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Die traditionelle Speiseeisherstellung der Eiskonditoren ist echte Handwerkskunst. Spezielle Maschinen produzieren im automatisierten Verfahren cremiges, festes Eis höchster Qualität.

Umrichter ermöglicht unbeschwerte Eiszeit

01 Der Diagonal-Freezer, die Speiseeismaschine von Kälte-Rudi, zeichnet sich durch seine patentierte Bauweise mit diagonal eingebautem Produktionszylinder und dem Rührwerk mit Knetfunktion aus

02 Mit der Umrüstung auf die FR-E700-Serie läuft der Diagonal-Freezer auch im Grenzbereich der Motorleistung weiter, wodurch sich die Maschinenverfügbarkeit und die Produktionseffizienz verbessert

03 Als technischer Leiter Elektrotechnik bei Kälte-Rudi ist Markus Moosmann für die komplette Steuerungs- und Softwareentwicklung zuständig und übernimmt die Koordination der Umsetzung seiner virtuellen Pläne

04 Der im Umrichter integrierte Kippschutz sorgt dafür, dass sich das Rührwerk auch dann weiterdreht, wenn der Motor im Überlastbereich arbeitet. Dazu regelt der Umrichter die Ausgangsdrehzahl kurzfristig zurück. Die Eismasse bleibt in Bewegung und das Produkt intakt

Ob Klassiker wie Vanille, Erdbeere, Schokolade oder experimentelle Sorten wie Orange-Basilikum, Lindenblüte-Karamell oder Sauerrahm-Kresse – Hauptsache cremig und fest soll Speiseeis sein. Um diese Qualität zu gewährleisten, ist eine ununterbrochene Produktion erforderlich. Kälte-Rudi setzt deswegen bei seinen Diagonal-Freezer-Eismaschinen einen Frequenzumrichter der FR-E700 Serie von Mitsubishi Electric ein.

Die traditionelle Speiseeisherstellung der Eiskonditoren ist echte Handwerkskunst. Speiseeis soll auf der Zunge zart schmelzen, intensiv aber natürlich im Geschmack und bloß nicht wässrig sein. Spezielle Eismaschinen sorgen im automatisierten Verfahren für entsprechend hohe Qualität. Auf keinen Fall darf die Eisproduktion ungeplant stoppen. Denn wenn der Motor des Rührwerks ausfällt und dadurch den Knet- und Gefrierprozess unterbricht, ist das Milcherzeugnis nicht mehr zu verwenden. Nicht nur Zutaten wie Milch und Geschmacksmittel, sondern auch Wasser und Strom sind dann verschwendet. Um diese Problematik endgültig zu beheben, setzte die Firma Kälte-Rudi, Marktführer im Segment der Speiseeismaschinen, zunächst versuchsweise in ihren Diagonal-Freezer (Bild 1) einen kompakten Frequenzumrichter der Serie FR-E700 (Bild 2) von Mitsubishi Electric ein. Der leistungsstarke, zuverlässige Umrichter überzeugt nicht nur mit integriertem Kippschutz.

Luft sorgt für Cremigkeit und Volumen
Kälte-Rudi blickt auf ein halbes Jahrhundert Firmengeschichte zurück und bietet heute neben Speiseeismaschinen unter anderem Pasteurisierer und Creme-Pasteurisierer an. Die mobilen Maschinen werden hauptsächlich in Eiscafés, Bäckereien, Konditoreien und Großküchen eingesetzt. Die Speiseeismaschine Diagonal-Freezer zeichnet sich durch seine patentierte Bauweise mit diagonal eingebautem Produktionszylinder und dem Rührwerk mit Knetfunktion aus. Die Anlage erzeugt cremiges Eis mit optimalem Volumen, Lagerfähigkeit und Haltbarkeitseigenschaften sowie minimal freiem Restwasser ohne Rückkristallisation. Je nach Modell verarbeitet sie zwischen 4 l und 16 l flüssiges Eisgemisch pro Produktionsvorgang. Markus Moosmann (Bild 3), technischer Leiter Elektrotechnik bei Kälte-Rudi, beschreibt den Prozess: „In der handwerklichen Herstellung von Speiseeis werden die Zutaten zunächst pasteurisiert. Natürlich könnte man auch eine bereits pasteurisierte Fertigmischung als Ausgangsbasis verwenden und den gewünschten Geschmack hinzufügen. Die meisten unserer Kunden legen jedoch Wert auf die Eigenherstellung des Eismixes als wesentlichen Teil ihrer Handwerkskunst. Anschließend kommt die zu verarbeitende Flüssigkeit in die Eismaschine. In dem Prozess wird Luft in der Flüssigkeit gebunden, wodurch das Eis seine cremige Konsistenz und gleichzeitig mehr Volumen erhält. Größere Maschinen mit einem Vier- Zylinder-Kompressor produzieren aus maximal 16 l Ausgangsmix 20 l bis 25 l verzehrfertiges Eis.“

