Flexibel, voorzichtig transport met B&R’s Supertrak

Korte productlevenscycli en de onafgebroken tendens naar individualisering drijven conventionele assemblage- en productiemachines steeds meer tot het uiterste. Deze situatie wordt verder bemoeilijkt door de vraag naar nieuwe verpakkingssoorten en -materialen. Wolf, een Duitse fabrikant van verpakkingsmachines, laat zien hoe het met B&R-technologie producten met grote voorzichtigheid en hoge flexibiliteit door het productieproces laat bewegen.

Franz Rossmann is freelance technologiejournalist.

27 maart

‘Grote winkelketens en mondiale spelers in de verpakkingsindustrie streven ernaar om de overgang naar milieuvriendelijke verpakkingen binnen een paar jaar te voltooien’, zegt Markus Schmachtel, hoofd ontwerp en engineering bij Wolf Verpackungsmaschinen. Sinds de oprichting in 1988 heeft die Duitse systeembouwer ruim drieduizend vul- en verpakkingsmachines geleverd en vooral in de voedingsmiddelenindustrie een behoorlijke reputatie opgebouwd. Terugblikkend op zijn even lange loopbaan in de verpakkingstechnologie herinnert Schmachtel zich meerdere ingrijpende veranderingen. ‘Meestal probeert een ontwerpingenieur nieuwe eisen op een technische wijze te benaderen. Maar naarmate er steeds meer verschillende soorten verpakkingen en materialen bij komen, hebben verpakkingsmachines transportoplossingen nodig die veel flexibeler zijn en het product substantieel meer ontzien dan de puur mechanische kettingbanen, die tot nu toe gebruikelijk waren.’

Wolf heeft zijn nieuwe topsluitmachine ontworpen voor het hogere segment en zich gebaseerd op B&R’s Supertrak-oplossing.

Wolf heeft een verticale vorm-, vul- en sluitmachine (FFS) in zijn assortiment met eenvoudige omstellingen tussen alle gangbare soorten zakken, inclusief platte en gevouwen zakken en blokbodemzakken met gesealde randen. Tot nu toe werden de producten vervoerd door een topsluitmachine – die verbonden was met de FFS-machine – met gekoppelde kettingbanen die waren voorzien van meenemers die compartimenten voor de zakken vormden. Maar met dit ontwerp worden de zakken samen met het volledige transportmechanisme in een staande positie voortgeduwd in het tempo van de FFS-machine. Terwijl de zakken voortbewegen, glijdt de onderkant over de bodemplaat van het transportsysteem.

Die schuifbeweging sluit niet aan bij het voorzichtige transport dat nodig is voor gevoelige ecoverpakkingen. Een combinatie van marketing en milieuoverwegingen heeft papier steeds populairder gemaakt als verpakkingsmateriaal. Maar zeker bij hogere transportsnelheden kunnen de bodems van papieren zakken te zwaar worden belast of vervormd raken door de schuifkracht. Dit geldt vooral voor grove en stugge papiersoorten. ‘Je kunt het probleem van vervormde zakken verminderen door een speciale coating op de aangetaste oppervlakken aan te brengen’, legt Schmachtel uit, ‘maar die slijt na verloop van tijd en tast de productieomgeving aan. Steeds meer bedrijven verbieden daarom het gebruik van zulke coatings in hun productiehallen. Onze klanten zouden een nagenoeg slijtagevrije producttransportoplossing zeker waarderen.’

Eenvoudig omstellen

Om voorbereid te zijn op toekomstige uitdagingen, besloot Wolf een nieuwe topsluitmachine te ontwikkelen. Diverse ontkoppelde transportsystemen werden getest met betrekking tot lading, shuttle-verwerking en ondersteuning door leveranciers. B&R’s Supertrak op basis van een lineair motorsysteem en lange stators – speciaal ontworpen voor het hogere prestatiegamma – kwam daarbij als winnaar uit de bus.

Techwatch Books: Fortunes of High Tech
Dankzij de vrij programmeerbare bewegingsprofielen van de Supertrak zijn ontwerpers vrijer in de opzet van de systeemlay-out.

In combinatie met een of twee FFS-machines en een bijpassende doseerunit was het doel van de single-variant het produceren, vullen en afsluiten van maximaal tachtig zakken per minuut en van de duplex-variant maximaal honderddertig zakken per minuut. De machine moest daarbij zowel het transport van diverse soorten zakken en materialen aankunnen, alsook veelsoortige sluitmethodes mogelijk maken. Zo kunnen producenten immers flexibel reageren op de markbehoeftes en kiezen uit diverse sluitmogelijkheden, zoals labelsluiting, gable closure, rider top closure of clipsluiting.

Om dit te doen, moeten de zakken die de FFS-machine vormt, vult en sluit, worden overgebracht naar het transportsysteem van de topsluitmachine, die ze vervolgens naar de diverse verwerkingsstations brengt. In het geval van een blokbodemzak met labelsluiting zorgen deze stations ervoor dat de top wordt gevormd, gedrukt, gesneden, gesloten en omgevouwen om een compacte zak te creëren zonder onnodige ruimte aan de bovenkant. Tot slot wordt de omgevouwen top aan de blokbodemzak bevestigd met een label.

Aparte shuttles

In tegenstelling tot een kettingbaan met een vaste koppeling transporteert het Supertrak-systeem de zakken in cartridges die op afzonderlijk bestuurbare shuttles zijn bevestigd. Zo gaan de shuttles onafhankelijk van hoe snel ze uit de FFS-machine komen door de verwerkingsstations van de topsluitmachine.

