Le raccourcissement du cycle de vie des produits et la tendance ininterrompue à l'individualisation montrent les limites des lignes d'assemblage et de production conventionnelles. Cela se complique encore plus lorsqu'il faut passer à de nouveaux types ou matériaux d'emballage. La nouvelle machine du fabricant de machines allemand Wolf montre que les technologies de B&R permettent un transport particulièrement flexible et délicat des emballages sur les lignes de conditionnement.
"Les grandes enseignes et les grandes entreprises mondialisées de l'industrie de l'emballage se sont fixées comme objectif de passer entièrement à des emballages écologiques d'ici quelques années," indique Markus Schmachtel, directeur du département conception & ingénierie chez Wolf. Depuis sa fondation en 1988, Wolf a livré plus de 3000 machines de remplissage et de conditionnement, devenant ainsi un fabricant de machines de renom, notamment dans l'industrie agroalimentaire. Durant son histoire, l'entreprise a également vécu de nombreuses mutations. "En général, un ingénieur en conception de machine tente de répondre à de nouvelles demandes en suivant une approche purement mécanique. L'accroissement continu de la diversité des types et des matériaux d'emballage nécessite cependant des solutions de transport nettement plus flexibles et plus délicates avec le produit que ne le sont les convoyeurs à chaîne purement mécaniques utilisés jusqu'à présent.
Wolf propose une machine d'ensachage vertical FFS adaptée à tous types de sachets usuels et facilement adaptable pour passer d'un type de sachet à un autre. Cette machine peut être ainsi utilisée pour produire des sachets plats ou à soufflets ainsi que des sachets stand-up aux bords scellés. Jusqu'à présent, une fermeuse de sachets connectée à la machine FFS transportait les produits à l'aide de chaînes présentant des butées et formant ainsi des compartiments. Cette conception permet de pousser les sachets en position debout et en synchronisme avec le cadençage de la machine FFS. La base des sachets glisse alors sur la surface en tôle du système de convoyage.
Transport délicat d'éco-emballages sensibles
Pour des raisons à la fois marketing et environnementales, les emballages en papier sont de plus en plus prisés. Néanmoins, lors du convoyage et notamment à grande vitesse, la base des emballages peut être soumise à des contraintes de cisaillement trop fortes, et l'emballage tout entier déformé. Les papiers grossiers et rigides sont particulièrement sensibles à ces phénomènes. "Vous pouvez minimiser la déformation des sachets en appliquant un vernis spécial sur les surfaces de contact," explique M. Schmachtel. "Mais ce vernis s'use avec le temps et contamine l'environnement de production. Un nombre croissant de sociétés interdisent même ces traitements dans leurs usines. Nos clients apprécieront certainement de disposer d'une solution de transport de produits leur permettant de s'affranchir de ces inconvénients."
Pour se préparer aux défis à venir, Wolf a décidé de développer une nouvelle machine pour incorporer les systèmes de fermeture en haut des sachets. Plusieurs systèmes "track" ont été testés au regard de différents critères comme la charge utile, la manipulation des navettes, et le support fourni par le fournisseur. Le choix s'est finalement porté sur le système SuperTrak de B&R basé sur des moteurs linéaires à stator long.
Wolf avait un objectif : réaliser une fermeuse de sachets qui, combinée à une ou deux machines FFS et à une unité de dosage, produit, remplit et scelle jusqu'à 80 sachets par minute (variante Single) ou jusqu'à 130 sachets par minute (variante Duplex).
Changements de production demandant un effort minime
Le fabricant de machines avait aussi un autre objectif : réaliser une machine capable de prendre en charge différents types et matériaux d'emballage, et également différents procédés de fermeture de sachets, le tout moyennant un minimum d'effort pour ses utilisateurs. .
Pour que cet objectif puisse être atteint, il fallait que les sachets formés, remplis et scellés par la machine FFS soient remis au système track de la fermeuse de sachets, puis acheminés aux différentes stations de traitement de cette machine. Dans le cas d'un sachet à fond plat et en forme de bloc fermé avec une étiquette, ces stations effectuent respectivement des opérations de mise en forme, de pressage, de découpe, de scellage et de pliage pour aboutir à un sac compact n'occupant aucun espace superflu dans sa partie supérieure. Ensuite, à la fin, le pli réalisé en haut de l'emballage est attaché au sachet à l'aide d'une étiquette.
Navettes contrôlables individuellement pour une flexibilité maximale
À la différence des convoyeurs à chaînes couplés en permanence avec la machine, le système SuperTrak transporte les sachets avec des réceptacles directement montés sur ses navettes. Contrôlées individuellement, les navettes sont acheminées vers les différentes stations de traitement de la fermeuse, indépendamment du cadençage de la machine FFS.
"Les réceptacles montés sur les navettes évitent que la base des emballages soit soumise à des contraintes de cisaillement," explique M. Schmachtel. "Chaque navette est programmable et contrôlable individuellement. Ceci nous permet d'optimiser les profils de mouvements en fonction des types de contenants et de contenus. Nous augmentons ainsi l'efficacité de la production tout en préservant les produits.
