Remplissage flexible et rapide
7 juillet 2021
La remplisseuse rotative combine les avantages du dosage par piston et par débit : nombreux sont ceux qui souhaitent associer les atouts du dosage par débit à ceux du dosage par piston dans une remplisseuse rotative. Tölke, spécialiste des machines d'emballage, a relevé ce défi grâce à l'utilisation de moteurs linéaires LinMot. L'opérateur bénéficie ainsi de temps de changement de format réduits, de moins de déchets, d'une durée d'arrêt minimale et d'une machine plus flexible. Une solution de remplissage rapide et flexible.
"Les disques à cames mécaniques ont fait leurs preuves dans les opérations de levage depuis des décennies. « Et on les retrouvera dans de nombreuses machines de remplissage et de scellage des segments de performance inférieurs et moyens à l’avenir », déclare Franz-Josef Patzelt, l’un des directeurs généraux de Franz Tölke GmbH
"Cependant, grâce à leurs équivalents électroniques, le processus de scellage peut être adapté beaucoup plus facilement aux exigences individuelles des produits et les modifications de produits peuvent être effectuées plus rapidement.« comme le demandent de plus en plus d’utilisateurs. »
Par le passé, l'entreprise a déjà beaucoup œuvré pour rendre les machines de remplissage et de fermeture utilisant la technologie conventionnelle à came de levage beaucoup plus flexibles :
En utilisant des godets de transport ayant le même contour extérieur et un contour intérieur individuel, il suffit souvent de remplacer les godets lors du changement de produits.
Si le remplacement de toutes les pièces de format d'une machine est inévitable, Tölke a également veillé à ce que cela puisse être fait sans outils et donc rapidement.
Méthodes de dosage concurrentes
Actuellement, les remplisseuses rotatives les plus simples utilisent généralement un piston pour le dosage, dont la course est contrôlée par une came mécanique. L'avantage du remplissage par piston réside dans la connaissance constante de la quantité de produit déjà distribuée pendant le processus. Ceci est particulièrement utile, par exemple, pour le remplissage de produits moussants, car la came permet de relever l'aiguille de remplissage en fonction du niveau de remplissage, évitant ainsi son immersion dans le produit. Malgré cet avantage significatif, la technologie à piston présente également des inconvénients. Par exemple, le piston est difficile à nettoyer en raison du joint d'étanchéité nécessaire et n'est que partiellement compatible avec les procédés NEP/SEP (nettoyage en place/nettoyage en place). De plus, la force mécanique exercée par le piston peut altérer certains produits. Autre inconvénient : les grands volumes de remplissage nécessitent des pistons de grande taille, ce qui complique le réglage du dosage sans une modification complexe de la machine. Une alternative au dosage par piston consiste à déterminer la quantité de remplissage en mesurant le débit volumique pompé. L'avantage de cette méthode est la facilité de modification de la quantité de remplissage lors du changement de produit. De plus, les forces mécaniques exercées sur le produit sont minimales et aucune pièce mécanique ne nécessite d'entretien. Le nettoyage CIP/SIP est facilement réalisable.
Découplage des séquences de mouvements
« Avec une remplisseuse rotative utilisant la mesure de débit pour le dosage, la vitesse de remplissage est indépendante du mouvement de l'aiguille de remplissage, contrôlé par sa courbe de course », explique Franz-Josef Patzelt. Cela signifie que si la machine fonctionne à une vitesse inférieure ou supérieure à sa vitesse nominale, les contenants seront remplis respectivement plus tôt ou plus tard. « Selon la vitesse, la machine peut alors nécessiter, par exemple, une rotation de 270° ou seulement de 30° de la table rotative », précise le directeur général de Tölke. « Il en résulte que l'aiguille de remplissage plonge dans le produit pendant le remplissage, ou que la hauteur de chute jusqu'au niveau de remplissage est trop importante, ce qui crée un risque de contamination du système par des résidus de produit ou d'emprisonnement de bulles d'air dans le produit. »
Auparavant, les embouteilleurs de produits sujets à la formation de mousse devaient souvent recourir à des remplisseuses linéaires. Avec ces systèmes, les aiguilles de remplissage sont couplées mécaniquement et, relativement simplement, levées simultanément à la montée du niveau de remplissage grâce à un moteur électrique. Cependant, de par leur conception, les remplisseuses linéaires ne conviennent qu'aux faibles et moyennes cadences de remplissage, de l'ordre de quelques milliers de bouteilles par heure. Pour des cadences supérieures à 10 000 bouteilles par heure, seules les remplisseuses rotatives sont adaptées. Dans ce cas, chaque aiguille doit être levée individuellement et au moment précis afin d'éviter toute chute à des vitesses de machine différentes ou de minimiser la hauteur de chute. Un positionnement précis des axes est donc essentiel. Tölke a désormais atteint cet objectif grâce à l'utilisation de moteurs linéaires haute performance de LinMot.