‘Aangezien de zakken in cartridges door de machine gaan, is er geen sprake van schuifkracht op de bodem van de zak’, verklaart Schmachtel. ‘Elke shuttle kan individueel worden geprogrammeerd en afzonderlijk worden bestuurd. Hierdoor kunnen we de bewegingsprofielen afstemmen op de verschillende soorten verpakking en inhoud, en produceren we efficiënter en voorzichtiger dan ooit tevoren.’

Met de Supertrak-oplossing hoeven alleen de shuttles en zakcartridges te worden verplaatst. Daardoor is er minder energie nodig voor het versnellen en afremmen dan in een permanent gekoppeld transportsysteem.

De shuttles kunnen ook achteruit bewegen. De ontwerpers van Wolf gebruiken deze optie om een vibratie op te nemen in het bewegingsprofiel van de topsluitmachine. ‘Hierdoor is er geen apart station meer nodig dat de zakken schudt om bulkmateriaal samen te drukken. De hierdoor ontstane ruimte kunnen we nu op een andere manier benutten. Het vibratieproces hoeft niet langer binnen een bepaald tijdvenster te worden voltooid, dus kan het voorzichtiger en/of effectiever worden geïmplementeerd. Gebruikers kunnen ook verschillende bewegingsprofielen implementeren met vibratiefuncties op maat voor diverse soorten producten.’

Hogere output

Dankzij de vrij programmeerbare bewegingsprofielen zijn ontwerpers flexibeler in de opzet van de verwerkingsstations en kunnen ze indien nodig stations toevoegen of weglaten. Een manier om hiervan te profiteren, is door tijdkritieke stations te verdubbelen om de output te verhogen of de beoogde cyclustijd te behalen. Dit kan zonder dat er van elk station twee stuks nodig zijn, zoals in het geval van een vast kettingbaansysteem.

De programmeerbare bewegingsprofielen maken het ook mogelijk om eenvoudig meerdere verpakkingssoorten of materialen op dezelfde lijn te verwerken door simpelweg stappen voor bepaalde zakken toe te voegen of over te slaan. Dit maakt de Supertrak-gebaseerde topsluitmachine de ideale tegenhanger van de flexibele FFS-machine van Wolf.

‘Supertrak maakt het mogelijk om de output te verhogen of verschillende varianten te produceren tegen minimale bijkomende kosten’, voegt Schmachtel toe. ‘Ook is het makkelijker te integreren in de productielijn van de gebruiker. De flexibele bewegingsprofielen bieden ons meer vrijheid met betrekking tot waar we de transferstations voor de FFS-machine of verpakker positioneren. De volledige systeemlay-out is eenvoudig aan te passen aan de situatie op locatie.’

Het modulaire ontwerp van de geleiderails van het razendsnelle Supertrak-systeem geeft de machinefabrikant extra vrijheidsgraden met betrekking tot het ontwerp van de systeemlay-out. ‘We kunnen de topsluitmachine eenvoudig verlengen of inkorten en het aantal benodigde shuttles aanpassen’, zegt Schmachtel. ‘De flexibiliteit om de algehele bewegingsrichting te veranderen, maakt het heel eenvoudig om in te spelen op nieuwe eisen.’

Vruchtbare bodem

In Wolfs eerste machine van de nieuwe generatie was een simpele Supertrak-ovaal, bestaande uit twee gebogen segmenten van 180 graden en zes rechte segmenten van elk een meter lang, toereikend om aan de specificaties te voldoen. Dit komt vooral omdat de gebogen segmenten ook kunnen worden gebruikt voor bewerking. Wolf is zelfs van plan om bij voldoende ruimte in de toekomst extra stations toe te voegen – zelfs in latere fases van de levenscyclus van het systeem.

De topsluitmachine transporteert de losse zakken naar de diverse verwerkingsstations.

‘De simulatietool van B&R stelde ons in staat om van tevoren te controleren of het huidige ontwerp en toekomstige uitbreidingen de beoogde cyclustijd zouden kunnen halen. We konden precies vaststellen hoeveel shuttles en parallelle verwerkingsstations er nodig waren voor een bepaald soort zak. Zo kunnen we onnodige investeringen vermijden en ontwikkelrisico’s minimaliseren’, redeneert Schmachtel.

De hoge vermogensefficiëntie van het systeem bespaart ook operatorkosten. Met de Supertrak-oplossing hoeven alleen de shuttles en zakcartridges te worden verplaatst. Dat is aanzienlijk minder massa dan een permanent gekoppeld transportsysteem en dat betekent dat er minder energie nodig is voor het versnellen en afremmen. De remenergie wordt bovendien teruggewonnen en gebruikt om de shuttles te versnellen.

Het potentieel van de nieuwe transportoplossing is nog lang niet ten volle benut en biedt Wolf ruimte voor toekomstige innovaties. Schmachtel wijst hier maar al te graag op: ‘We zijn nog maar net begonnen met het verkennen van de mogelijkheden van Supertrak. Het is bijvoorbeeld mogelijk om twee shuttles zo aan te sturen dat ze onderweg naar het volgende station een zak vastpakken en omhoogtrekken. Daarnaast kan de belastbaarheid worden verhoogd door het combineren van twee shuttles. Dat soort dingen biedt interessante mogelijkheden voor het ontwerpen van baanbrekende nieuwe vul- en verpakkingsoplossingen.’