Los cortos ciclos de vida cortos del producto y una tendencia ininterrumpida hacia la individualización están llevando cada vez más a las máquinas convencionales de ensamblaje y producción a sus límites. El asunto se complica aún más por la necesidad de gestionar nuevos tipos de envases y materiales. Con su nueva máquina, el fabricante alemán de máquinas de embalaje Wolf muestra cómo la tecnología B&R puede mover productos a través de la línea de producción con una flexibilidad sin precedentes y una manipulación de gran suavidad.
"Las principales cadenas de venta al por menor y los principales actores globales de la industria de envase y embalaje tienen como objetivo completar la transición hacia un embalaje respetuoso con el medio ambiente en los próximos años", afirma Markus Schmachtel, jefe de diseño e ingeniería de Wolf. Desde su fundación en 1988, Wolf ha entregado más de 3.000 máquinas de llenado y envasado, haciéndose un nombre por sí mismo, especialmente en la industria alimentaria. Mirando hacia atrás en su igualmente larga carrera en tecnología de envase y embalaje, Schmachtel puede recordar muchos trastornos en el camino. "Por lo general, un ingeniero de diseño intentará resolver los nuevos requisitos con un enfoque mecánico. Sin embargo, a medida que la variedad de tipos y materiales de embalaje continúa creciendo, las máquinas de embalaje necesitan soluciones de transporte que sean sustancialmente más flexibles y cuidadosas para el producto que las cintas transportadoras accionadas por cadena puramente mecánicas que han prevalecido hasta ahora.
Wolf ofrece una máquina de llenado y sellado vertical (FFS) con un cambio fácil de todo tipo de bolsas comúnmente usadas, incluyendo bolsas planas o con pliegues, así como bolsas de pie con bordes sellados. Hasta ahora, una máquina de cierre superior conectada a la máquina FFS ha permitido transportar los productos mediante cadenas acopladas, que cuentan con accesorios de empuje para formar compartimentos para las bolsas. Con este diseño, las bolsas se empujan hasta colocarlas en una posición de pie junto con todo el mecanismo de transporte, sincronizado con la temporización de la máquina FFS. A medida que las bolsas se mueven, el fondo se desliza sobre la placa de la base del sistema de transporte.
Transporte cuidadoso de los embalajes ecológicos sensibles
Debido a una combinación de varias razones comerciales y ambientales, el papel está ganando popularidad como material de embalaje. Sin embargo, especialmente a velocidades de transporte más altas, los fondos de las bolsas de papel podrían estar sometidos a demasiada tensión, o las bolsas mismas podrían deformarse debido a las fuerzas de corte. Los tipos de papel grueso y rígido son particularmente susceptibles frente a estos problemas. "Puedes minimizar el problema de la deformación de las bolsas poniendo un recubrimiento especial en las superficies afectadas", explica Schmachtel. "Pero eso se desvanece con el tiempo y contamina el entorno de producción. Un número creciente de empresas incluso llegan a prohibir el uso de este tipo de recubrimientos en sus naves de producción. Un número creciente de empresas incluso están prohibiendo estos revestimientos en sus naves de producción, por lo que nuestros clientes seguramente apreciarán una solución de transporte de productos sin apenas desgaste".
Para estar preparado para los desafíos que se avecinan, el fabricante de la máquina decidió desarrollar una nueva máquina de cierre superior. Se ensayaron diversos sistemas de transporte desacoplados en lo que respecta a la carga útil, la manipulación de la lanzadera y el soporte de los proveedores. El sistema SuperTrak basado en un motor lineal de estator largo de B&R - especialmente diseñado para el rango de mayor rendimiento - prevaleció al final.
En combinación con una o dos máquinas FFS y la correspondiente una unidad de dosificación, el objetivo de la variante única de la máquina de cierre superior debería ser capaz de producir, llenar y sellar hasta 80 bolsas por minuto. Para la variante dúplex, el objetivo era alcanzar las 130 bolsas por minuto.
Realizar cambios con un mínimo esfuerzo
Uno de los objetivos adicionales era que la máquina pudiera manejar una amplia gama de tipos de bolsas, materiales y métodos de cierre con el menor esfuerzo posible para el realizar el cambio de sistema. Esto permitiría a los operarios de la planta reaccionar de manera flexible a los requisitos del mercado y elegir entre una gran variedad de variantes de tipos de cierre, como el cierre con etiquetas, el cierre a dos aguas, cierre por tapa o el cierre con clip.
Para ello, las bolsas que se han formado, llenado y sellado por la máquina FFS deben ser entregadas al sistema de transporte de la máquina de cierre superior, que las transportará hacia las diversas estaciones de procesamiento. En el caso de una bolsa de fondo cuadrado con cierre por etiqueta, estas estaciones darían forma a la parte superior, la presionarían, cortarían, sellarían y doblarían para conseguir una bolsa compacta sin ningún espacio innecesario en la parte superior. Finalmente, la parte superior doblada se une a la bolsa en forma de bloque con una etiqueta.
Lanzaderas independientes para conseguir una máxima flexibilidad.
A diferencia de un transportador impulsado por cadena con acoplamiento fijo, el sistema SuperTrak transporta las bolsas en cartuchos montados en lanzaderas controladas independientemente. Ello permite que las lanzaderas pasen a través de las estaciones de procesamiento de la máquina de cierre superior independientemente de la velocidad a la que salen de la máquina FFS.
