Umbau und Re-Engineering einer industriellen Käsepresse
Für einen langjährigen Kunden führte MartCad die vollständige mechanische Konstruktion für den Umbau einer bestehenden industriellen Käsepresse durch.
Die Maschine war vom Kunden gekauft und anschließend an einen Endkunden verkauft worden, der damit eine andere Käsesorte mit abweichenden Produktabmessungen herstellen wollte. Daher konnte die ursprüngliche Pressenkonfiguration nicht unverändert übernommen werden.
Die bestehende Maschine arbeitete mit zwei großen Pneumatikzylindern von etwa Ø500 mm. Diese Zylinder waren nicht mehr lieferbar und eigneten sich nicht gut für die neue Anwendung. Deshalb wurde der Pressenbereich vollständig neu um vier kleinere, besser verfügbare Zylinder herum konstruiert.
MartCad übernahm die technische Bestandsaufnahme, die Kraft- und Druckberechnungen, die konstruktive Bewertung vorhandener Bauteile, die neue 3D-Konstruktion, die FEM-Berechnungen und die vollständige mechanische Arbeitsvorbereitung. Der Kunde führte die Überholung und die Steuerungstechnik aus.
Projektübersicht
Ausgangssituation: Eine bestehende Käsepresse musste für eine andere Käsesorte und andere Produktabmessungen angepasst werden.
Technische Herausforderung: Die ursprünglichen Zylinder waren nicht mehr lieferbar, und Pressenaufbau, Kraftverteilung, Führung und Drainageplatte mussten neu bewertet werden.
Vorgehensweise: Maschine vermessen, erforderliche Presskraft und Pressdruck berechnen, neues Vier-Zylinder-Konzept entwickeln, vorhandene Wellen prüfen, FEM-Analysen durchführen und Schutzzaun mit Zugangstüren ausarbeiten.
Ergebnis: eine vollständig neue mechanische Konstruktion, mit der die bestehende Maschine an die neue Produktionslinie angepasst werden konnte, wobei geeignete vorhandene Bauteile technisch begründet weiterverwendet wurden.
1. Ausgangslage: bestehende Maschine, neue Anwendung
Die Käsepresse war ursprünglich für eine andere Anwendung ausgelegt. Der neue Endkunde wollte eine andere Käsesorte mit anderen Abmessungen und anderen Prozessbedingungen herstellen.
Daher mussten unter anderem Presskraft, Hub, Position der Zylinder, Abmessungen der Drainageplatte und der verfügbare Bauraum in der Maschine neu bewertet werden.
Die beiden ursprünglichen Pneumatikzylinder mit etwa Ø500 mm waren nicht mehr lieferbar. Ein Ersatz durch einen vergleichbaren vorhandenen Typ war daher technisch und wirtschaftlich nicht attraktiv.
Es handelte sich daher nicht um eine einfache Überholung, sondern um ein vollständiges mechanisches Re-Engineering des Pressenbereichs.
2. Vermessung und Analyse der bestehenden Maschine
MartCad nahm die Maschine vor Ort vollständig auf und analysierte die bestehende Konstruktion technisch.
Dabei wurden unter anderem folgende Punkte erfasst und bewertet:
- die Hauptabmessungen der Maschine;
- die bestehende Rahmenkonstruktion;
- die Position von Wellen, Führungen und Montagepunkten;
- der verfügbare Bauraum für neue Zylinder;
- der Kraftfluss durch Pressplatte, Wellen und Rahmen;
- die Bewegungsfreiheit der Drainageplatte;
- der erforderliche Raum für Bedienung, Reinigung und Wartung;
- die Positionierung von Schutzzaun und Zugangstüren.
Auf Grundlage dieser Bestandsaufnahme konnte festgelegt werden, welche Bauteile erhalten bleiben konnten und welche neu konstruiert werden mussten.
3. Berechnung von Presskraft und Pressdruck
Für die neue Käsesorte und die geänderten Produktabmessungen wurde zunächst die erforderliche Gesamtpresskraft bestimmt.
Auf dieser Grundlage wurden die erforderlichen Zylinderkräfte und Pressdrücke berechnet. Diese Berechnungen bildeten die Grundlage für Auswahl und Positionierung der vier neuen Pneumatikzylinder.
Der Wechsel von zwei sehr großen auf vier kleinere Zylinder bot mehrere technische Vorteile:
- bessere Verfügbarkeit handelsüblicher Zylinder;
- gleichmäßigere Verteilung der Presskraft über die Drainageplatte;
- geringere Belastung pro Befestigungspunkt;
- einfachere Wartung und Austausch;
- eine besser in den vorhandenen Rahmen integrierbare Konstruktion.
4. Neues Vier-Zylinder-Konzept
In enger Abstimmung mit dem Kunden wurde ein vollständig neues Pressenkonzept entwickelt.
Die neue Konstruktion umfasste unter anderem:
- vier kleinere Pneumatikzylinder anstelle von zwei großen Zylindern;
- eine neue Positionierung der Zylinder;
- eine angepasste Krafteinleitung in die Pressenkonstruktion;
- eine neue Drainageplatte;
- Anpassungen an vorhandenen Rahmen- und Montageteilen;
- eine verbesserte Zugänglichkeit für Montage, Reinigung und Wartung.
Durch die Verteilung der Zylinder auf mehrere Punkte wurde die Presskraft gleichmäßiger in die Drainageplatte und die bestehende Maschinenkonstruktion eingeleitet.
5. Prüfung vorhandener Wellen auf Knicken und Verkanten
Ein wichtiges Ziel war die Weiterverwendung vorhandener Wellen und Führungen, sofern dies konstruktiv vertretbar war.
Die Wellen, an denen die Drainageplatte hing, wurden deshalb auf Festigkeit und Knickbelastung berechnet.
