Produktivitäts- und Qualitätsverbesserung in der Lebensmittelindustrie durch optimierte Zerkleinerung mittels formoptimierter Werkzeuge, die additiv (LPBF) aus Schnellarbeitsstahl gefertigt werden.

Förderung

Das Projekt (IGF-Vorhaben-Nr.: 22329 BG, 01.03.2022 - 31.08.2024) wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) im Rahmen des Förderprogramms: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Hintergrund

Sogenannte Wolfmaschinen werden seit Jahrzehnten für die Zerkleinerung von biologischen landwirtschaftlichen Rohstoffen bspw. in der Wurstproduktion eingesetzt – und das nach wie vor nach dem gleichen Wirkprinzip. Eine gerichtete Kraft bewegt einen Rohstoff durch eine feststehende Lochscheibe, der dann durch ein Messer rotatorisch geschnitten wird.

Technische Innovationen der vergangenen Dekaden beruhen insbesondere auf Änderungen beim Antrieb sowie auf der Formgestaltung der Messer. Dies trug maßgeblich zur Durchsatzsteigerung aber auch zur Verbesserung der Endproduktqualität bei. Bedingt durch ein abtragendes Herstellverfahren (Bohren) blieben die Lochscheiben bzw. die Werkzeuge hingegen im Wesentlichen jedoch nahezu unverändert. Durch diese fertigungstechnischen Einschränkungen stößt die Weiterentwicklung des Prozesses der Verwolfung zunehmend an seine Grenzen. Theoretische Gedankenspiele bzgl. einer optimierten Gestaltung der Lochscheiben ließen sich bisher nicht bzw. nur unter einem unverhältnismäßig hohen Kostenaufwand in die Praxis umsetzen.

Der 3D-Druck bietet hier nun vollkommen neue Perspektiven. Grundsätzlich ist dieses Herstellverfahren durch einen aufbauenden Charakter gekennzeichnet. Somit besteht nun die Möglichkeit, sämtliche denkbaren Werkzeuggeometrien frei zu konstruieren und die sich daraus ergebenden Potentiale auszuschöpfen.

Zielstellung

Das Forschungsprojekt verfolgt die Konzeptionierung sowie Herstellung neuartiger Werkzeuge zur Lebensmittelbearbeitung beispielhaft für Scheiben in Wolfmaschinen aus Hartarbeitsstahl durch Laser Powder Bed Fusion (LPBF). In einem iterativen Prozess werden verschiedene Modelle erstellt und miteinander verglichen, um so die jeweiligen Auswirkungen der Prozessschritte detailliert analysieren und beschreiben zu können. Besonderer Fokus liegt dabei auf der Geometrie der „Bohrkanäle“. Unter Ausnutzung sämtlicher Vorteile, die die 3D-Druck-Technologie auf die Weiterentwicklung der Lochscheiben hat, wird bei folgenden Prozess- bzw. Produktparametern ein positiver Einfluss erwartet:

  • Steigerung des Durchsatzes um 20 %
  • Verbesserung der Produktqualität
  • Erhöhung der Produktsicherheit
  • Reduzierung des Energieeinsatzes um bis zu 30 %

Insbesondere im Hinblick auf die aktuellen weltpolitischen Entwicklungen und des in diesem Zusammenhang entstandenen „Arbeitsplan Energieeffizienz“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz kann dieses Forschungsprojekt einen Teil dazu beitragen, sowohl den Energie- als auch den Ressourceneinsatz im Prozess der Zerkleinerung von biologischen landwirtschaftlichen Rohstoffen in nationalen und internationalen Unternehmungen deutlich effizienter zu gestalten.

Partner

  • Hochschule Anhalt - Fachbereich Landwirtschaft, Ökotrophologie und Landschaftsentwicklung
  • Forschungsgemeinschaft Werkzeuge und Werkstoffe e.V. – FGW