiseresten zu Korrosion von Metallteilen oder einer Verschlechterung der Dichtungen führen. Dadurch kann Feuchtigkeit eindringen und zu Korrosion an den Kontakten oder dem internen Mechanismus führen.
Elektrischer Verschleiß der Kontakte: Bei häufigen Schaltzyklen und dem Vorhandensein induktiver Lasten können die Kontakte verschleißen, Lichtbögen bilden und einen erhöhten Widerstand oder einen vollständigen Verlust der Leitfähigkeit verursachen.
Gehäuseschaden: Physische Stöße durch bewegliche Geräte, fallengelassene Werkzeuge oder unsachgemäße Handhabung können das Gehäuse des Leistungsschalters beschädigen und seine Versiegelung und innere Struktur zerstören.
Verbindungs-/Kabelfehler: Vibrationen, chemische Einwirkung oder mechanische Beanspruchung können Kabel oder Anschlüsse beschädigen und zu einem instabilen Betrieb oder einem vollständigen Ausfall führen.

Auswirkungen auf Ausfallzeiten und finanzielle Verluste:

Ausfallzeiten in der Lebensmittelindustrie sind extrem teuer. Es stoppt nicht nur die Produktion, sondern kann aufgrund von Verstößen gegen den technologischen Prozess oder Hygienestandards auch zum Verderb von Rohstoffen oder Fertigprodukten führen. Die Folgen eines Endschalterausfalls können weitreichend sein:

Direkte Verluste: Produktionsausfälle, die Notwendigkeit der Entsorgung verdorbener Rohstoffe (z. B. verderbliche Milchprodukte), Löhne für Personal, das seinen Aufgaben nicht nachkommt, sowie Kosten für Reparaturarbeiten.
Indirekte Verluste: Bußgelder wegen Nichteinhaltung von Lieferfristen, Verlust des Kundenvertrauens, Verlust des Markenrufs. Es besteht auch das Risiko der Nichteinhaltung regulatorischer Anforderungen, wie z. B. der DSTU ISO 22000-Standards, wenn gegen das Kontroll- und Aufzeichnungssystem verstoßen wird.

Die Gesamtkosten von Ausfallzeiten in großen Fertigungsunternehmen können zwischen 125.000 und 260.000 € pro Stunde liegen. In der Lebensmittelindustrie, wo die Folgen des Produktverderbs erheblich sind, können diese Werte zwischen 30.000 und 300.000 Euro pro Stunde liegen. Beispielsweise kann in einer Milchabfülllinie ein zweistündiger Stillstand aufgrund eines fehlerhaften Endschalters zu direkten Verlusten von 60.000 bis 600.000 € führen, einschließlich der Kosten für verdorbene Rohstoffe und Produktionsausfälle.

Strategien der präventiven und vorausschauenden Wartung

Um Ausfallzeiten zu minimieren und den Gerätebetrieb zu optimieren, werden zwei Hauptwartungsstrategien verwendet: präventive (PPO) und vorausschauende (PdO).

Vorbeugende Wartung (PPO):

PPO basiert auf geplanten, regelmäßigen Maßnahmen, die darauf abzielen, Ausfälle zu verhindern, bevor sie auftreten. Für Allen Bradley 802TM2 Endschalter umfasst dies:

Regelmäßige Inspektionen: Sichtprüfung auf mechanische Beschädigungen, Korrosionserscheinungen, Zustand von Dichtungen und Kabeln. Die Häufigkeit der Inspektionen kann je nach Betriebsbedingungen wöchentlich oder monatlich betragen.
Reinigung und Schmierung: Gründliche Reinigung von Produktrückständen und Desinfektionsmitteln. Schmierung beweglicher Teile (sofern vom Hersteller vorgesehen) mit Spezialschmierstoffen für die Lebensmittelindustrie (Klasse H1 nach ISO 21469).
Planmäßiger Austausch: Austausch von Endschaltern nach einem bestimmten Zeitintervall (z. B. alle 3–5 Jahre) oder nach Erreichen einer bestimmten Anzahl von Betätigungszyklen (z. B. 5–10 Millionen Zyklen), auch wenn sie normal funktionieren. Dies verringert das Risiko plötzlicher Ausfälle.
Überprüfung elektrischer Verbindungen: Kontrolle der Unversehrtheit der Kabel, des festen Sitzes der Anschlüsse und der Abwesenheit von Oxidation der Kontakte, um eine stabile Signalübertragung sicherzustellen.

