Het uiterste halen uit high-speed horizontale flow pack machines

Het gebruik van een conventionele opstelling met één motor en vertragingskast op uw horizontale flowpackmachine kan de reden zijn dat u niet de flexibiliteit en prestaties realiseert die u nodig hebt om de vraag bij te houden. Naarmate de vraag naar verpakte goederen blijft stijgen - een groeikans van $ 58 miljard volgens NielsenIQ - en consumenten die overschakelen op online koopgewoonten, worstelen veel fabrikanten met de historisch smalle marges en minder winstgevendheid van e-commerce in vergelijking met hun fysieke tegenhangers. Om de marges (en winst) te verhogen, wenden fabrikanten zich echter tot kanaalspecifieke assortimenten, zoals verschillende verpakkingen, bundels en verpakkingsgrootte, om kanaalconflicten te beperken en de marges te verhogen

content provided by Kollmorgen

Een verpakkings-OEM’er droomt van de ideale machine

Een marktleider in de ontwikkeling, productie en marketing van smalle en mid-web drukpersen voor de inline productie van etiketten, vouwdozen en kartonnen producten was op zoek naar een manier om de productiebehoeften van zijn eindgebruikers bij te houden. De huidige machines van de machinebouwer ondervonden fysieke beperkingen met betrekking tot efficiëntie, flexibiliteit en doorvoer, en men wilde opties onderzoeken om de eigen processen te verbeteren.

De huidige flowpackmachines van de machinebouwer gebruiken een combinatie van hitte, tijd en druk om een afdichting te maken met een set krimp & afdichtings verwarmingsstaven, meestal voor snacks, koekjes en zoetwaren. De staven draaien 360 graden en ontmoeten elkaar in het midden om een laag plastic te smelten die de twee lagen film aan elkaar bindt. Het is een reperteerbaar proces waarbij de machine elke keer dezelfde snelle afdichtingen en sneden moet maken, honderden keren per minuut.

Om echter verder te gaan dan het huidige aanbod, had de machinebouwer een lijst met wensen die, indien gerealiseerd, zouden helpen de prestatiedoelen te bereiken:

• Minder dan 15 boogminuten (deel van hoek) tolerantie tussen de twee verwarmingsstaven. Alles kan leiden tot onjuiste sealing of systeemcrashes.
• Vertraging en versnelling waardoor de machine rap kan overschakelen naar verschillende verpakkingslengtes.
• Een afstand van 80 mm (60 mm bij voorkeur) en 150 mm tussen de twee cross seal assen om verpakkingen van verschillende grootten te accommoderen.
• 8 mm maximale afwijking van de bovenas om schade te voorkomen als een product en cilinder botsen.
• Weinig tot geen onderhoud aan het aandrijfsysteem.

Beoordeling van de huidige machinebeperkingen

Een Kollmorgen-team onder leiding van Fabior Silvestrini, Technology Master bij Kollmorgen Italië, begon met een uitgebreide diagnose van de huidige machine. "Toen we de opdracht kregen om de prestaties en efficiëntie te verbeteren, vonden we een opvallend probleem," legde hij uit. "De verspilde energie en slechte besturing van een enkele motor met een mechanisch transmissiesysteem."

Bij een traditionele vertragingskast drijft een motor de gearbox aan die katrollen of tandwielen beweegt die zijn verbonden met cardanische assen die verbinding maken met verwarmingsstaven die worden gebruikt om de verpakking af te dichten. Deze aanpak heeft verschillende beperkingen en uitdagingen:

• Krimptangen kunnen niet zelfstandig bewegen en moeten worden gekalibreerd voor strikte uitlijning met het gebrek aan feedback controle waardoor een as 15 hoekige minuten uit de uitlijning kan halen.
• Meer bewegende onderdelen betekent meer onderdelen om te onderhouden, te repareren en te vervangen, waardoor de machine een paar dagen offline wordt gehaald. De onderdelen zijn ook luidruchtig en vereisen constante olie, wat rommelig en problematisch is voor voedselverpakkingsgebieden. En de reductiekast en katrollen kunnen terugslag ervaren, wat de machine kan beschadigen.
• Mechanische transmissie verplaatst meer totale massa in het systeem, waardoor versnelling en vertraging worden beperkt en de hoeveelheid product die kan worden doorgegeven, wordt verminderd.

Een Proof of Concept bouwen

Kollmorgen's gesprek met de OEM’er over productie-efficiëntie leidde tot een vraag: wat als de enkele motor in een flowpackmachine werd vervangen door twee direct drive motoren die op elke cilinder waren aangesloten? Het vervangen van de bestaande reductiekast door twee direct drive rotational (DDR) motoren zou de prestaties enorm verbeteren door elke verwarmingsbalk onafhankelijk van de andere te kunnen bedienen, waardoor een snellere productie mogelijk is door een nauwkeurigere en nauwkeurigere afdichting.

"We wisten dat we iets wilden dat gemakkelijk kon worden geïntegreerd in een bestaande OEM-productielijn," zei Silvestrini. "We zijn begonnen met het maken van een gesloten module die eenvoudig kan worden geïntegreerd." In tegenstelling tot een servomotor die de reductiekast aandrijft, is de DDR-motor direct gekoppeld aan de belasting, waardoor de reductiekast, tandwielen en katrollen niet meer nodig zijn. Een typische reductiekast kan bijvoorbeeld een terugslag van 1 boogminuten hebben. Kollmorgen's DDR-motor heeft een herhaalbaarheid die beter is dan 1 boogseconde. Dat is 60 keer betere hold control dan een conventionele reductiekast.

Het concept bewijzen

Na het maken van de proof-of-concept machine heeft Kollmorgen deze aan verschillende prestatietests onderworpen. Het gebruik van de twee DDR-motoren in combinatie met de controller voegde meer precisie toe aan het systeem: een verkeerde uitlijning tussen de twee kachels is nauwkeuriger, de snij- of invoerlengte kan nauwkeuriger worden vastgehouden en de hoekpositieregeling is nauwkeuriger. Deze precisie leidde tot verschillende prestatieverbeteringen:

1. In vergelijking met een typische servomotor zijn de DDR-motoren 10x nauwkeuriger, waardoor de stroomlimiet van 32 boogminuten wordt verlaagd tot 3,2 boogminuten, waardoor de levensduur van de kachels wordt verlengd.
2. De totale machinesnelheid steeg met 1,6x vanwege snellere start- en stopcycli, gaande van 640 ppm tot 1030 ppm voor verpakkingslengtes van 115 mm.
3. De productiviteit steeg met 50%, van 400 ppm naar 595 ppm voor verpakkingslengtes van 200 mm die zich uitstrekten tot 270 mm verpakkingslengten wanneer fysieke beperkingen van de afdichtingsmechanismen extra winst verhinderden.

De machine kon pakketten produceren die 2,3 keer kleiner waren met dezelfde snelheid, gaande van 115 mm tot 50 mm verpakkingslengte bij 640 ppm.De dual-drive proof-of-concept machine creëerde niet alleen prestatievoordelen, maar ook een veel eenvoudiger ontwerp. Het ontbreken van tandwielen resulteerde in minder algemeen onderhoud, minder geluid (20 dB reductie in vergelijking met mechanische transmissie) en geen mogelijke olieverontreiniging in het product. Dit verbeterde ook de machinebandbreedte met minder downtime, minder onderdelen die vervangen moesten worden en minder varianten in de bouw.

Meer over Cartridge DDR