VTI Sint-Lucas Gelukstede 2 9700 Oudenaarde
DE VERTICALE VORM-, VUL- EN SLUITMACHINE MET MULTIHEADS
Pieter Sijmons 6TIW 2005-2006
Woord vooraf Als laatstejaarsleerling Industriële Wetenschappen in het VTI Sint-Lucas te Oudenaarde is het mij opgedragen een eindwerk samen te stellen. Dit eindwerk bundelt de kennis die ik gedurende mijn schooltijd heb opgedaan. Mijn keuze is uitgegaan naar de verticale vorm-, vul- en sluitmachine met multiheads. Het leek mij interessant om, met het oog op de hedendaagse verpakkingstechnieken, deze machine te bespreken. Ik wil graag mijn mentor, mevr. L. Duponcheel bedanken voor de opvolging van de evolutie in mijn werk en de communicatie naar andere leerkrachten toe. Vervolgens wil ik alle mensen die op de een of andere manier hielpen dit eindwerk tot stand te brengen, bedanken voor hun steun en raadgevingen. In het bijzonder wil ik mijn dank betuigen aan mijn oom, dhr. J. Thijs, bedrijfsleider van de Confiserie Thijs. Zijn enthousiaste medewerking, nuttige contacten en stroom van informatie over deze machine maakten dit eindwerk mogelijk.
Inhoudsopgave Woord vooraf __________________________________________ 2 Inhoudsopgave _________________________________________ 3
DEEL I: ALGEMENE INLEIDING OP DE MACHINE 1
Het waarom van verpakkingsmachines _________________ 8
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
Uiteenlopende verpakkingszakjes _______________________________ 8 Verpakkingsmaterialen _______________________________________ 8 Voeding en hygiëne __________________________________________ 8 Wegen van de producten ______________________________________ 9 Tijd kost geld _______________________________________________ 9 Toepassing op machine _______________________________________ 9
2
Vvvs-machines ____________________________________ 10
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
Geschiedenis en evolutie _____________________________________ 10 Het vormen van de zakjes ____________________________________ 10 Snelheid __________________________________________________ 10 Master t.o.v. Slave __________________________________________ 10 Veiligheid _________________________________________________ 11
DEEL II: OVERZICHT VAN DE MACHINE 1 2
Overzicht van de hoofdonderdelen van de machine ______ 13 De machine van begin tot einde ______________________ 14
2.1
De trilgoot ________________________________________________ 14 Werkingsprincipe ___________________________________________ 14 De transportband ___________________________________________ 15 TN-systeem ________________________________________________ 16 De kleine trilgoot en het optische oog ___________________________ 17 De multiheads _____________________________________________ 17 De metaaldetector __________________________________________ 17 Werkingsprincipe ___________________________________________ 18 Meetbereik ________________________________________________ 18 Faseverschuiving ___________________________________________ 19 De verticale vorm- vul- en sluitmachine _________________________ 19 Eindbewerking _____________________________________________ 20
2.2 2.3 2.4 2.5
2.6 2.7
DEEL III: DOSEERSYSTEMEN 1
Soorten doseersystemen ____________________________ 22
1.1
De multiheadweger _________________________________________ 22 Werkingsprincipe ___________________________________________ 23 Snelheid __________________________________________________ 24 Lineaire afvulwegers ________________________________________ 24
1.2
3
1.3 1.4
Telmachines _______________________________________________ 24 Schroefdoseurs _____________________________________________ 25
2
Controles en fouten ________________________________ 26
2.1 2.2 2.3
Gewichtsaanduiding_________________________________________ 26 Multiheads ________________________________________________ 26 Lineaire afvulwegers ________________________________________ 26
3
Keuzes maken ____________________________________ 27
3.1 3.2
Producteigenschappen _______________________________________ 27 Kostprijs __________________________________________________ 27
DEEL IV: DE VERPAKKINGSMACHINE 1
Algemene begrippen _______________________________ 29
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
Toepassingen ______________________________________________ 29 Werking __________________________________________________ 29 Naden ____________________________________________________ 29 Soorten langsnaden _________________________________________ 30 Sealen ____________________________________________________ 30 Sealunits __________________________________________________ 30 Vormpijp en vormschouder ___________________________________ 30 Zakvormen ________________________________________________ 31 Foliematerialen_____________________________________________ 32 Horizontale en schuine verpakkingsmachines_____________________ 32