Der Vorteil von PPO liegt in der Planbarkeit der Kosten und der Möglichkeit der Arbeitsplanung, es kann jedoch zum Austausch noch funktionsfähiger Komponenten führen.

Vorausschauende Wartung (PdO):

PDO nutzt die Zustandsüberwachung von Geräten in Echtzeit, um Ausfälle vorherzusagen und Wartungsarbeiten nur dann durchzuführen, wenn sie wirklich notwendig sind.

Überwachung der Anzahl der Aktivierungen: Der Anschluss des Endschalters an die SPS ermöglicht die Überwachung der Anzahl seiner Aktivierungen. Bei Annäherung an die vom Hersteller empfohlene maximale Zyklenzahl ist ein Austausch geplant.
Analyse der Betriebszeit: Eine längere Betriebszeit oder Signalinstabilität können auf mechanischen Verschleiß oder Verunreinigungen hinweisen.
Wärmebildtechnik: Obwohl sie für die Endschalter selbst weniger relevant ist, kann die Wärmebildtechnik für die mit ihnen verbundenen elektrischen Komponenten oder Motoren eine Überhitzung erkennen, die auf einen erhöhten Widerstand oder eine Fehlfunktion hinweist.
Vibrationsanalyse: Wenn der Endschalter an einem Mechanismus montiert ist, der Vibrationen ausgesetzt ist, können Veränderungen in seiner Natur auf mechanischen Verschleiß hinweisen, der sich indirekt auf den Schalter auswirkt.

PTO ermöglicht eine maximale Nutzung der Ressourcen der Komponente, reduziert ungeplante Ausfallzeiten und optimiert die Kosten für Ersatzteile, wodurch ungeplante Ausfallzeiten in geplante Arbeiten umgewandelt werden.

Beispiel für eine praktische Anwendung: Lösung eines Problems an einer Verpackungslinie

Bei einem großen Süßwarenunternehmen mit 24-Stunden-Betrieb trat ein Problem an der Süßigkeitenverpackungslinie auf. Ein Allen Bradley 802TM2 Endschalter kontrollierte die Position der Schalen, bevor sie gefüllt und geschlossen wurden. Jeden Tag stoppte die Linie unerwartet zwei bis drei Mal für einen Zeitraum von 15 bis 45 Minuten. Jede Stunde Stillstand kostete das Unternehmen aufgrund des Produktionsausfalls und der Notwendigkeit, teilweise verarbeitete Produkte zu entsorgen, rund 75.000 Euro.

Erstdiagnose: Die Störung konnte zunächst nicht eindeutig identifiziert werden. Die Betreiber vermuteten SPS-Ausfälle oder Softwareprobleme. Eine sorgfältige Analyse der Daten zeigte jedoch, dass die Stopps immer mit einem fehlenden Signal vom selben 802TM2-Endschalter einhergingen, der für die Verriegelung des Tabletts verantwortlich war.

Identifizierung der Ursache: Bei einer detaillierten physikalischen Untersuchung des im Intensivwaschbereich installierten Endschalters wurde ein mikroskopischer Riss in der Dichtung entdeckt. Obwohl der Schalter die Schutzart IP67 hatte, wurde die Dichtung durch regelmäßiges Hochdruckwaschen mit heißem Wasser (80 °C, 8 bar) irgendwann beschädigt. In das Innere eindringende Feuchtigkeit verursachte eine periodische Oxidation der Kontakte und einen instabilen Betrieb des Mechanismus, insbesondere nach dem Abkühlen des Geräts.

Lösung des Problems: Es wurde beschlossen, den fehlerhaften 802TM2 durch einen neuen zu ersetzen, wobei zusätzlich die Qualität der Montage und Abdichtung überprüft wurde. Die Ingenieure überarbeiteten außerdem den Plan für die vorbeugende Wartung (PPR), einschließlich einer vierteljährlichen Überprüfung des Zustands der Dichtungen aller Endschalter, die unter intensiven Waschbedingungen betrieben werden.

