Los procesos de cierre pueden diseñarse de forma mucho más flexible con motores rotolineares y giro que con la tecnología de levas convencional. Por ello, Tölke, especialista en máquinas de envasado, ha equipado una nueva línea de alto rendimiento para el llenado y el tapado con motores rotolineales de LinMot. El operador de la planta se beneficia así de tiempos de cambio más cortos, menores tiempos de inactividad y una mayor gama de aplicaciones para la máquina. Un informe de aplicación sobre el tema del tapado.
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«Los discos de leva mecánicos han demostrado su eficacia en los procesos de elevación durante décadas y seguirán estando presentes en muchas máquinas de llenado y cierre de los segmentos de rendimiento inferior y medio en el futuro», afirma Franz-Josef Patzelt, uno de los directores generales de Franz Tölke GmbH. «Sin embargo, con sus homólogos electrónicos, el proceso de cierre puede adaptarse mucho más fácilmente a los requisitos individuales del producto y un cambio de producto puede llevarse a cabo con mayor rapidez, como exigen cada vez más usuarios.» La empresa ya ha hecho mucho en el pasado para flexibilizar las máquinas de llenado y cierre que funcionan con la tecnología convencional de levas de elevación: Al utilizar copas de transporte con el mismo contorno exterior y un contorno interior individual, a menudo sólo hay que cambiar las copas al cambiar de producto. Si es necesario sustituir todas las piezas de formato de una máquina, Tölke también se ha asegurado de que se pueda hacer rápidamente y sin herramientas.
Máquina rotativa flexible con 16 motores rotolineales
Sin embargo, si hay que modificar el propio proceso de tapado cuando se cambia el producto, suele ser inevitable cambiar las levas mecánicas de elevación que intervienen en el movimiento de elevación del proceso de atornillado. Dado que este proceso es largo y costoso, Tölke ha construido ahora una máquina rotativa con 16 estaciones de cierre para una aplicación con frecuentes cambios de producto, en la que el proceso completo de atornillado se reproduce en cada caso mediante un motor rotolineales del tipo PR01-84. Este motor eléctrico de la serie PR01 de LinMot, desarrollado especialmente para los procesos de tapado y atornillado, combina un accionamiento directo lineal y otro rotativo en una carcasa compacta, cada uno de los cuales se controla por separado. Esto permite realizar cualquier combinación de movimiento lineal y rotativo. «Para la parte rotativa del proceso de atornillado, hace tiempo que utilizamos un servomotor rotativo en lugar de un motor neumático, si la aplicación requiere un ángulo de rotación definido y un par definido durante el proceso de atornillado o si se desea un cambio de producto con sólo pulsar un botón», explica Franz-Josef Patzelt.
Máquina flexible de llenado y tapado de Tölke para un rendimiento de hasta 300 botellas/min con un volumen de llenado de hasta 250 ml. (Interpretación: Tölke))
Tapadora con eje elevador electrónico
Sin embargo, la novedad es el uso de un eje de elevación electrónico en la tapadora. «Hay que coger el tapón, colocarlo en la botella y guiarlo de tal manera que el movimiento de rotación se apoye de forma óptima», especifica Markus Kröger, responsable del proyecto en Tölke. «Si este movimiento de elevación se controla a través de una leva de elevación, las alturas a las que se recoge y se deposita el tapón son fijas, al igual que toda la secuencia de movimiento». Si es necesario modificar la secuencia de movimientos debido a un cambio de producto, habrá que instalar otras cabezas de tapa o incluso otros discos de leva en la solución mecánica o el constructor de la máquina deberá integrar los discos de leva móviles. Además, en algunos casos hay que instalar un muelle para aliviar el peso de la cabeza.
«Con un accionamiento directo y una curva de carrera electrónica, todo esto ya no es necesario», explica Markus Kröger. «Mediante la correspondiente parametrización de la secuencia de movimiento programada o la llamada de una receta preparada, el movimiento de carrera del motor lineal puede diseñarse como se desee y adaptarse de forma óptima a los requisitos individuales de la aplicación.»
