Con i motori lineari rotativi, i processi di chiusura e riempimento possono essere eseguiti in modo particolarmente dinamico e flessibile. Il rinomato produttore di macchine per l’imballaggio OPTIMA li utilizza quindi nelle unità di chiusura delle sue macchine monoblocco e stand-alone. Un’altra ragione importante: i motori forniscono dati diretti sulle corse effettive e sulle coppie applicate per il controllo della qualità in corso o per l’analisi successiva del processo. Questo tipo di azionamento supporta quindi i moderni concetti di Industria 4.0 fino in fondo.
“I nostri clienti dell’industria alimentare, cosmetica e chimica devono adattarsi alla diminuzione delle dimensioni dei lotti e ai frequenti cambiamenti di prodotto associati. Per esempio, attualmente stiamo lavorando a un progetto in cui un sistema di riempimento e imballaggio deve essere cambiato con un nuovo prodotto ogni 30 minuti”, dice Andreas Seitz, Project Engineering Director for Food and Chemical Solutions della OPTIMA consumer GmbH. “Non è stato molto tempo fa che un lotto ha funzionato per una o due settimane – ora mezz’ora non è raro”.
Sono soprattutto le medie imprese dei settori menzionati a guidare questo sviluppo. Tra questi c’è un produttore tedesco che produce un ampio portafoglio per i discount e le farmacie, che va dallo smacchiatore alla cura del legno, dai lucidi per la pelle ai prodotti per la cura degli interni delle automobili.
Con le sue moderne macchine tappatrici rotative, OPTIMA si affida ad azionamenti diretti lineari rotativi nelle unità di tappatura e raggiunge così una produzione fino a 600 contenitori al minuto.
Frequenti cambi di prodotto – brevi tempi di allestimento
“Non stiamo parlando di quantità di milioni, come è comune nel settore dei detergenti tessili, per esempio”, spiega Andreas Seitz. “Al contrario. I lotti comprendono alcune migliaia di pezzi, la gamma di prodotti è gigantesca – con una varietà quasi ingestibile di tipi di contenitori e geometrie di contenitori. Qui, la produzione legata all’ordine è in realtà inevitabile per ragioni logistiche”.
Le richieste che le aziende interessate pongono attualmente alla flessibilità, ai tempi di allestimento e alla sicurezza di processo delle linee di riempimento e confezionamento sono di conseguenza elevate. OPTIMA ha colto per tempo questa tendenza e ha reso le sue linee di imballaggio adatte alle mutate condizioni del mercato. La modularizzazione coerente e l’uso intensivo della tecnologia servo costituiscono la base per questo.
Nel 2016, l’azienda ha quindi convertito anche le unità di tappatura delle linee di confezionamento per la gamma media e alta alla tecnologia dell’azionamento diretto. Qui, fino a 16 mandrini di tappatura montati verticalmente su una tavola rotante sono azionati individualmente da un motore lineari rotativi della famiglia di prodotti PR01 di LinMot.
La serie PR01 di LinMot di motori lineari rotativi per paranchi è deliberatamente mantenuta compatta e combina un motore rotativo e uno lineare diretto in un unico alloggiamento, che possono essere controllati indipendentemente l’uno dall’altro.
I motori lineari rotativi offrono flessibilità nel processo di produzione
I motori elettrici altamente dinamici sviluppati appositamente per i processi di tappatura e avvitamento combinano sia un azionamento diretto lineare che uno rotativo in un alloggiamento compatto con classe di protezione IP 64, ognuno dei quali è controllato separatamente.
“Questa soluzione non solo garantisce ai nostri utenti un’alta dinamica nel processo di avvitamento e attualmente fino a 600 processi di chiusura al minuto, ma permette anche di regolare i parametri decisivi, come la corsa, la forza di rimbalzo, l’angolo di rotazione e la coppia, tramite l’interfaccia operatore della confezionatrice”, Andreas Seitz elenca i vantaggi pesanti della nuova tecnologia di chiusura. “Non c’è bisogno di una lunga conversione delle curve di corsa o della regolazione manuale delle frizioni a slittamento, e i tempi di impostazione sono corrispondentemente molto più brevi rispetto ai sistemi convenzionali”.
Azionamenti diretti efficienti e sostenibili
Anche la manutenzione è più facile, dato che la rotazione della corsa è realizzata per mezzo di azionamenti diretti lineari e rotativi che non emettono sporco e polvere né sono sensibili ad essi. Nel caso di un difetto, il mandrino interessato può anche essere spento fino alla sua riparazione e continuare la produzione – anche se con una produzione ridotta. In caso di arresto programmato della macchina, è anche possibile finire la produzione dei contenitori nel tappatore. Questo, insieme al fatto che i parametri selezionati vengono raggiunti di nuovo quando si riprende la produzione, anche dopo una pausa più lunga da un arresto, contribuisce all’alta efficienza della soluzione.