Zusätzlich wurde untersucht, ob die Drainageplatte während der vertikalen Bewegung verkanten konnte. Beim Verkanten bewegt sich eine Platte nicht vollständig parallel, wodurch sich die Führungen gegeneinander verspannen und die Platte ruckeln oder blockieren kann.
Dieses Risiko ist besonders relevant, wenn eine Platte an mehreren Wellen hängt und die Belastung nicht exakt gleichmäßig verteilt ist.
Durch die Kombination aus Kraftberechnungen, Führungsanalyse und Kontrolle der relativen Bewegung konnte bewertet werden, ob die vorhandenen Wellen und Führungen für die Weiterverwendung in der neuen Konfiguration geeignet waren.
6. FEM-Berechnungen von Konstruktion und Drainageplatte
Die angepasste Konstruktion wurde mit FEM-Berechnungen auf Spannung und Verformung geprüft.
Dabei wurde nicht nur der normale Betriebszustand untersucht, sondern auch ein Worst-Case-Szenario, bei dem die Belastung möglichst ungünstig in die Konstruktion eingeleitet wurde.
Die Drainageplatte wurde separat berechnet, um zu beurteilen:
- wie sich die Presskraft über die Platte verteilte;
- welche maximale Verformung auftreten konnte;
- wo die höchsten Spannungen auftraten;
- ob die Platte ausreichend steif blieb;
- ob lokale Überlastung oder Schiefstellung entstehen konnte.
Auch vorhandene Konstruktionsteile und Wellen wurden bei Bedarf in die Berechnungen einbezogen, sodass die Weiterverwendung nicht auf Annahmen, sondern auf technischer Bewertung beruhte.
7. Schutzzaun, Zugangstüren und sicherheitsorientierte Konstruktion
Rund um die Maschine musste ein Schutzzaun mit Zugangstüren vorgesehen werden.
MartCad arbeitete den mechanischen Aufbau dieses Schutzzauns in Verbindung mit den vorgesehenen Sicherheitssystemen aus.
Dabei wurde berücksichtigt:
- die Positionierung der Zugangstüren;
- die erforderliche Abschirmung bewegter Teile;
- die Positionierung von Türsicherungen und Sicherheitssystemen;
- ausreichender Zugang für Reinigung und Wartung;
- die Erreichbarkeit von Bedien- und Servicestellen;
- die Integration des Schutzzauns in die bestehende Maschinenaufstellung.
Der Kunde übernahm die endgültige Steuerung und die Sicherheitsfunktionen; MartCad arbeitete die mechanische Integration und das Zusammenspiel aus.
8. 3D-Konstruktion und Arbeitsvorbereitung
Nach der technischen Bestandsaufnahme und den Berechnungen wurde die vollständige Maschinenanpassung in 3D-CAD ausgearbeitet.
MartCad übernahm unter anderem:
- das vollständige 3D-Baugruppenmodell;
- die neue Zylinderanordnung;
- die angepasste Pressenkonstruktion;
- die Drainageplatte und die zugehörigen Montageteile;
- Anpassungen an vorhandenen Komponenten;
- Kollisions- und Bauraumprüfungen;
- vollständige Fertigungs- und Detailzeichnungen;
- Zeichnungen für Blechteile;
- Zeichnungen für Dreh- und Frästeile;
- eine vollständige Stückliste mit Kaufteilen, Blechteilen und zerspanten Bauteilen;
- technische Abstimmung mit dem Kunden vor der Umsetzung.
Die ausgearbeiteten Zeichnungen und die Stückliste bildeten die Grundlage für Einkauf, Fremdvergabe, Fertigung, Montage und Überholung der Maschine.
Weitere Informationen zu unserer Arbeitsweise finden Sie unter 3D-Scanning , 3D-Vermessung en reverse engineering .
Ergebnis
Die bestehende Käsepresse wurde mechanisch für eine andere Käsesorte und andere Produktabmessungen neu konstruiert.
Nach Abschluss verfügte der Kunde über:
- eine neue Vier-Zylinder-Anordnung;
- berechnete Presskräfte und Pressdrücke;
- eine konstruktiv geprüfte Drainageplatte;
- bewertete vorhandene Wellen und Führungen;
- technische Nachweise gegen Knicken und Verkanten;
- FEM-Berechnungen für Normal- und Worst-Case-Belastung;
- einen ausgearbeiteten Schutzzaun mit Zugangstüren;
- vollständige 3D-CAD-Dokumentation und Fertigungszeichnungen;
- eine vollständige Stückliste für Kaufteile, Blechteile sowie Dreh- und Frästeile.
Wo vorhandene Bauteile technisch geeignet waren, konnten sie weiterverwendet werden. Neue Teile wurden nur dort hinzugefügt, wo die geänderte Anwendung und die Berechnungen dies erforderlich machten.
Der Kunde führte die mechanische Überholung und die Steuerung aus; MartCad lieferte die vollständige mechanische Konstruktion und Arbeitsvorbereitung.
Fazit
Diese Fallstudie zeigt, wie eine bestehende Industriemaschine durch gezieltes Re-Engineering für eine vollständig neue Anwendung geeignet gemacht werden kann.
MartCad kombinierte technische Bestandsaufnahme, Kraft- und Druckberechnungen, Prüfung auf Knicken und Verkanten, FEM-Analyse, sicherheitsorientierte Maschinenkonstruktion und vollständige 3D-CAD-Ausarbeitung.
Dadurch konnte die Käsepresse an eine andere Käsesorte und andere Produktabmessungen angepasst werden, während vorhandene Bauteile, soweit möglich, technisch begründet weiterverwendet wurden.
Weitere Beispiele vergleichbarer Projekte finden Sie auf unserer Portfolio-Seite .
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