"Como las bolsas son llevadas a través de la máquina en los cartuchos, no hay fuerzas de cizallamiento en el fondo de la bolsa", explica Schmachtel. "Cada lanzadera se puede programar y controlar de manera individual. Todo ello nos permite adaptar los perfiles de movimiento a los diferentes tipos de envases y contenidos, lo que nos permite producir de manera más eficiente y suave que nunca".
Las lanzaderas también pueden viajar hacia atrás. Los diseñadores de Wolf utilizaron esta opción para incorporar un movimiento vibratorio en el perfil de movimiento de la máquina de cierre superior. "De esta forma se elimina la necesidad de una estación separada que haga vibrar las bolsas para comprimir el material a granel. El espacio que se ahorra se puede utilizar para otros usos. El proceso de vibración ya no debe completarse en un cierto período de tiempo, por lo que puede implementarse de manera más suave y / o más efectiva. Los usuarios también pueden implementar diferentes perfiles de movimiento con funciones de vibración personalizadas para diferentes tipos de producto.
Aumento de la producción
Gracias a los perfiles de movimiento libremente programables, los diseñadores tienen más libertad para organizar las estaciones de procesamiento y pueden omitir o añadir estaciones según las necesidades. Una forma de aprovechar todo esto es duplicar las estaciones de tiempo crítico para aumentar la producción o alcanzar un tiempo de ciclo determinado. Todo ello se puede realizar sin necesidad de tener dos de cada dos estaciones, como se debería hacer con un sistema de cintas transportadoras accionadas por una cadena fija.
Los perfiles de movimiento programables también permiten procesar múltiples tipos de envases o materiales en la misma línea de producción con un mínimo esfuerzo adicional, simplemente agregando u omitiendo pasos de procesamiento para ciertas bolsas. Con ello se consigue que la máquina de cierre superior basada en SuperTrak sea la contrapartida ideal de la máquina FFS flexible de Wolf:
"SuperTrak permite aumentar la producción o producir variantes de productos con unos costes adicionales mínimos", agrega Schmachtel. "También facilita la integración en la línea de producción del usuario, y los perfiles de movimiento personalizables nos dan más libertad con respecto a dónde ubicamos las estaciones de transferencia para la máquina o envasadoras FFS. El diseño completo del sistema es realmente fácil de adaptar a cada situación en las mismas instalaciones". El diseño modular de los rieles guía del sistema SuperTrak de alta velocidad le permite disponer al fabricante de la máquina de grados adicionales de libertad para definir el diseño de la máquina. "Podemos alargar o acortar fácilmente la máquina de cierre superior y ajustar el número de lanzaderas según sea necesario", dice Schmachtel. "La flexibilidad para cambiar la dirección general del movimiento facilita la adaptación a nuevos requerimientos".
Diseño del sistema con muchos grados de libertad
En la primera máquina de nueva generación construida por Wolf, un simple óvalo SuperTrak, que consta de dos segmentos curvos de 180° y seis segmentos rectos, cada uno de un metro de largo, bastó para cumplir con las especificaciones. Ello se debe, en gran parte, a que los segmentos curvos de SuperTrak también se pueden usar para el procesamiento. Wolf incluso planeó en suficientes reservas de espacio para acomodar estaciones adicionales en el futuro, incluso en las fases posteriores del ciclo de vida del sistema.
"La herramienta de simulación de B&R nos permitió verificar de antemano si el diseño actual y cualquier ampliación que se realizase en el futuro podrían cumplir con los tiempos del ciclo marcados. Pudimos identificar la cantidad justa de lanzaderas y estaciones de procesamiento en paralelo para manejar cada tipo de bolsa. De esa forma podemos evitar inversiones innecesarias y minimizar los riesgos de desarrollo ", razona Schmachtel. La alta eficiencia energética del sistema también reduce los costes operativos de la empresa. Con la solución SuperTrak, lo único que hay que mover son las lanzaderas y las bolsas de cartuchos. Ello representa una cantidad considerablemente inferior masa que con un sistema de transporte acoplado permanentemente, lo que significa que se necesita menos energía para acelerar y frenar. La energía de frenado también se recupera y se utiliza para acelerar las lanzaderas.
Terreno abonado para las innovaciones
El potencial de la nueva solución de transporte está lejos de agotarse y le da a Wolf espacio para futuras innovaciones, como Schmachtel se complace en señalar: "Tan solo hemos empezado a explorar las posibilidades de SuperTrak. Sería posible, por ejemplo, que dos lanzaderas agarren una bolsa y la abran mientras viaja entre estaciones o que se combinen lanzaderas para aumentar la carga útil. Ideas como estas abren nuevas y emocionantes posibilidades para diseñar nuevas e innovadoras máquinas de llenado y envasado".
Autor: Franz Rossmann, periodista tecnológico de cerca de Múnich
 | Markus Schmachtel Jefe de Diseño e Ingeniería, Wolf "Cada lanzadera se puede programar y controlar de manera individual. Todo ello nos permite adaptar los perfiles de movimiento a los diferentes tipos de envases y contenidos, lo que nos permite producir de manera más eficiente y suave que nunca". |
SuperTrak
SuperTrak ha sido desarrollado especialmente para un funcionamiento ininterrumpido en ambientes industriales severos. Es fiable, seguro y admite cargas muy altas. SuperTrak también optimiza los tiempos de cambio cuando se fabrican varios productos distintos en la misma línea. En el momento en que el operario elige una opción diferente, el sistema de transporte se adapta automáticamente al flujo de productos. Las lanzaderas se pueden reemplazar fácilmente sin tener que desmontar la pista. Esto da como resultado un tiempo de reparación medio muy bajo y aumenta la productividad de toda la planta.