Roboter ersetzen in zunehmendem Maße Menschen in Lebensmittelverarbeitungsbetrieben. Einer der Vorteile ist, dass dort, wo Roboter arbeiten, eine Produktkontamination durch Personal vermieden wird. Das Problem ist, dass einige Produkte, darunter empfindliches Obst und Gemüse, für die Handhabung durch Roboter zu empfindlich sein können.
Das Deutsche Institut für Lebensmitteltechnik hat das Problem erkannt und sich der Herausforderung gestellt, eine Technik zu entwickeln, die empfindliche Produkte handhabt, ohne sie zu beschädigen. Das Ziel war dreifach:
- Entwicklung eines neuartigen Elastomer-Greifers (einer Polymerart) für die hygienische Handhabung von unverpackten Lebensmitteln
- Entwicklung eines Robotergreifers, der empfindliche Gegenstände greift, ohne sie dabei zu zerstören
- Einen flexiblen und sicheren Greifer zum Greifen von Lebensmitteln unterschiedlicher Form, Größe und Oberflächenbeschaffenheit zu entwickeln.
Das Ergebnis ist der neuartige Elastomer-Greifer zur hygienischen Handhabung unverpackter Lebensmittel durch Roboter.
„Inspiriert wurde das Design von der menschlichen Hand, die eine sehr hohe Flexibilität beim Greifen und Halten hat“, sagt Knut Franke vom Institut, der die Idee auf der diesjährigen Anuga FoodTec in Köln vorstellte.
„Dies wird durch die fünf Finger erreicht, die mehr oder weniger einzeln bewegt werden können“, sagte er. „Außerdem können menschliche Finger beim Greifen und Halten Konturen folgen. Der andere Aspekt war die Möglichkeit, es ohne mechanische Gelenke sehr kompakt zu gestalten. Durch das weiche Material wird die Greifkraft nicht so punktuell wie bei harten Greifern, sondern auf eine größere Fläche verteilt, wodurch Kraftspitzen reduziert werden.“
Die Greiftechnologie auf Elastomerbasis hat ein hohes Potenzial für die Handhabung von Lebensmitteln und bietet gegenüber herkömmlichen Greifern mehrere Vorteile, darunter Hygiene und Flexibilität.
Die Technologie ist anpassungsfähig genug, um Produkte unterschiedlicher Formen und Größen zu greifen, und sie ist einfach herzustellen. Da es TPE (Spritzguss) verwendet, kann es kostengünstig hergestellt werden. Auch das Greifsystem ist vielseitig einsetzbar.
Anforderungen an Greifer für Lebensmittel
Auch wenn es nach einer relativ einfachen Technologie aussieht, müssen Greifer mehrere Anforderungen erfüllen, um in Lebensmitteln eingesetzt zu werden. Heute gibt es verschiedene Arten von Greifern auf dem Markt, darunter mechanische Greifer, pneumatische Greifer (Über- und Unterdruck), elektrische Greifer und Klebegreifer. Nicht alle sind für empfindliche Lebensmittel geeignet.
Beispielsweise können mechanische Greifer durch die Greifkraft herausgefordert werden, sagte Franke. Sie verwenden in der Regel eine form- oder kraftschlüssige Verbindung, die zu Produktschäden führen kann. Da Vakuumgreifer Flüssigkeiten in die Systeme saugen, kann ihr Einsatz zu Ablagerungen und möglichen Verunreinigungen führen. Infolgedessen ist beides in Bezug auf Lebensmittelsicherheit und -qualität nicht geeignet.
Technisch gesehen müssen Greifer in der Lebensmittelverarbeitung eine Reihe von Anforderungen erfüllen, so Franke, darunter Greifzeit und -länge, Greifkraft und Anzahl der zu greifenden Teile.
Zu greifende Objekte werden von einer Reihe von Faktoren beeinflusst, darunter Form, Masse, Oberflächenbeschaffenheit, Trockenheit, Klebrigkeit und Festigkeit. Festigkeit und Form sind bei der Verarbeitung von Produkten besonders wichtig. Umgebungsbedingungen, einschließlich Temperatur und Feuchtigkeit, sind ebenfalls zu berücksichtigende Punkte. Auch Flexibilität ist gefragt, gerade im Umgang mit der natürlichen Variabilität von Lebensmitteln.
„Generell basiert das Prinzip der Elastomergreifer auf mechanischen Greifern“, sagt Franke. „Aber anstelle von Hartmetall oder Kunststoffmaterialien werden weiche Elastomere als Greifermaterial in Kontakt mit der Lebensmitteloberfläche eingesetzt.“
Der zweite Hauptunterschied ist das Funktionsprinzip des Greifers.
„Da nur die weichen Finger durch Druck gebogen werden, sind keine Gelenke oder ähnliche Konstruktionen erforderlich, was diese Greifer mechanisch recht einfach macht“, sagte er.
Das vielleicht wichtigste Merkmal ist jedoch sein kompaktes Design, das ihn zur idealen Wahl für den Einsatz in Umgebungen mit hohen hygienischen Anforderungen macht.
„Das Greiferdesign ist vollständig reinigbar, da Löcher und Spalten vermieden wurden, in denen sich Produktreste ansammeln können“, sagt Franke.
Das Design macht es besonders reinigungsfreundlich, was für lebensmittelverarbeitende Betriebe ein Plus ist.
Das Greiferdesign ist das Ergebnis eines deutschen Forschungsprojekts von drei verschiedenen Forschungsinstituten. Das Deutsche Institut für Lebensmitteltechnologie hatte die Idee zu dem Projekt sowie die Erfahrung mit Greifanwendungen für Lebensmittel. Der Fraunhofer AVV führte die Konstruktion durch, das Deutsche Institut für Kautschuktechnik wählte die Elastomerwerkstoffe aus.