Les navettes peuvent également faire des mouvements arrière. Les concepteurs de Wolf ont utilisé cette possibilité pour inclure un mouvement vibratoire dans le profil de mouvement de la fermeuse. "Ceci permet de faire l'économie d'une station séparée pour faire vibrer les sachets et compacter ainsi leur contenu. L'espace ainsi économisé peut être mis à profit pour d'autres utilisations. Le processus de vibration n'a plus besoin d'être réalisé dans un temps de cycle prédéfini. Il peut donc être optimisé sur le plan de l'efficacité ou de la préservation de l'emballage. Les utilisateurs peuvent également mettre en œuvre différents profils de mouvements et réaliser ainsi des fonctions de vibrations sur mesure pour différentes variantes de produits.
Rendement accru
Grâce aux profils de mouvement programmables, les concepteurs de la machine peuvent disposer plus librement les stations de traitement, et retirer ou ajouter des stations si nécessaire. Ceci offre plusieurs avantages, dont la possibilité de doubler le nombre de stations effectuant un traitement temporellement critique pour accroître les rendements ou atteindre un objectif de temps de cycle. Avec un convoyeur à chaînes, il faudrait aussi doubler le nombre de toutes les autres stations pour aboutir au même résultat.
Les profils de mouvement programmables offrent aussi la possibilité d'ajouter ou éliminer certaines étapes du process pour certains sachets. Plusieurs types d'emballage ou matériaux d'emballage peuvent être ainsi traités aisément sur la même ligne. La fermeuse de sachets et son système SuperTrak complètent idéalement la machine FFS flexible de Wolf.
"Le système SuperTrak nous permet d'accroître à la fois les cadences et la diversité des produits tout en maîtrisant les coûts," ajoute M. Schmachtel. "Il facilite aussi l'intégration de la machine dans les lignes de production des utilisateurs, et les profils de mouvement personnalisables nous donnent plus de liberté pour le choix des emplacements des stations de transfert sur la machine FFS ou la fermeuse. Nous pouvons ainsi adapter la structure de l'installation en fonction de la situation sur site." Le design modulaire des rails de guidage du système SuperTrak nous donne aussi plus de liberté pour la conception de machine. "Nous pouvons facilement rallonger ou raccourcir la fermeuse de sachets et ajuster le nombre de navettes en fonction des besoins," précise M. Schmachtel. "La flexibilité qu'offre le contrôle du sens des mouvements facilite également l'adaptation à de nouvelles demandes."
Une machine aux designs multiples
Dans la première machine de nouvelle génération réalisée par Wolf, un simple système SuperTrak en forme d'hippodrome et constitué de deux segments courbés à 180° et de six segments droits d'un mètre de long chacun a suffi pour répondre au cahier des charges. Ce sont surtout les segments courbés du SuperTrak qui ont permis de réaliser cette configuration. Wolf a même pu prévoir des espaces en réserve pour, au besoin, loger des stations supplémentaires, et ce même dans des phases ultérieures du cycle de vie de l'installation.
"L'outil de simulation de B&R nous a permis de tester à l'avance si nous pouvions atteindre les temps de cycle voulus avec le design actuel ou en ajoutant des extensions. Cet outil nous a aussi permis de déterminer le nombre de navettes et de stations nécessaires pour traiter un type d'emballage. Nous avons pu ainsi éviter des investissements inutiles et minimiser les risques liés au développement," se réjouit M. Schmachtel. Grâce à la grande efficacité énergétique du système, les coûts d'exploitation, également, sont réduits. Avec cette solution, les seuls éléments à mettre en mouvement sont les navettes et leur réceptacle. Ces derniers représentent une masse nettement inférieure à celle que doit déplacer un convoyeur à chaînes. La puissance à fournir pour les accélérations et les freinages est donc nettement moindre. De plus, l'énergie regénérée au freinage est récupérée et utilisée pour les accélérations.
Un terrain propice à l'innovation
La nouvelle solution de transport ainsi mise en œuvre est loin d'avoir révélé tout son potentiel et étend les possibilités qui s'offrent à Wolf pour le développement de futures innovations. "Nous commençons seulement à explorer les possibilités qu'offre le SuperTrak," se réjouit M. Schmachtel. Ainsi, il est possible d'avoir, par exemple, deux navettes qui se saisissent d'un sac, puis l'ouvrent alors même qu'elles sont en mouvement entre deux stations. De plus, il est également possible de combiner plusieurs navettes pour accroître la charge utile. Toutes ces possibilités ouvrent la voie à la conception de machines de remplissage et de conditionnement radicalement nouvelles.
Auteur : Franz Rossmann, journaliste technique basé à Gauting près de Munich
 | Markus Schmachtel Head of Design and Engineering, Wolf "Chaque navette est programmable et contrôlable individuellement. Ceci nous permet d'optimiser les profils de mouvements en fonction des types de contenants et de contenus. Nous augmentons ainsi l'efficacité de la production tout en préservant les produits. |
SuperTrak
Le SuperTrak a été spécialement conçu pour une utilisation 24/7 dans des environnements industriels difficiles. Il a un fonctionnement fiable et sûr et supporte de grandes charges. Il réduit le temps nécessaire pour passer d'un produit à un autre lorsque plusieurs produits sont fabriqués sur la même ligne. Il suffit que l'opérateur active une option différente pour que le système track s'adapte automatiquement à un nouveau produit. Les navettes se remplacent facilement et individuellement, sans qu'il soit nécessaire de démonter la piste. Le temps de moyen de réparation (MTTR) atteint ainsi une valeur très basse, et la productivité de la ligne augmente.