Ergebnis: Nach dem Austausch des Endschalters und der Implementierung eines neuen Inspektionsverfahrens stabilisierte sich die Verpackungslinie. In den nächsten drei Monaten wurden keine Ausfallzeiten im Zusammenhang mit diesem Schalter oder anderen ähnlichen Komponenten verzeichnet. Dies führte allein durch die Vermeidung ungeplanter Ausfallzeiten zu Einsparungen von rund 225.000 € in drei Monaten, ohne Verbesserungen der Gesamtproduktionseffizienz.

Ersatzteilmanagement

Ein effektives Ersatzteilmanagement ist für den reibungslosen Betrieb von Lebensmittelunternehmen von entscheidender Bedeutung.

Schlüsselstrategien:

Identifizierung kritischer Ersatzteile: Endschalter wie der Allen Bradley 802TM2, die für den Betrieb wichtiger Geräte von wesentlicher Bedeutung sind, müssen als kritische Ersatzteile identifiziert werden. Für einen schnellen Austausch im Fehlerfall ist die Verfügbarkeit von 1-2 Einheiten auf Lager zwingend erforderlich.
Optimierung der Lagerbestände: Es muss ein Gleichgewicht zwischen Lagerkosten und Ausfallrisiko gewahrt werden. Verwenden Sie für jede Komponente Daten zur Mean Time Between Failure (MTBF) und Durchlaufzeit. Berücksichtigen Sie beim 802TM2 mit einer MTBF von etwa 10–15 Millionen Zyklen die Nutzungsintensität Ihrer Leitung.
Standardisierung von Komponenten: Die Maximierung der Verwendung derselben Art von Komponenten in verschiedenen Linien vereinfacht die Bestandsverwaltung, reduziert die Vielfalt der erforderlichen Ersatzteile und vereinfacht die Personalschulung.
Zusammenarbeit mit Lieferanten: Durch den Aufbau enger Beziehungen zu zuverlässigen Lieferanten wie UNITEC-D können Sie deren Wissen und logistische Fähigkeiten nutzen. Mögliche Optionen sind Konsignationslager, in denen der Lieferant die benötigten Teile beim Kunden vorrätig hat, oder Express-Liefervereinbarungen.
Nutzung des E-Katalogs: Verwenden Sie den UNITEC-D E-Katalog, um Originalersatzteile, einschließlich Allen Bradley 802TM2-Endschalter, Sensoren, Motoren und andere Automatisierungskomponenten, schnell zu finden, zu bestellen und Informationen darüber zu erhalten.

Abschluss

In der Lebensmittelindustrie, wo die Gewinnmargen oft knapp sind und die Folgen von Ausfällen kritisch sind, entscheiden die Zuverlässigkeit der Anlagen und die Wartungseffizienz über den Erfolg. Die Endschalter 802TM2 von Allen Bradley sind dank ihrer Stärke, Genauigkeit und hohen Schutzart grundlegende Komponenten, die den unterbrechungsfreien Betrieb von Produktionslinien gewährleisten. Die Anwendung umfassender PPO- und P&O-Strategien, unterstützt durch ein effektives Ersatzteilmanagement und Zugriff auf Qualitätskomponenten über den UNITEC-D E-Catalog, ermöglicht es Unternehmen der Lebensmittelindustrie, Ausfallzeiten zu minimieren, Kosten zu optimieren und die höchsten Standards der Produktqualität und -sicherheit aufrechtzuerhalten.

Quellen

DSTU EN ISO 14119:2021 (EN ISO 14119:2013, IDT) Maschinensicherheit. Verriegelungsvorrichtungen für Zäune. Gestaltungs- und Auswahlprinzipien.
DSTU EN 60529:2018 (EN 60529:1991; A1:2000; A2:2013, IDT) Schutzgrade durch Gehäuse (IP-Code).
DSTU ISO 22000:2019 (ISO 22000:2018, IDT) Managementsysteme für Lebensmittelsicherheit. Anforderungen an jede Organisation in der Lebensmittelproduktionskette.
EN ISO 12100:2010 Sicherheit von Maschinen – Allgemeine Gestaltungsleitsätze – Risikobewertung und Risikominderung.
Technische Dokumentation zu Endschaltern der Serie 802T von Allen Bradley.