Macchine
di
imballaggio
Dove vengono impiegati i nostri
Per cambiare il formato di una confezione è necessario regolare a nuovo numerosi assi di una confezionatrice. In passato il cambio di formato veniva fatto mediante volantini, ma la regolazione manuale da parte dell’operatore può richiedere molto tempo. Inoltre non si possono escludere errori durante l’operazione di regolazione con conseguenti scarti di produzione o addirittura un fermo macchina. Vi mostriamo come si può automatizzare quest’operazione per tutti i moduli di lavorazione di una macchina prendendo come esempio le macchine della società Gerhard Schubert GmbH: premendo un pulsante viene effettuato il cambio di formato per altre confezioni esterne.
I sistemi di posizionamento intelligenti consentono di effettuare un cambio di
formato rapido e completamente automatico per diverse confezioni
Un cambio di formato rapido e flessibile è fondamentale per massimizzare l’efficienza delle linee di confezionamento automatizzate. La società Gerhard Schubert GmbH è leader di mercato nel settore delle macchine confezionatrici top-loading (TLM) e utilizza i sistemi di posizionamento (PSE) di halstrup-walcher per effettuare il cambio formato delle confezioni. I sistemi di posizionamento utilizzano una tecnologia di controllo intelligente per adattare i vari assi di una macchina al formato di imballaggio previsto per il prodotto da confezionare. In questo modo si risparmia tempo durante l’operazione di attrezzaggio, si riduce il numero di scarti, si evita il fermo macchina causato da impostazioni errate garantendo così un elevato standard qualitativo.
“La standardizzazione contribuisce a incrementare la produttività di un’azienda e proprio questo è importante per i nostri clienti e il confezionamento dei loro prodotti“, spiega Rolf Bögelein, tecnico di automazione presso Gerhard Schubert GmbH, che produce macchine per il confezionamento e altri prodotti tecnologici per i settori farmaceutico, cosmetico e alimentare. Tra i clienti più noti vi sono multinazionali come Nestlé, Danone e Unilever. Con la standardizzazione dei processi operativi nelle macchine, l’azienda vuole garantire la qualità sempre costante delle confezioni. Allo stesso tempo si vuole consentire ai clienti, di gestire in maniera flessibile il passaggio frequente tra confezioni di dimensioni diverse. La tendenza verso prodotti personalizzati e studiati su misura rende sempre più necessaria questa flessibilità e capacità di adeguamento.
Flessibilità grazie alla sruttura modulare degli impianti di confezionamento
Le macchine della Gerhard Schubert GmbH vengono utilizzate principalmente per il confezionamento di singoli prodotti in vassoi o scatole pieghevoli prima della spedizione. “La nostra gamma comprende formatori di scatole, raggruppatori, macchine di riempimento, di chiusura e palettizzazione”, spiega Bögelein.
Ogni impianto di confezionamento di Schubert viene realizzato con singole
macchine parziali. “La confezionatrice TLM più piccola può essere composta da
una singola sezione di macchina. In media però i nostri impianti sono composti
da cinque-sei macchine sezioni”, spiega Bögelein. I grandi impianti di
confezionamento arrivano fino a 11-15 di queste unità funzionali. L’impianto
più grande realizzato ad ora da Schubert è composto da 26 sezioni.
La standardizzazione consente di consegnare la macchina in tempi più brevi e
di adeguarla alle richieste individuali e ai processi di confezionamento dei
clienti.
Le sezioni di macchina sono composte da componenti di sistema TLM. “Tra questi vi sono, ad esempio, il robot F2 per la formatura, il riempimento e la chiusura delle scatole, il robot F3 per l’estrazione di materiale di imballaggio e il robot F4 a quattro assi. L’unità per applicazione pick-and-place preleva insieme al sistema TLM-Vision continuamente i prodotti dal nastro in movimento e li posiziona in una scatola, un vassoio oppure li raggruppa su un cosiddetto transmodulo”, spiega Bögelein. Questo transmodulo è il primo robot trasportatore al mondo che trasporta tutti i prodotti su un sistema su binari attraverso tutte le sezioni dell’impianto. Il sistema di guida dell’operatore, ovvero il computer principale dell’impianto di confezionamento, e il telaio macchina vanno a completare i componenti di sistema di Schubert.
Un formatore di scatole dispone, ad esempio, di un alimentatore di pezzi
orientabile che, contrariamente alle normali porte di protezione, è montato
in posizione ben accessibile nella parte anteriore della macchina.
L’alimentatore è un componente che deve essere ancora sostituito a mano a
seconda del formato da produrre. Durante il processo di produzione, un robot
F3 TLM estrae i pezzi delle scatole dall’alimentatore. Un robot F2 TLM
convoglia i pezzi per mezzo degli ugelli d’incollaggio e provvede alla
formatura e all’incollaggio delle scatole in un’unica operazione. In un
minuto è possibile formare fino a 120 scatole.