2
De vvvs-machine van A tot Z ________________________ 33
2.1 2.2
De trechter ________________________________________________ 33 De vormschouder ___________________________________________ 34 Inloophoek ________________________________________________ 34 2.3 De vormpijp _______________________________________________ 35 Vorm van de pijp ___________________________________________ 35 2.4 De folierol ________________________________________________ 36 2.5 Het afrollen en transport van de folierol _________________________ 36 2.6 Transporttechnieken_________________________________________ 37 Tangenaftrekprincipe ________________________________________ 38 Bandaftrekprincipe__________________________________________ 39 2.7 De fotocel _________________________________________________ 40 2.8 De printer _________________________________________________ 40 Soorten printers ____________________________________________ 41 2.9 De verticale sealunit – Het maken van de langsnaad________________ 41 Vorming __________________________________________________ 42 2.10 De zakspreiders en zijvouwspanen _____________________________ 43 2.11 De horizontale sealunit – Het maken van de dwarsnaden ____________ 43 Steek en riffeling____________________________________________ 44 2.12 Het mes___________________________________________________ 45
4
2.13 De klembekken ____________________________________________ 46
3
Extra’s voor zakvormen ____________________________ 47
3.1
Gemakkelijk te openen_______________________________________ 47 Technieken en soorten _______________________________________ 47 Hersluitbaar (reclosables) ____________________________________ 48 Sluittape __________________________________________________ 48 Easy-pack _________________________________________________ 48 Zipsluiting_________________________________________________ 48 Tintye ____________________________________________________ 49 Tearstrip __________________________________________________ 49 Clip ______________________________________________________ 49
3.2
4
Verpakkingssnelheid _______________________________ 50
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
Sealtijd ___________________________________________________ 50 Lengte productlint __________________________________________ 50 Vorm zakjes _______________________________________________ 50 Valtijd____________________________________________________ 50 Trechter __________________________________________________ 51 Besluit ___________________________________________________ 51
5
Prijs versus kwaliteit _______________________________ 52
5.1 5.2
Kostprijs van een standaard machine____________________________ 52 Duurzaamheid en kwaliteit ___________________________________ 52
6
Synchronisatie ____________________________________ 53
6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6
Op het juiste moment ________________________________________ 53 Master en slave_____________________________________________ 53 Valtijd____________________________________________________ 54 Verliezen _________________________________________________ 54 Externe machines ___________________________________________ 54 Voor- en nadelen ___________________________________________ 54
DEEL V: OPDRACHTEN 1
Mechanica _______________________________________ 56
1.1 1.2 1.3
Pneumatica in de vvvs-machine________________________________ 56 Berekenen van kracht, moment en vermogen van transportband ______ 60 Berekeningen op de as van de folierol___________________________ 64 Afleiding formule voor massatraagheidsmoment van holle cilinder ____ 64 Berekening nodige tijd om as op volledig toerental te brengen _______ 65
2
Elektriciteit ______________________________________ 66
2.1 2.2
Aanwezige elektrische motoren/frequentieschakelaars ______________ 66 Werking frequentieregelaar ___________________________________ 66 Wikkelapplicatie ____________________________________________ 68 Werking driefasige asynchrone motor/inductiemotor _______________ 68 Samenstelling ______________________________________________ 69
2.3
5
2.7
De kooianker- of kortsluitmotor________________________________ 69 Werking __________________________________________________ 69 Waarom reductiekasten? _____________________________________ 70 Waarom deze motoren? ______________________________________ 70 Elektrische schema’s ________________________________________ 70 Verklaring schema folietransportbanden_________________________ 71 Nodig elektrisch vermogen ___________________________________ 71