Stillstand ist keine Option
Speiseeis ist ein schwer zu verarbeitendes Material, das den Antrieb oft bis zum Anschlag fordert. Im Vergleich zum Eis aus der Packung vom Supermarkt ist handwerklich hergestelltes Speiseeis wesentlich fester, idealerweise mit einem sehr viel geringeren Wasseranteil. Rührt die Maschine mehrere Liter Eismasse, bleibt das Eis nur aufgrund der Bewegung „flüssig“. Fällt das Rührwerk aus, wird aus der zähflüssigen Masse ein fester Eisklotz. Um ihn aus der Maschine zu lösen, müsste man ihn auftauen. Wie jedes Milchprodukt lässt sich einmal aufgetautes Speiseeis nicht mehr einfrieren, da sich durch diesen Vorgang zum Beispiel Salmonellen bilden können. Bleibt der Motor unplanmäßig während des Rührprozesses stehen, ist das Produkt also nicht mehr zu verwenden. Der Eiskonditor muss sämtliche Zutaten sowie Energie für den Antrieb und Wasser zur Reinigung abschreiben.

Kippschutz bei Überlast als Lösung
Um dieses immer wiederkehrende Problem endgültig zu lösen, machten die Automatisierungsexperten von Mitsubishi Electric dem Maschinenbauer den Vorschlag, Umrichter der FR-E700-Serie zu testen. Der integrierte Kippschutz soll dafür sorgen, dass das Rührwerk auch dann weiterdreht, wenn der Motor im Überlastbereich arbeitet (Bild 4). Dazu regelt der Umrichter die Ausgangsdrehzahl kurzfristig zurück. Kälte-Rudi stattete zunächst einen Prototyp mit einem FR-E740 aus und führt zahlreiche intensive Tests durch. M. Moosmann erklärt: „Die Tests haben gezeigt, dass sich die Überlasten durch den Kippschutz gezielt regulieren lassen. Geht der Motor tatsächlich einmal in den Überlastbereich, arbeitet der Umrichter mit reduzierter Drehzahl weiter. Die Eismasse bleibt also in Bewegung und damit erhalten.“ Mit der Umrüstung auf die FR-E700-Serie läuft die Eismaschine jetzt auch im Grenzbereich der Motorleistung weiter. Dadurch haben sich Verfügbarkeit und Produktionseffizienz verbessert. Somit trägt der ressourcenschonende Umrichter indirekt zu Einsparungen von Zutaten, Strom- und Wasserverbrauch bei.

