Les processus de fermeture peuvent être conçus de manière beaucoup plus souple avec les moteurs linéaire rotatif qu’avec la technologie à cames traditionnelle. Tölke, spécialiste des machines d’emballage, a donc équipé une nouvelle ligne à haute performance pour le remplissage et le bouchage avec des moteurs linéaire rotatif de LinMot. L’exploitant de l’installation bénéficie ainsi de temps de changement plus courts, de temps d’arrêt réduits et d’une gamme étendue d’applications pour la machine. Un rapport d’application sur le thème du plafonnement.
«Les cames mécaniques ont fait leurs preuves dans les systèmes à mouvement vertical depuis des décennies et continueront à l’avenir à être utilisés dans de nombreuses machines de remplissage et de bouchage à faible et moyenne performance », déclare Franz-Josef Patzelt, l’un des directeurs généraux de Franz Tölke GmbH. « Cependant, avec leurs homologues électroniques, le processus de fermeture peut être adapté beaucoup plus facilement aux exigences individuelles du produit et un changement de produit peut être effectué plus rapidement, comme l’exigent de plus en plus d’utilisateurs. » L’entreprise a déjà fait beaucoup par le passé pour rendre beaucoup plus flexibles les machines de remplissage et de bouchage qui fonctionnent avec la technologie classique des cames à mouvement vertical : Grâce à l’utilisation de godets de transport ayant le même contour extérieur et un contour intérieur individuel, il suffit souvent de remplacer les godets lors d’un changement de produit. S’il est nécessaire de remplacer toutes les pièces de format d’une machine, Tölke a également veillé à ce que cela puisse se faire rapidement et sans outils.
Machine rotative flexible avec 16 moteurs linéaire rotatif
Si le processus de bouchage lui-même doit être modifié pour un changement de produit, il est généralement inévitable de changer les cames mécaniques impliquées dans le mouvement vertical du processus de vissage. Comme ce processus est long et coûteux, Tölke a maintenant construit une machine rotative avec 16 stations de bouchage pour une application avec des changements fréquents de produits, dans laquelle le processus de vissage complet est reproduit dans chaque cas par un moteur linéaire rotatif de type PR01-84. Ce moteur électrique de la série PR01 de LinMot, qui a été spécialement développé pour les applications de bouchage et de vissage, combine à la fois un entraînement direct linéaire et rotatif dans un boîtier compact, chacun étant contrôlé séparément. Cela permet de réaliser toute combinaison de mouvements linéaires et rotatifs. « Pour la partie rotative de la fonction de vissage, nous utilisons depuis un certain temps déjà un servomoteur rotatif au lieu d’un moteur pneumatique, si l’application exige un angle de rotation et un couple définis pendant le processus de vissage ou si un changement de produit est souhaité en appuyant sur un bouton », explique Franz-Josef Patzelt.
Machine de remplissage et de bouchage flexible de Tölke pour une cadence allant jusqu’à 300 bouteilles/min avec un volume de remplissage allant jusqu’à 250 ml. (Rendu : Tölke))
Boucheuse avec axe de levage électronique
Ce qui est nouveau, en revanche, c’est l’utilisation d’un axe de levage électronique dans la boucheuse. « Le bouchon doit être pris, placé sur la bouteille et ensuite guidé de manière à ce que le mouvement rotatif soit supporté de manière optimale », précise Markus Kröger, le chef de projet responsable chez Tölke. « Si ce mouvement de levage est commandé par une came de levage, les hauteurs auxquelles le bouchon est pris et déposé sont fixes, ainsi que toute la séquence de mouvement. » Si des modifications de la séquence de mouvement sont nécessaires en raison d’un changement de produit, de têtes de bouchage ou de cames mécaniques doivent donc être installés dans la solution mécanique ou des disques à cames mobiles doivent être intégrés par le constructeur de la machine. En outre, dans certains cas, un ressort doit être installé pour soulager le poids de la tête.
