Selbst seit Jahren bewährte Lösungen können durch innovative Konstruktionsansätze oft noch entscheidend verbessert werden. Diese Erfahrung machte Silverson, ein englischer Hersteller von Mischern mit hoher Scherwirkung, nachdem Schwierigkeiten bei der Beschaffung das Unternehmen dazu gezwungen haben, das einzige Standardprodukt seiner gesamten Produktpalette einem Redesign zu unterwerfen.


Als Hubmechanismus für seinen Labormischer mit hoher Scherkraft entschied sich Silverson letztendlich für einen Linearantrieb von Origa. Dieser Linearantrieb ersetzt den früheren komplexen Kettenantrieb aus eigener Produktion mit einer fertigen Mechatronikeinheit „von der Stange“. Dieser Antrieb dient gleichzeitig als wichtiges Bauelement, nämlich als Säule zum Abstützen des Scherkopfes auf seiner Grundplatte.

Mindestens 95 Prozent der Produkte von Silverson werden in Exportmärkte geliefert – ein Anteil, der in den 20 Jahren, in denen das Produkt hergestellt wird, ständig ausgebaut wurde.

„Die Käufer unserer Mischer wissen, was sie wollen: Bewährte Technologie für eine Aufgabenstellung, die eigentlich eine Schwerlastanwendung darstellt“, erklärt Alan Pepper, leitender Ingenieur des Unternehmens.

„Wir betreiben viel Konstruktionsaufwand für die Entwicklung von Mischköpfen mit hoher Scherwirkung für spezifische Anwendungsgebiete – die so unterschiedlich sein können wie Zahnpasta, Bohrschlamm, Bitumen oder Einsatzstoffe für die Brau- und Destillationsindustrie. Aber die Kunden setzend zunehmend immer wieder auf den gleichen Mischerantrieb mit Säule – eine Konstruktion, der sie aufgrund jahrelanger Erfahrung vertrauen."

Seit mehr als 60 Jahren ist Silverson auf die Herstellung von Mischern mit hoher Scherwirkung für die produzierende und verarbeitende Industrie in der ganzen Welt spezialisiert. Viele davon haben gewaltige Abmessungen und sind für kundespezifische Anforderungen maßgeschneidert. Aber alle werden sie nach den gleichen Prinzipien gebaut wie die deutlich kleineren Mischer im Labor- und Pilotmaßstab.

Vor einigen Jahren begann man bei Silverson, sich um die zukünftige Beschaffung der Rechteckrohre zu sorgen, die als Trägersäule verwendet werden. Gleichzeitig erkannte man, dass die Verchromung dieser Rohre – eine absolute Notwendigkeit für Reinraumumgebungen – ebenfalls immer schwieriger werden würde, da es sich bei der Spezialverchromung um einen aufwändigen und umweltbelastenden Prozess handelte.

„Wir hätten nach einem ähnlichen Ersatz suchen können, der wahrscheinlich in Indien oder China zu beschaffen gewesen wäre, und natürlich haben wir diese Möglichkeiten auch geprüft. Die Logistik wäre allerdings schwierig gewesen, also hätten wir größere Lagerbestände vorhalten müssen. So beschlossen wir, aus der Not eine Tugend zu machen und begannen, nach innovativen Konstruktionslösungen in unseren Breitengraden zu suchen.“

Die Säule des Silverson-Mischers dient als Gehäuse für den Hubmechanismus, welcher den Scherkopf in das Mischgefäß absenkt und wieder anhebt. Traditionell verwendete Silverson dafür einen Kettenantrieb, der in Eigenfertigung hergestellt wurde. Dieser Aufbau war aber mit einigen Problemen verbunden, die zwar von den Anwendern soweit akzeptiert wurden, aber auch eine Chance boten, die gesamte Mischerkonstruktion zu verbessern. Die Anzahl der Bauteile war hoch und die Zeiten für Fertigung und Montage enstprechend. Zudem ergab sich bei diesem Kettenantrieb das Problem, dass Soll-Positionen um 20 bis 30 mm überfahren wurden. Dies machte ein schnelles und gleichzeitig präzises Absenken des Scherkopfes sehr schwierig. Außerdem war die Kette einem ständigen Verschleiß ausgesetzt (das Anheben und Absenken einer überhängenden Last von 10 kg durch viskose Flüssigkeiten bis zu insgesamt 4-5 km über eine Lebensdauer von 10 Jahren stellt eine hohe Belastung dar), somit musste sie nach einem regelmäßigen Wartungsplan nachgespannt oder erneuert werden.

„In der Branche war man der Ansicht, es sei schließlich immer so gewesen, und bei den Produkten unseres Wettbewerbs war es nicht anders“, erklärt Alan Pepper. „Aber je mehr wir über eine Innovation nachdachten, desto spannender wurde es für uns. Die technischen Fragen waren lösbar; die große Unbekannte war die Vermarktung – wir würden einen verbesserten Mischer anbieten könnten, aber würden die Kunden den auch kaufen?“

Pepper und sein Entwicklerteam begannen, die Optionen für den Einkauf eines Linearantriebs zu prüfen, einerseits als Säule für den Mischkopf und andererseits als vertikaler Antrieb. Dabei benötigte Silverson aus Hygienegründen ein vollständig geschlossenes System mit glatten Oberflächen. Es musste dafür ausgelegt sein, die Last mit 100 mm/s anzutreiben und gleichzeitig das Problem des bisherigen Kettenantriebs, Positionen zu überfahren, zu lösen. Die Lebensdauer des Antriebs sollte der 10-jährigen Lebensdauer des gesamten Silverson-Mischereinheit zumindest entsprechen.