Bis zu 40 % Stromersparnis
In den Diagonal-Freezer-Modellen setzt Kälte-Rudi den FR- E720 im 200-V- bis 240-V-Betrieb ein und den FRE740 für 380 V bis 480 V. Die FR-E700-Serie deckt einen Leistungsbereich von 0,55 kW bis 7,5 kW ab und hält hohen thermischen Belastungen von bis zu 105 °C stand. Die sensorlose Strom-Vektor-Regelung ermöglicht ein hohes Drehmoment größer 1:200 speziell bei Prozessstart und -ende. Die Drehzahl lässt sich über einen großen Bereich exakt einstellen. Zusätzlich verfügt die Serie mit der optionalen Kommunikationskarte FR-A7N über eine Profibus- Anbindung. Karte samt Abdeckung lassen sich problemlos und schnell an den Umrichter anstecken. Neben dem Kippschutz sorgt der Umrichter auch für eine nicht unwesentliche Energiereduzierung. „Eine mögliche Stromersparnis von bis zu 40 % ist bei Motoren von bis zu 6 kW durchaus ordentlich“, bemerkt M. Moosmann und führt weiter aus: „Die Mitsubishi Electric Komponente ist deutlich ausgereifter als das Konkurrenzprodukt, das wir bislang im Einsatz hatten. Integration, Handhabung und Erweiterung um optionale Zusatzfunktionen wie den Profibus- Anschluss sind per Stecksystem kinderleicht. Außerdem sind die Produkte sehr stabil und haben uns auch unter härtesten Einsatzbedingungen überzeugt. Der Service von Mitsubishi Electric ist sehr kundennah und problemorientiert. Die Mitarbeiter verfügen über hohe technische Kompetenz und reagieren umgehend auf unsere Anfragen. Die hohe Verfügbarkeit der Produkte spricht für sich. Außerdem deckt das weltweite Servicenetz von Mitsubishi Electric alle unsere Märkte ab, was bei Bedarf ein großer Vorteil ist.“

Funktionale Anforderungen erfüllt
Die Netzwerkfähigkeit mit Profibus-Anbindung war für Kälte-Rudi besonders wichtig. Denn dadurch können die Maschinenbau-Experten jederzeit den Betrieb des Umrichters in Echtzeit überwachen. Sollte sich ein Problem bei Umrichter oder Motor abzeichnen, kann der Service-Techniker vor Ort eingreifen. Dazu ist nur ein einfaches Programmierkabel an das HMI anzuschließen. Ein spezielles Zusatzkabel ist nicht nötig. Über die Software lassen sich Diagnosebausteine programmieren und sofort alle Daten auslesen. Die integrierte Safety-Off-Funktion nach DIN EN12855 bietet einen hohen Grad an Betriebssicherheit, da Steuer- und Regelkreis des Umrichters unabhängig voneinander arbeiten. Dadurch ist im Notfall ein sicherer, sofortiger Halt des Rührwerks gewährleistet.

Ausblick in die Zukunft
Der Diagonal-Freezer ist mittlerweile serienmäßig mit Umrichtern der FR-E700-Serie ausgestattet. Die Testergebnisse mit einem Pasteurisierer-Prototypen, der ebenfalls mit einem FR-E720 läuft, sind bereits so zufriedenstellend, dass die serienmäßige Ausstattung dieser Anlagenreihe noch im laufenden Jahr 2014 anvisiert ist. Dabei handelt es sich um eine Kompletterneuerung der Maschine, da ein Frequenzumrichter im Pasteurisierer bisher nur als kostenpflichtige Option erhältlich war. Aufgrund der Leistungsfähigkeit und der Stabilität der Umrichter kann bei gleichbleibender Leistung eine kleinere Motorengröße verwendet werden, was zu Kosten- und Energieeinsparungen führt. Im nächsten Schritt ist die Umrüstung des Cremekochers vorgesehen. Dazu soll demnächst ein Prototyp erstellt werden. Mittelfristig plant Kälte-Rudi zudem, das Bedienpanel und möglicherweise auch die Steuerung auf Mitsubishi Electric umzustellen. Maschinenbauer Kälte-Rudi hat außerdem mit der Entwicklung einer Speiseeis-Abfüllanlage begonnen. Damit können Eiskonditoren ihre klassischen und extravaganten Eiskreationen abgepackt für den Heimverzehr anbieten. Auch dabei will das Unternehmen eng mit Mitsubishi Electric zusammenarbeiten. „Die Abfüllanlage ist eine komplett neue Erfindung. Da werden die Automatisierungsexperten von Mitsubishi Electric zeigen können, was sie entwicklungstechnisch drauf haben. Denn hochwertiges, festes Speiseeis verkaufsfertig in ein Paket abzufüllen, ist durchaus eine Herausforderung“, so M. Moosmann. (no)

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Autorin:
Isabell Auer schreibt als freie Journalistin für Mitsubishi Electric. isabell_auer@web.de