« Avec un entraînement direct et une courbe de course électronique, tout cela n’est plus nécessaire », explique Markus Kröger. « Via un paramétrage correspondant de la séquence de mouvement programmée ou l’appel d’une recette préparée, le mouvement de course du moteur linéaire peut être conçu comme on le souhaite et adapté de manière optimale aux exigences individuelles de l’application. »
En utilisant les moteurs linéaire rotatif de LinMot, Tölke a pu découpler le processus de fermeture du mouvement de la table rotative. Cela signifie qu’une station de fermeture peut être remplacée beaucoup plus rapidement en cas de dommage et que les temps d’arrêt peuvent être réduits au minimum. (Photo : Roßmann)
Fermeture avec une axe linéaire électrique
Ce qui est nouveau, en revanche, c’est l’utilisation d’un axe linéaire électrique dans le système de fermeture. « Le bouchon doit être pris, placé sur la bouteille, puis guidé de manière à fournir un support optimal au mouvement rotatif », explique Markus Kröger, le chef de projet de Tölke responsable de cette tâche. « Si ce mouvement linéaire était commandé par cames, alors les hauteurs auxquelles le bouchon est pris et posé seraient fixes, et toute la séquence de mouvement serait définie. » Si des modifications de la séquence de mouvement étaient nécessaires pour un changement de produit, alors la solution mécanique nécessiterait l’installation de différentes têtes de fermeture, voire de différents cames réglables. Dans certains cas, il faudrait également installer un ressort pour compenser le poids de la tête. « Avec un entraînement direct et une courbe de trajectoire électronique, tout cela n’est plus nécessaire », explique Markus Kröger. Avec les bons jeux de paramètres pour la séquence de mouvement programmée, ou en appelant une recette prédéfinie, le mouvement du moteur linéaire peut être conçu selon les besoins et adapté de manière optimale aux exigences individuelles de l’application. »
Séquences de mouvements librement programmables
Cela signifie que différents types de bouchons, comme des bouchons à visser ou à clipser, peuvent être traités sur une seule machine. Même des forces de clipsage ou des pas de filets différents, comme récipients avec et sans fermeture de sécurité, peuvent être traités par un entraînement linéaire direct.
De plus, un moteur linéaire rotatif tel que le PR01, avec ses deux axes fonctionnant indépendamment, le mouvement rotatif peut déjà être lancé pendant le mouvement de rotation, quelle que soit la position de la tourelle. Cela donne au constructeur de la machine une liberté supplémentaire dans la conception de la machine, lui permettant, par exemple, de réduire le temps de cycle.
Changement simple de la station de vissage
Les ingénieurs de Tölke ont également utilisé le découplage mécanique du processus de fermeture du carrousel ou de la table rotative pour favoriser la modularité de la machine. Si une station de vissage est endommagée, elle peut être remplacée en peu de temps, de sorte que la machine peut reprendre le travail beaucoup plus rapidement après un accident. En outre, le découplage permet de terminer le processus de bouchage de tous les récipients du système avant un arrêt planifié de la machine.
Afin de réduire d’avantage les temps d’arrêt et de surveiller le processus de vissage, les informations fournies par le moteur linéaire rotatif (couple, vitesse, angle, position verticale, vitesse et force) peuvent être analysées.
«Grâce à ces données fournies par l’entraînement, il est possible de déterminer le nombre de tours réellement effectués, de sorte qu’un contrôle séparé de la hauteur du récipient fermé pour surveiller le processus de vissage peut être supprimée si nécessaire », cite Franz-Josef Patzelt comme exemple pratique. Les données d’entraînement des bouchons à clipser peuvent également être utilisées à des fins de surveillance. Un message d’erreur peut être généré si une valeur prescrite pour la force d’encliquetage est dépassée en raison d’un point dur.
La machine monobloc offre de l’espace pour 16 postes de bouchage. Les moteurs linéaire rotatif permettent de changer rapidement de produit et augmentent la gamme d’applications de la machine de remplissage et de fermeture. (Photo : Tölke)
Prêt pour l’industrie 4.0
L’utilisation de moteurs linéaires offre encore plus d’avantages et soutiennent de manière optimale les concepts modernes de l’ »industrie 4.0″ : Les informations fournies par le variateur, telles que la température actuelle du moteur ou l’évolution de l’accélération, peuvent être utilisées pour surveiller le processus de remplissage afin de détecter à temps les problèmes mécaniques (surveillance de l’état) ou les collisions, par exemple. Parmi les machines récemment équipées de la nouvelle technologie par Tölke, on trouve une machine de remplissage et de bouchage bloquée avec 36 stations de remplissage et 16 stations de bouchage, où le mouvement de course de l’aiguille de remplissage est réalisé par des moteurs linéaires de LinMot (stators de la série PS01-48 avec rotors de la série PL01-27).
Moteur linéaire rotatif de LinMot : compact et robuste
En raison de ces nombreux avantages, Tölke avait déjà développé une solution avant d’utiliser le moteur linéaire rotatif PR01, dans laquelle le mouvement vertical était généré par un servomoteur associé à une vis à billes (entraînement par vis à billes). Cependant, la vis à billes devait être protégée de la poussière, contrairement au moteur linéaire rotatif prêt à l’emploi, et nécessitait un effort de conception supplémentaire de la part du constructeur de la machine. « Le moteur linéaire rotatif de LinMot est beaucoup plus facile à manipuler en tant qu’unité intégrée et prend moins de place », résume Markus Kröger. « Le PR01 est donc la solution idéale pour des systèmes tels que nos machines de bouchage à haute performance, où le processus de vissage doit être aussi flexible et efficace que possible. »
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Les moteurs électriques de la série PR01 de LinMot, spécialement conçus pour les processus de bouchage et de vissage, combinent un entraînement direct linéaire et rotatif dans un boîtier compact. (Photo : LinMot)
