„Mechaniczne krzywki tarczowe udowodniły swoją wartość w ramach wdrażania procesów ruchu liniowego, podczas wielu dziesięcioleci. Dlatego też nadal będą stosowane w wielu maszynach do napełniania i zamykania o niskich i średnich wydajnościach”, mówi Franz-Josef Patzelt, jeden z dyrektorów zarządzających firmy Franz Tölke GmbH. „
Dzięki użyciu napędu elektrycznego, z punktu widzenia dostosowania się do indywidualnych wymagań produktowych, proces napełniania jest znacznie łatwiejszy, a zmiana typu produktu może być dokonana szybciej.
Firma z roku na rok zwiększa elastyczność swoich maszyn do napełniania i zamykania, wykorzystując konwencjonalną technologię krzywek skokowych. Za pomocą kubków transportowych o identycznym kształcie zewnętrznym i zindywidualizowanych konturach wewnętrznych, w wielu przypadkach jedynie same kubki musiały być zamieniane przy zmianie produktu. Jeśli konieczne było wymienianie wszystkich charakterystycznych dla danej części elementów, wówczas Tölke miał pewność, że może szybko wykonać to ręcznie, bez użycia jakichkolwiek narzędzi.
Elastyczna karuzela z 16 liniowo-obrotowymi silnikami
Jeśli sam proces zamykania musi zostać modyfikowany przy zmianie produktu, to zazwyczaj jest konieczna zmiana krzywek mechanicznych, biorących udział w ruchu liniowym procesu zakręcania. Ponieważ jest to czasochłonny i kosztowny proces, Tölke zbudował maszynę karuzelową z 16 stacjami zamykania, dla zastosowań z częstą zmianą produktów. Cały proces zakręcania obsługiwany jest przez jeden liniowo-obrotowy silnik model PR01-84 na każdej stacji.
Silnik serwo serii PR01 firmy LinMot, został specjalnie opracowany dla procesu zamykania i zakręcania. Łączy on liniowy silnik i obrotowy, bezpośredni napęd w kompaktowej obudowie, z których każdy jest sterowany oddzielnie. Oznacza to, że mogą być realizowane różne połączenia ruchów liniowych i obrotowych.
„W przypadku części obrotowej procesu zakręcania, używaliśmy przez długi czas obrotowego siłownika, zamiast silnika pneumatycznego. W miejscu, gdzie aplikacja zakręcania wymaga określonego kąta skrętu oraz sprecyzowanego momentu obrotowego oraz w przypadku, gdy chcemy przeprowadzić szybką zmianę produktu poprzez np. naciśnięcie przycisku” wyjaśnia Franz-Josef Patzelt.
Zamykarka z elektroniczną osią liniową
Nowością stało się użycie elektrycznej osi liniowej w zamykarce. „Nakrętka musi być podniesiona, umieszczona na butelce, a następnie prowadzona tak, aby zapewnić optymalne wsparcie dla ruchu obrotowego”, mówi Markus Kröger, kierownik projektu w Tölke odpowiedzialny za to zadanie. „Gdyby ten ruch liniowy był kontrolowany przez krzywki, wówczas wysokość, na którą podniesiona jest nakrętka a następnie opuszczona byłaby ustalona i sztywno określona zostałaby cała sekwencja ruchu.”
Gdyby wymagane były zmiany w sekwencji ruchu przy zmianie produktu, wówczas rozwiązanie mechaniczne wymagałoby zainstalowania różnych głowic, zamykających lub nawet różnych krzywek. W innym przypadku konstruktor maszyny musiałaby zastosować krzywki, nadające się do regulacji lub w sytuacji kompensacji ciężaru głowicy mogłaby zostać zainstalowana sprężyna.
„W przypadku napędu bezpośredniego i implementacji elektronicznej krzywki, nic z tego nie jest już potrzebne”, wyjaśnia Markus Kröger. Przy odpowiednich ustawieniach parametrów dla zaprogramowanej sekwencji ruchu, lub przez wywołanie wcześniej zdefiniowanej receptury, ruch silnika liniowego może być zaprojektowany w zależności od potrzeb, i w sposób optymalny dostosowany do indywidualnych wymagań danego zastosowania.”
Dowolnie programowalne sekwencje ruchu
Oznacza to, że wszelkie typy zamknięć, w tym nakrętki zakręcane lub wciskane, mogą być wykonywane na tej samej maszynie. Nawet różne siły zaciskania gwintów, takie, jakie znaleźć można na pojemnikach z lub bez nasadek zabezpieczających, mogą być obsługiwane za pomocą napędu liniowego bez żadnej rekonfiguracji mechanicznej.
Co więcej, silnik liniowo-rotacyjny taki jak PR01 ze swoimi dwoma niezależnie sterowanymi osiami, może rozpocząć ruch obrotowy podczas skoku liniowego, niezależnie od położenia obrotnicy – co pozwala konstruktorowi na większą swobodę przy projektowaniu maszyny, skracając czas cyklu.
Proste przezbrojenie stacji zakręcania
Mechaniczne oddzielenie procesu zamykania od pracy karuzeli lub stolika obrotowego użyte zostało przez inżynierów Tölke, zwiększając modularyzację maszyny. W sytuacji, gdy stacja zakręcania zostaje uszkodzona, może zostać w krótkim czasie wymieniona. Pozwalając na szybkie wznowienie pracy maszyny. Ponadto rozprzęganie pozwoliło na zakończenie procesu zamykania wszystkich opakowań na linii przed planowanym wyłączeniem maszyny.
Redukując czas przestoju, monitorując proces zakręcania, informacje dostarczone przez napęd liniowo-obrotowy dla każdego pojedynczego procesu zakręcania (moment obrotowy, prędkość, kąt, pozycja pionowa, prędkość i siła) mogą być analizowane.
„Możemy wykorzystać dane dostarczone przez napęd, aby określić liczbę faktycznie wykonanych obrotów, tym samym eliminując osobne sprawdzenie wysokości zamkniętego pojemnika, w celu monitorowania procesu zakręcania,” dodaje Franz-Josef Patze. Dane przekazane przez napęd i odnoszące się do zakręconych nakrętek, również z powodzeniem można wykorzystać do monitorowania. Możliwe jest również wygenerowanie komunikatu o błędzie, jeśli ustalona wartość siły zakręcania została przekroczona z powodu zakłóceń punktu wtrysku.
Silnik liniowo-obrotowy z LinMot: kompaktowy i odporny
Z uwagi na liczne korzyści, Tölke opracował podobne rozwiązanie z wykorzystaniem silnika liniowo-obrotowego PR01. Ruch liniowy generowany jest tam przez siłownik w połączeniu z wrzecionem ze śrubami z nakrętką kulową. Śruby muszą być jednak chronione przed pyłem, co wymaga dodatkowych zabiegów konstrukcyjnych, co nie jest konieczne w przypadku całkowicie zmontowanego silnika obrotowo-liniowego. „Silnik liniowo-obrotowy z LinMot jest znacznie prostszy w użyciu jako jednostka zintegrowana i zajmuje mniej miejsca”, mówi Markus Kröger. „Silnik PR01 jest więc idealnym rozwiązaniem dla linii takich jak nasze wysokowydajne maszyn zamykające, gdzie proces zakręcania obrotowego musi być w miarę możliwości najbardziej elastyczny i efektywny”.
Autor: Franz Rossmann, Dziennikarz zajmujący się technologiami z Gauting