Al utilizar los motores rotolineales de LinMot, Tölke pudo desacoplar el proceso de cierre del movimiento de la mesa rotativa. Esto significa que una estación de cierre puede ser reemplazada mucho más rápidamente en caso de daño y los tiempos de inactividad pueden ser minimizados. (Foto: Roßmann)
Secuencias de movimiento libremente programables
Esto significa que se pueden procesar diferentes tipos de cierres, como tapones de rosca y de rebote, en una sola máquina. Incluso las diferentes fuerzas de rebote o los pasos de rosca, como los que experimentan los contenedores con y sin cierres de seguridad, pueden manejarse con un accionamiento lineal sin ninguna conversión.
Además, con un motor rotolineales como el PR01 con sus dos ejes de funcionamiento independiente, el movimiento rotativo puede iniciarse ya durante el movimiento alternativo, independientemente de la posición de la mesa giratoria. Esto da al constructor de la máquina una libertad adicional en el diseño de la misma, permitiéndole, por ejemplo, acortar el tiempo del ciclo.
Cambio sencillo de la estación de atornillado
Los ingenieros de Tölke también han aprovechado el desacoplamiento mecánico del proceso de cierre del carrusel o la mesa giratoria para avanzar en la modularización de la máquina. Si una estación de atornillado se daña, puede sustituirse en poco tiempo, de modo que la máquina puede reanudar el trabajo mucho más rápidamente después de una colisión, por ejemplo. Además, el desacoplamiento permite que el proceso de tapado de todos los envases del sistema se complete antes de una parada programada de la máquina.
Para una reducción adicional de los tiempos de inactividad, así como para la supervisión del proceso de atornillado, la información proporcionada por el accionamiento del elevador giratorio (par, velocidad, ángulo, posición vertical, velocidad y fuerza) puede evaluarse para cada proceso de atornillado individual.
«Con estos datos proporcionados por el accionamiento, es posible determinar el número de revoluciones realmente realizadas, de modo que, si es necesario, se puede omitir una evaluación de la altura del recipiente cerrado para controlar el proceso de atornillado», cita Franz-Josef Patzelt como ejemplo práctico. Los datos de la unidad también pueden utilizarse de forma beneficiosa para la supervisión durante el rebote.
La máquina monobloque ofrece espacio para 16 estaciones de tapado. Los motores rotolineales permiten cambiar rápidamente de producto y aumentan la gama de aplicaciones de la máquina de llenado y cierre. (Foto: Tölke)
Preparados para la Industria 4.0
Pero el uso de motores lineales ofrece aún más ventajas que apoyan de forma óptima los conceptos modernos de la «Industria 4.0»: La información proporcionada por el servocontrolador, como la temperatura actual del motor o el curso de la aceleración, puede utilizarse para supervisar el proceso de llenado con el fin de detectar problemas mecánicos (Condition Monitoring) o colisiones en una fase temprana, por ejemplo. Las máquinas recientemente equipadas con la nueva tecnología de Tölke incluyen una máquina de llenado y tapado bloqueada con 36 estaciones de llenado y 16 estaciones de tapado, en la que el movimiento de la carrera de la aguja de llenado se asigna en cada caso con motores lineales de LinMot (estatores de la serie PS01-48 con rotores de la serie PL01-27).
Motor rotolineales de LinMot: compacto y robusto
Debido a estas numerosas ventajas, Tölke ya había desarrollado antes una solución con el motor rotolineales PR01, en la que el movimiento de elevación se generaba con un servomotor en combinación con un husillo de bolas (accionamiento de husillo de bolas). Sin embargo, el husillo de bolas tenía que estar protegido del polvo, a diferencia del motor rotolineales ya montado, y requería un esfuerzo de diseño adicional por parte del constructor de la máquina. «El motor rotolineales de LinMot es mucho más fácil de manejar como unidad integrada y ocupa menos espacio», resume Markus Kröger. «La PR01 es, por tanto, la solución ideal para sistemas como nuestras tapadoras de alto rendimiento, en los que el proceso de giro de los tornillos debe ser lo más flexible y eficiente posible».
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Los motores eléctricos de la serie PR01 de LinMot, especialmente desarrollados para los procesos de tapado y atornillado, combinan un accionamiento directo lineal y uno rotativo en una carcasa compacta. (Foto: LinMot)