3
Computertekenen _________________________________ 72
3.1
3.2 3.3 3.4
Uittekenen in 3D programma’s ________________________________ 72 Inventor __________________________________________________ 72 Rhinoceros ________________________________________________ 72 Renders (foto’s) van de uitgetekende machine met Flamingo ________ 73 Uittekenen van verschillende onderdelen in 3D ___________________ 75 Uittekenen van verschillende onderdelen in 2D ___________________ 77
4
Taalopdrachten ___________________________________ 94
4.1 4.2
Nederlands ________________________________________________ 94 Frans _____________________________________________________ 95 Informatiefolder Frans_______________________________________ 96 Engels ____________________________________________________ 98 Summary__________________________________________________ 99
2.4 2.5 2.6
4.3
Bijlage 1 Bijlage 2 Bijlage 3 Bijlage 4 Bijlage 5 Bijlage 6
____________________________________________ 100 ____________________________________________ 103 ____________________________________________ 106 ____________________________________________ 107 ____________________________________________ 108 ____________________________________________ 109
Bronvermelding ______________________________________ 110
6
DEEL I: ALGEMENE INLEIDING OP DE MACHINE
7
1 Het waarom van verpakkingsmachines 1.1 Uiteenlopende verpakkingszakjes Als je door de supermarkt rondwandelt, zie je het meteen. De rekken zitten vol met zakjes in alle maten en vormen. De gecompliceerdste vorm is niet genoeg. Alles en niets wordt verpakt in de voor ons doodnormale verpakking. Met de verpakkingsmachine kunnen de meest uiteenlopende zakvormen geproduceerd worden. Dit wordt mogelijk gemaakt door een grote variëteit aan eenvoudig te vervangen onderdelen zoals vormschouders en vormpijpen. Zo zitten chips meestal in een eenvoudige, kleurig bedrukte, kussenvormige zak, terwijl breekbare koekjes in een luxe, transparante blokbodemzak worden aangeboden. Beide zakken zijn door één machine te produceren. Zakjes in alle maten en vormen
1.2 Verpakkingsmaterialen Er is een enorme variëteit aan verpakkingsmaterialen die op de verpakkingsmachines verwerkt kunnen worden. Vrijwel elk product stelt een aantal unieke eisen. Lolly’s mogen bijvoorbeeld niet door de verpakking heen prikken, bij gommetjes moet de smaak behouden blijven, dit zijn slechts een paar voorbeelden die op de machine een toepassing hebben. Naast enkellaagse verpakkingsmaterialen wordt vooral ook veel gebruikgemaakt van laminaten, waarin elke laag een specifieke, op het te verpakken product afgestemde functie heeft. Het verpakkingsmateriaal laat zich in vrijwel elk gewenst patroon en in elke gewenste kleur of kleurencombinatie bedrukken, maar ook een onbedrukte, transparante zak die de Verschillende soorten folierol aandacht geheel op het product vestigt, behoort natuurlijk tot de mogelijkheden. De productinformatie wordt dan vermeld op een etiket dat in de vvvsmachine op de zak geplaatst wordt. Dit wordt er gewoon op gedrukt met behulp van een speciale printer. Een veelvoorkomende eis is ook dat een product gasdicht verpakt wordt, of dat het verpakken ‘onder beschermende atmosfeer’ plaatsvindt, waarbij de lucht in de verpakking plaatsmaakt voor een inert gas dat oxidatie tegengaat en de houdbaarheid verlengt.
1.3 Voeding en hygiëne Wie in de voedingsindustrie zit, zal het maar al te goed weten. Werken met voeding staat gelijk aan hele lijsten hygiënische voorschriften. De verpakking moet in een speciale omgeving gebeuren en om de haverklap gecontroleerd worden. Metaaldetectie is geen overbodige luxe. Hiervoor zijn speciale machines nodig die haarfijn afgesteld moeten kunnen worden. Niet ieder zakje heeft namelijk dezelfde vorm. Het plaatsen van metaaldetectiesystemen mag de snelheid van het verpakken ook niet vertragen dus een goede synchronisatie is van zeer groot belang.
8
1.4 Wegen van de producten Ieder zakje moet natuurlijk evenveel inhoud bevatten, dus alles moet voor de verpakking gewogen worden. Met grotere stuks is dit minder complex, maar stel dat er 2000 moeren moeten verpakt worden… Gedurende de industrialisering zijn machines zo ontworpen dat wegen slechts een fractie van een seconde wordt. Afhankelijk van het product werkt een doseur op basis van een vulgewicht per zak (afvulweger) of op basis van een bepaald volume per zak (schroefdoseur). Voor het verpakken van een bepaald aantal producteenheden (zoals hier het geval is) wordt gebruik gemaakt van een telmachine.