Grâce aux moteurs linéaires LinMot, Tölke a pu dissocier le processus de remplissage du mouvement de la table rotative et optimiser la modularité. Ainsi, une station de remplissage peut être remplacée beaucoup plus rapidement en cas de panne. (Photo : Rossmann)
Remplacement facile de la station de vissage
Les utilisateurs d'une remplisseuse rotative équipée d'une aiguille de remplissage à entraînement électrique bénéficient de nombreux avantages. Le changement de produit, qui ne nécessite qu'une modification de la course de l'aiguille, s'effectue d'une simple pression sur un bouton. Ceci élimine la reconfiguration longue et coûteuse des courbes de course mécaniques. De plus, une grande variété de profils de déplacement est possible, permettant par exemple le remplissage de bouteilles de formes différentes sans avoir à régler l'ensemble du système. Grâce au système de mesure de position précis des moteurs linéaires, le mouvement de l'aiguille de remplissage est précis au dixième de millimètre près au-dessus du niveau de remplissage. Les valeurs d'accélération lors de la descente et de la remontée de l'aiguille peuvent également être ajustées individuellement afin de réduire les contraintes mécaniques et d'optimiser la manipulation du produit. « Même une levée d'aiguille très dynamique est possible avec les moteurs linéaires car, contrairement aux courbes de course mécaniques, aucune force destructive n'agit sur les axes des paliers », explique Markus Kröger, chef de projet chez Tölke.
Reprise rapide de la production après le défaut
Tölke a tiré parti du découplage mécanique de la course des aiguilles de remplissage par rapport au mouvement du carrousel ou de la table rotative, une caractéristique introduite avec les moteurs LinMot, pour optimiser la modularité de la machine. Chaque module de remplissage forme désormais une unité autonome comprenant un débitmètre, un moteur linéaire, un servocontrôleur et une vanne de remplissage. En cas de dommage à une station de remplissage, son remplacement est rapide, permettant une remise en service beaucoup plus rapide de la machine, par exemple après une collision. Ce découplage permet également de finaliser le remplissage de tous les contenants du système avant un arrêt programmé, garantissant ainsi la sécurité de la machine. De plus, cette technologie permet de configurer le système de commande de la machine de sorte qu'en cas de défaillance d'une station de remplissage, les têtes de remplissage concernées se déplacent en position de sécurité et soient retirées du processus de remplissage. Ceci minimise les temps d'arrêt machine.
Prêt pour l'industrie 4.0
L'utilisation de moteurs linéaires offre toutefois d'autres avantages qui soutiennent pleinement les concepts modernes de l'« Industrie 4.0 » : les informations fournies par le servocontrôleur, telles que la température instantanée du moteur ou le profil d'accélération, permettent de surveiller le processus de remplissage et de détecter rapidement les problèmes mécaniques (surveillance de l'état) ou les collisions. Parmi les machines récemment équipées de cette technologie par Tölke figure une remplisseuse-capsuleuse modulaire à 36 stations de remplissage et 16 stations de capsulage, dont la course de l'aiguille de remplissage est assurée par des moteurs linéaires LinMot (stators série PS01-48 et rotors série PL01-27).
Prêt pour l'industrie 4.0
L'utilisation de moteurs linéaires offre toutefois d'autres avantages qui soutiennent pleinement les concepts modernes de l'« Industrie 4.0 » : les informations fournies par le servocontrôleur, telles que la température instantanée du moteur ou le profil d'accélération, permettent de surveiller le processus de remplissage et de détecter rapidement les problèmes mécaniques (surveillance de l'état) ou les collisions. Parmi les machines récemment équipées de cette technologie par Tölke figure une remplisseuse-capsuleuse modulaire à 36 stations de remplissage et 16 stations de capsulage, dont la course de l'aiguille de remplissage est assurée par des moteurs linéaires LinMot (stators série PS01-48 et rotors série PL01-27).