Le molle magnetiche (a destra del dissipatore di calore nero nella foto) compensano il peso morto dei mandrini di tappatura e li tengono in una posizione sicura anche se la corrente viene interrotta.
Design compatto e alta connettività
“L’uso di motori lineari rotativi nella tecnologia di tappatura si propone quindi come un passo logico di sviluppo con la diminuzione delle dimensioni dei lotti”, dice l’Ing. Markus Dierolf, che come ingegnere progettista presso OPTIMA ha giocato un ruolo chiave nella progettazione della nuova torre di tappatura. “Abbiamo deciso per la soluzione LinMot perché la usiamo dal 2011, per esempio nelle applicazioni di movimentazione, e abbiamo avuto un’ottima esperienza con essa. Con il tappatore, tuttavia, era particolarmente importante per noi che i motori fossero molto compatti e che i servoazionamenti offrissero numerose interfacce per una vasta gamma di sistemi di controllo.
Ma la tecnologia servo utilizzata, l’eliminazione delle curve di sollevamento e il disaccoppiamento meccanico associato hanno anche un effetto positivo in caso di cambio di formato: Tutti i mandrini possono essere spostati verso l’alto allo stesso tempo durante una regolazione della geometria per la conversione dei nidi di trasporto e delle teste di tappatura per migliorare l’accessibilità. In questa posizione, sono tenuti saldamente da una “molla magnetica” anche quando la macchina è diseccitata. Questa tecnologia, sviluppata da LinMot e offerta sotto il nome di MagSpring, fornisce, a differenza di una molla meccanica, una forza costante su tutto il campo di lavoro – ottimale per la compensazione delle forze peso. Poiché il principio di funzionamento si basa sulla forza di attrazione dei magneti permanenti, non è necessaria alcuna alimentazione di energia, per cui MagSpring può essere utilizzato senza problemi anche nelle funzioni di sicurezza.
Dipl.-Ing. (BA) Markus Dierolf, ingegnere progettista presso OPTIMA consumer GmbH.
Motori lineari rotativi come fonte di dati
Un altro punto di forza dei motori diretti rotativi di sollevamento, che supporta in modo ottimale la trasformazione digitale e la tracciabilità, nonché le misure di garanzia della qualità in particolare: I motori forniscono i parametri come la coppia applicata e le corse percorse “automaticamente” per ogni operazione di bullonatura. “Le nostre macchine registrano e utilizzano questi dati già da molto tempo, ma ora possiamo fare a meno della tecnologia dei sensori esterni precedentemente necessaria per questo, come le celle di coppia e la tecnologia delle telecamere per il controllo dell’altezza”, spiega Markus Dierolf. Questo riduce i costi di cablaggio e di materiale e semplifica la fornitura di dati ai sistemi di livello superiore.
Di conseguenza, le nuove unità di sigillatura OPTIMA sono state ben accolte dal cliente. “Il cliente della prima linea di imballaggio dotata di tecnologia LinMot ne ha già ordinata una seconda per sostituire i sistemi esistenti. Penso che questo parli da solo.
Andreas Seitz, direttore dell’ingegneria di progetto per le soluzioni alimentari e chimiche della OPTIMA consumer GmbH.
In cantiere: Motori lineari rotativi nelle stazioni di rifornimento
Ma OPTIMA non è ancora soddisfatta. Successivamente, l’azienda prevede di equipaggiare le stazioni di servizio con i motori lineari rotativi, come annuncia Andreas Seitz: “Esistono già concetti corrispondenti. Gli argomenti sono gli stessi del tappatore – tranne che qui si tratta del controllo individuale, dipendente dai parametri, del movimento dell’ago di riempimento in ogni punto di riempimento. Questo significa che anche i prodotti estremamente sensibili che si segregano facilmente o che hanno una forte tendenza a schiumare possono essere riempiti in modo ottimale”. L’azienda è già stata in grado di dimostrarlo in ampi test di riempimento con la nuova tecnologia.
A lungo termine, lo specialista di macchine per imballaggio vuole estendere la nuova tecnologia di chiusura e riempimento ad altri settori e applicazioni. Ma LinMot ha ancora dei compiti da svolgere, come sottolinea Seitz ai responsabili: “Oltre agli attuali motori lineari ATEX di LinMot, vogliamo soluzioni che permettano anche l’uso dei motori lineari rotativi e dei servoazionamenti in un ambiente ATEX. Sarebbe anche molto utile se i motori e l’elettronica di controllo fossero alloggiati in un unico contenitore”. LinMot ha seguito questa richiesta e ha già presentato i primi approcci a una soluzione a SPS/IPC/DRIVES 2017.