Een weegmachine
1.5 Tijd kost geld Time is money. Iedereen kent het spreekwoord wel, maar voor bedrijven is dit bittere ernst. Als een bewerking 1 seconde sneller kan gaan, kan het hele proces versnellen waardoor de winst hoger wordt. De lage prijs van de vorm van verpakken met een verpakkingsmachine is een sterke reden om voor deze machine te kiezen. Zij laten hoge verpakkingssnelheden toe, en machines die goed gekozen, afgeregeld en onderhouden zijn, kunnen lange tijd en ononderbroken doorwerken. De gemiddelde autonomie van een verpakkingsmachine bedraagt ongeveer 6 jaar, maar bij goed onderhoud kan deze tijdsduur nog veel vergroot worden. Alles is natuurlijk afhankelijk van wat er nodig is bij de verpakking. Duurdere machines kunnen misschien wel sneller werken, maar of dit de productie aankan, is nog maar de vraag…
1.6 Toepassing op machine We willen dus een machine die een zakje kan vormen, vullen en sluiten. Als inhoud gebruiken we gommetjes en lolly’s (lekstokken). In elk zakje moet hetzelfde nettogewicht aanwezig zijn. We zullen dus een meetsysteem kiezen dat een compromis vormt tussen snelheid en precisie, namelijk de multiheads. We werken met voeding: dus plaatsen we een metaaldetector. We laten de inhoud van boven vallen dus deze moet eerst naar boven getransporteerd worden. Hiervoor gebruiken we een transportband. Als we al deze aspecten in beschouwing nemen, komen we tot de volgende probleemstelling: hoe kunnen we een machine bouwen die aan al deze voorwaarden voldoet? Conclusie: We kiezen voor de verticale vorm-, vul- en sluitmachine (ofwel de vvvsmachine) met multiheads.
9
2 Vvvs-machines Verticale vorm-, vul- en sluitmachines zijn uiterst flexibele machines, waarmee de meest uiteenlopende producten efficiënt en effectief verpakt, en aantrekkelijk gepresenteerd kunnen worden. Dit gaat van uw dagelijkse koffie tot ambachtelijke tortellini en van een keur aan verse groentes tot diepgevroren gamba’s. En natuurlijk worden ook pluggen, insecticiden, waspoeders en knikkers in zakken en zakjes verpakt.
2.1 Geschiedenis en evolutie De eerste vvvs-machines werden halverwege de vorige eeuw gebouwd. De ontwikkeling van deze machines, mogelijk gemaakt door de introductie van kunststof verpakkingsmaterialen, was een doeltreffend antwoord op de toenemende vraag naar mechanisering van alle mogelijke maten en vormen van productieprocessen. In de afgelopen decennia heeft de vvvsmachine een dominante positie verworven. Over het aantal machines dat wereldwijd in gebruik is, kan alleen maar gespeculeerd worden. Duidelijk is wel dat er op jaarbasis honderden vvvs-machine verkocht worden.
2.2 Het vormen van de zakjes De zakjes worden gemaakt op een bepaalde manier waarbij geen folie verloren gaat. De folie wordt via een vormbekken tot een vierkant zakje getransformeerd. Er worden 3 naden gemaakt: de kopnaad aan de bovenkant van het zakje, de langsnaad die meestal in het midden zit en de bodemnaad aan de onderkant van het zakje. De naden worden gesloten door ze te sealen. Hiertoe wordt het verpakkingsmateriaal korte tijd onder druk samengebracht en verwarmd, waarbij het sealmedium (meestal polyethyleen) smelt. Zodra het sealmedium voldoende afgekoeld is, zijn de naden stabiel. Dit is een kwestie van milliseconden.
2.3 Snelheid De vvvs-machines kunnen gemakkelijk snelheden halen van 50 zakjes per minuut. Het weegsysteem is nauwkeurig afgesteld zodat er al product klaarstaat als de weegcellen product doorlaten. De metaaldetector zal het product niet afremmen en het sealen gebeurt in enkele milliseconden. De enige vertraging van de machine zit in het feit dat het product door de smallere trechter moet en er zo en opstopping kan ontstaan.
2.4 Master t.o.v. Slave Natuurlijk moet er in de vvvs-machine één onderdeel “master” staan. D.w.z. . dat dit onderdeel de andere onderdelen die in “slave” staan de toestemming geeft om te werken. De master is in 90 % van de gevallen het traagste onderdeel van de machine. Bij onze machine zullen dat de weegcellen van de multiheads zijn. Deze berekenen hoeveel er in het zakje valt en wanneer het gevormd wordt. De wachtbakjes krijgen van de weegcellen commando’s tot
10
lossen. Deze laten op hun beurt de kleine trilgoot werken. Het optische oog dat dit in de gaten houdt zal dan de transportband en de grote trilgoot commanderen.
2.5 Veiligheid Dat veiligheid belangrijk is, weet iedereen. De vvvs-machine heeft verscheidene sensoren op afsluitdeuren en transportbanden. Als deze detectie negatief is, weigert de machine onder alle omstandigheden te werken.