Posizionamento
automatico anziché regolazione manuale
“In
passato, gli operatori dovevano usare i volantini per regolare le macchine
quando il formato della confezione cambiava. Ma i volantini necessitano
sempre della presenza di un operatore presso la macchina. Il cambio di
formato può richiedere molto tempo, ad esempio se è necessario regolare più
assi di una macchina. Inoltre, è
impossibile eliminare il rischio di errori umani che possono portare a scarti
durante la produzione o a fermi macchina", spiega Christian Sura,
amministratore delegato di halstrup-walcher GmbH. È ad esempio importante la
regolazione corretta del modulo di applicazione della colla nella fase di
incollaggio delle scatole, in quanto è fondamentale applicare esattamente la
giusta quantità di colla nel punto giusto. Prima dell’avvento
dell’automazione, era normale avere lunghi tempi di fermo macchina a causa
dell’attrezzaggio manuale per il cambio di formato e quindi anche una
riduzione dei tempi di produzione.
Al posto dei volantini è possibile usare anche servomotori per regolare gli
assi della macchina. Anche se i servomotori sono in grado di spostarsi
autonomamente su una posizione di destinazione predefinita, può succedere che
quest’operazione venga interrotta o impedita da eventuali interferenze come
blocchi dovuti a ostacoli.
L’operatore della macchina non se ne accorgerebbe, poiché non vi è alcuna possibilità di avere un feedback sulla posizione del servomotore. “I sistemi di posizionamento di halstrup-walcher sanno invece esattamente dove si trovano e l’operatore può consultare in qualsiasi momento la posizione tramite l’unità di controllo della macchina”, spiega Bögelein. “Il servomotore senza intelligenza non lo sa.” Questo significa che i sistemi di posizionamento si regolano automaticamente per raggiungere la posizione di destinazione, la loro posizione viene monitorata e comunicata all’unità di controllo. Di conseguenza, possono eseguire il cambio di formato con la semplice pressione di un pulsante in modo rapido e preciso per più assi contemporaneamente. Sura spiega: “Il cambio di formato automatizzato rende efficace la produzione di qualsiasi lotto anche di un solo pezzo. Il vantaggio di questo sistema è che il cliente finale può confezionare il prodotto esattamente nel modo richiesto”. Le unità PSE possono inoltre essere installate anche in punti poco accessibili. Per la soluzione con i volantini è fondamentale garantire che i meccanismi di regolazione siano di facile accesso per gli operatori. Questo deve essere tenuto in considerazione già in fase di progettazione della macchina e talvolta comporta meccanismi di deviazione aggiuntivi, complessi e costosi.
Tecnologia
intelligente per una facile gestione
I sistemi di posizionamento integrano un motore EC brushless, un riduttore, un encoder assoluto multi-giro e il controllo del motore. Sono dotati di automonitoraggio e comunicano tramite interfacce BUS. Il controllo motore integrato garantisce il posizionamento preciso del modulo da regolare. Il PSE riceve il comando di traslazione dal controllo tramite il BUS di comunicazione e utilizza lo stesso meccanismo per segnalare se ha raggiunto la posizione di destinazione nel tempo specificato. In caso di differenze, il sistema di posizionamento accelera o decelera automaticamente, in modo da ridurre al minimo il tipico ritardo di posizionamento. In questo modo viene effettuata anche la sincronizzazione di più unità PSE.
Il sistema assoluto di misurazione della posizione consente di mantenere la
posizione assegnata con un’eccezionale precisione. Non richiede alcuna
alimentazione di tensione o batteria per memorizzare la posizione. Un
cambiamento di posizione, ad esempio dovuto alla rotazione manuale, viene
rilevato anche in assenza di corrente. Inoltre, all’unità di controllo viene
comunicato che l’asse è stato ruotato manualmente. Il sistema di misurazione assoluto
misura i giri direttamente sull’albero di uscita contrariamente a sistemi
simili che sono invece installati sul motore. In questo modo il gioco di
trasmissione non influisce sulla precisione di misura.