Es gab eine ganze Reiehen von Produkte, die diese Anforderungen erfüllten, daher wurden noch strengere Kriterien festgelegt, um die Auswahl weiter einzugrenzen. Eines dieser Kriterien war, dass der Antrieb integrierte Positionsschalter haben sollte, um kostenintensive und aufwändige Anforderungen bezüglich deren Kabelführung zu vermeiden. So fiel der Blick auf die Baureihe OSP-E von Parker Origa als Spitzenkandidat, und das Unternehmen wurde aufgefordert, seine Produkte zu präsentieren.

Die Origa Baureihe OSP-E ist in verschiedenen Größen und mit verschiedenen Spindel- und Zahnriemenantrieben erhältlich. Für die Anforderungen von Silverson wurde ein Trapezgewindespindelantrieb als beste Lösung ermittelt; ein Antrieb in der Baugröße 32 konnte sämtliche technischen Anforderungen von Silverson erfüllen, insbesondere auch die Forderung, dass der Antrieb nicht rückfahrbar sein sollte. Der Antrieb stellt eine als Systemlösung konstruierte Einheit dar, die alle erforderlichen Bauteile und Komponenten beinhaltet. Sie besitzt dabei eine große statische und dynamische Lastkapazität.

„Es gab zunächst ein kleines Problem mit der Gesamtform des Antriebs - eine Kleinigkeit, die ich durch entsprechende Konstruktionsänderungen leicht in den Griff bekommen hätte", sagt Alan Pepper. „Aber die Konstrukteure von Parker-Origa erklärten sofort, dass sie ein maßgeschneidertes Strangpressprofil für uns entwickeln würden und hatten innerhalb weniger Wochen schon die ersten Muster parat. Somit lagen die ersten Muster nicht nur in unserem knapp gesteckten Zeitplan vor sondern entsprachen auch exakt unseren Spezifikationen. Bei diesem Service wussten wir, dass wir unseren Lieferanten für die Antriebe gefunden hatten.“

Silverson ließ einige Antriebe umfangreiche Testprogramme durchlaufen, mit Lasten von 20 kg bei 200 mm/s. Und dies 24 Stunden am Tag. Dies entspricht immerhin der doppelten Geschwindigkeit, die in der Spezifikation gefordert wird. Der Labormischer erfordert eine Laufleistung von 4 km bei linearer Bewegung, wenn er seine vorgesehene Lebensdauer von 10 Jahren erreichen soll. Die Origa-Antriebe erreichten 18 km ohne irgendwelche Anzeichen von Verschleiß, worauf weitere aufwändige Tests an dieser Stelle abgebrochen werden konnten.

Für Silverson wird der Linearantrieb OSP-E mit einem Umkehrmotor von Oriental gekoppelt. Darin enthalten sind auch die Grenzschalter für die Umschaltung am Ende des Hubs; Sie dienen nicht nur als Bremse, sondern auch zur Vermeidung einer Überfahrung der Soll-Positionen.

„Parker-Origa hätte das Überfahren der Soll-Positionen auf den Bruchteil eines Millimeters reduzieren können, aber wir haben uns auf 2-5 mm für unsere Standardanwendungen geeinigt. Falls erforderlich, kann Origa uns aber auch Sonderanfertigungen anbieten. Ebenso haben wir Einheiten mit 1000 mm Länge als Standard festgelegt, aber wir wissen, dass Origa auch anwendungsspezifische Längen kurzfristig liefern kann.“

Bei der Untersuchung der Marktakzeptanz entschied sich Silverson für einen mehrstufigen Weg: Zunächst wurden allen Kunden Prototypen vorgeführt, erst danach erfolgte die schrittweise Markteinführung in den jeweiligen Exportmärkten. Eine Besonderheit stellt der US-Markt dar: Hier kommt ein 0,75 KW Motor zum Einsatz - die dreifache Leistung der europäischen Ausführung.

Mit der neuen Mischerkonzeption hat Alan Pepper und sein Team eine wahre Innovationslawine ausgelöst.  „Wir testen derzeit einen RS232-Port, um intelligente Module anschließen zu können; außerdem entwickeln wir eine anspruchsvollere Elektronik sowie kundenfreundlichere Anzeigemöglichkeiten und haben eine ganze Reihe weiterer Ideen, die wir unseren Kunden vorstellen wollen. Noch vor zwei Jahren hätten unsere Wettbewerber bei unserer Ankündigung, unseren Marktanteil mit einer verbesserten Version des an sich bewährten Mischerkonzepts ausbauen zu wollen, nur gelächelt. Heute dagegen scheint unser Konzept als neue Standardlösung mehr und mehr Nachahmer zu finden.“