La
manutenzione preventiva riduce al minimo i fermi macchina
Il sistema di posizionamento non solo è in grado di registrare se ha raggiunto la posizione di destinazione, ma anche di monitorare una serie di altri parametri precauzionali rilevanti. “La manutenzione preventiva è un’ulteriore funzione speciale dei sistemi di posizionamento di halstrup-walcher che utilizzeremo sicuramente in futuro”, continua Bögelein. Tutti i parametri rilevanti vengono riportati all’unità di controllo come ad esempio la coppia richiesta oppure un mandrino che non funziona più in modo regolare, se un cuscinetto si usura o se la temperatura interna dei macchinari è troppo elevata a causa di un sovraccarico. In tal modo è possibile identificare il problema tempestivamente. Questa caratteristica semplifica il compito di manutenzione preventiva della macchina confezionatrice consentendo di intervenire prima che il problema diventi grave. Il sistema di posizionamento dispone anche di algoritmi intelligenti di “condition monitoring” in grado di riconoscere se si tratta di un blocco dovuto a un ostacolo o di sporco. In caso di sporco dovuto a grasso di lubrificazione solidificato, la coppia aumenta brevemente da sola. Mentre un blocco dovuto a ostruzioni più gravi, che devono essere rimosse dall’operatore, fanno scattare un messaggio di errore che viene inviato all’unità di controllo.
I sistemi di posizionamento di halstrup-walcher hanno numerosi vantaggi - e questo è il motivo per cui sono stati scelti per automatizzare il cambio formato nei processi di confezionamento e imballaggio di Schubert. “Quasi tutti i componenti vengono prodotti nei nostri stabilimenti a Kirchzarten (DE) e montati su linee di produzione ottimizzate.
Ogni prodotto finito viene testato automaticamente per garantirne il corretto funzionamento”, spiega Sura. L’elevato grado di integrazione verticale di halstrup-walcher consente di produrre diverse varianti e piccoli lotti in modo rapido e flessibile.
Halstrup-walcher si distingue così come azienda specializzata in soluzioni custom. Il principio modulare con cui possono essere impiegati i sistemi di posizionamento di halstrup-walcher agevola l’adattamento a specifiche esigenze: qualsiasi grado di protezione IP o sistema di comunicazione bus sia necessario, i sistemi di posizionamento possono essere installati nelle macchine in modo variabile. Le dimensioni di montaggio di un sistema non cambiano, indipendentemente da quale dei dieci bus o da quale grado di protezione siano richiesti. Questo ha ad esempio consentito a Schubert di introdurre un’interfaccia di comunicazione standardizzata nelle sue confezionatrici.
Per tutti i componenti Schubert è passata da CANopen a Sercos e halstrup-walcher ha adattato rapidamente tutti i sistemi di posizionamento all’interfaccia richiesta. Questa standardizzazione semplifica ora l’intera programmazione e il controllo della macchina. Sercos offre una maggiore facilità di diagnosi e viene già utilizzato nel sistema di controllo dell’azionamento, costruito, come anche i robot a tre e quattro assi, dalla stessa Schubert.
Partnership pluriennale: ulteriore collaborazione anche in futuro
Nel corso degli anni, il numero di sistemi PSE forniti da halstrup-walcher a Schubert è aumentato costantemente; da un lato, perché il produttore di confezionatrici vuole rendere i suoi impianti sempre più facili da usare e più flessibili per i suoi clienti automatizzandoli passo dopo passo, e dall’altro perché la domanda di macchine confezionatrici Schubert è in continuo aumento.
I sistemi PSE vengono ormai impiegati in ogni posizione all’interno della
macchina in cui deve essere effettuato un posizionamento per uno specifico
formato. “Le soluzioni di halstrup-walcher garantiscono ai nostri clienti il
corretto svolgimento del processo di confezionamento, poiché l’operatore può
impostare le macchine con precisione sul nuovo formato premendo semplicemente
un pulsante o usando il touch panel. Le impostazioni effettuate possono
inoltre essere monitorate. La precisione dei processi di regolazione per ogni
singolo formato e su ogni singolo asse di regolazione incrementa la
flessibilità e aumenta notevolmente la qualità del prodotto”, spiega
Bögelein.
Il tecnico di automazione è convinto della buona collaborazione tra le due
aziende: “Da halstrup-walcher ci aspettavamo prodotti tecnologicamente
avanzati, qualità, rispetto delle scadenze, velocità e flessibilità - e le
nostre aspettative sono state soddisfatte. Anche se sorge un problema, viene
risolto rapidamente, comunicando in maniera aperta e sincera.” La società
Gerhard Schubert GmbH prevede quindi di continuare a utilizzare i sistemi di
posizionamento halstrup-walcher per l’automazione delle sue confezionatrici.
In futuro si intende usare ancora di più la funzione diagnostica dei sistemi
di posizionamento ai fini della manutenzione preventiva delle macchine.
Fondata nel 1966 a Crailsheim, la società Gerhard Schubert sia nella sede aziendale in Germania che nelle sue società di distribuzione in Inghilterra, Canada e Stati Uniti. La società vanta collaborazioni con aziende leader a livello mondiale e fornisce processi di confezionamento automatizzati studiati per le specifiche esigenze dei clienti. È l’unica azienda che produce le sue macchine confezionatrici in una linea di assemblaggio. La filosofia aziendale si basa su qualità, flessibilità e rapidi tempi di consegna.
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