11
DEEL II: OVERZICHT VAN DE MACHINE
12
1 Overzicht van de hoofdonderdelen van de machine
De vvvs-machine met multiheads: hoofdonderdelen zijn duidelijk te zien.
Op de figuur zijn onmiddellijk een aantal hoofdonderdelen te onderscheiden: - De transportband die zorgt voor de toevoer van het product, - De multiheads (het weegsysteem), - De eigenlijke vvvs-machine. Deze hoofdonderdelen zijn ook zichtbaar op de schematische voorstelling. De multiheads
De transportband
De trilgoot
De vvvs-machine
13
2 De machine van begin tot einde 2.1 De trilgoot Hier begint het verhaal. De gommetjes of lolly’s worden hier ingeworpen om zo een voorraad te hebben en de machine een gehele tijd te laten werken zonder te moeten bijvullen. Ook krijgt men hier een gelijkmatige verdeling van het product. Kleverige producten (zoals gommetjes) kunnen blijven vastplakken aan de bodem van de trilgoot. Door de bodem te profileren wordt het contactoppervlak met het product verkleind zodat de kans op vastplakken sterk wordt verminderd.
De trilgoot als verdelingsinstrument
Werkingsprincipe Het functioneringsprincipe van een elektromagnetisch aangedreven trilgoot is zeer eenvoudig. De transportmethode berust op het traagheidsprincipe. Zware producteenheden laten zich met dit transportsysteem gemakkelijker verplaatsen dan lichte producteenheden. Een heen- en weergaande beweging wordt gegeven aan een trilgoot (die al dan niet geprofileerd is) d.m.v. een elektromagnetische trilmagneet (4), die in een hoek van ongeveer 20° op de trilgoot (1) gemonteerd staat. Bij de uitgaande slag van de trilmagneet wordt het product wat zich in de trilgoot bevindt als het ware schuin naar voren en naar boven toe gestoten. Bij de ingaande slag van de trilmagneet, valt het product rechtlijnig terug op de trilgoot. Doordat deze cyclus zich continue herhaalt, verplaatst het product zich zo in de transportrichting.
1) Trilgoot 2) Verenpakket 3) Basisplaat 4) Trilmagneet 5) Buffer 6) Frame
14
De besproken trilgoot bevat 3 trilmagneten en 3 veerpakketten. Indien de trilmagneet aangesloten wordt op een wisselspanning van 230 Volt in combinatie met een diode, wordt de losse kern magnetisch. Hierdoor zal de losse kern het trilmagneethuis laten intrekken en vervolgens laat de magneet weer los, waardoor het bladveerpakket (2) de losse kern, alujuk en de trilgoot weer terug laat veren. Dit gaat standaard met een frequentie van 50Hz. De trillingsuitslag (amplitude) en het gewicht van de producteenheden bepalen de verplaatsingssnelheid van het product. Bij een frequentie van 50 Hz krijgt men 3000 trillingen per minuut en bij een frequentie van 100 Hz heeft men 6000 trillingen per minuut. Het is mogelijk om de trilfrequentie van de trilgoot te regelen via een frequentieregelaar (die hier aanwezig is). Het is ook mogelijk om de slaglengte van de trilgoot gecontroleerd te regelen. Dit kan gebeuren met behulp van een thyristorregeling.
De trilcel onderaan de trilgoot
2.2 De transportband Om het product te kunnen verplaatsen van de laag geplaatste trilgoot naar het hoger gelegen multiheads maken we hier gebruik van een opvoerband. Dit is in feite een transportband die onder een hoek geplaatst is. Hier is de opvoerband voorzien van meenemers om te voorkomen dat het product terug naar beneden glijdt of rolt en zo ongelijkmatig verdeeld wordt.
De overgang van trilgoot naar transportband
De band loopt over twee trommels. De aandrijftrommel is verbonden met een frequentie geregelde opsteekreductor terwijl de spantrommel in de spanrichting hangt.
15
Zoals al eerder verklaard moeten de hygiënische normen streng zijn als je met voeding werkt. De transportband scoort hiervoor erg goed. Als men met gommetjes werkt, zal er altijd suiker op de band blijven liggen, daarom worden er verschillende bakjes gebruikt die handig in elkaar geklikt kunnen worden. Als suiker tussen de draaiende delen zou komen, kan dit de werking ernstig belemmeren. De transportband werkt op 380V met frequentie van 50Hz volgens het TN-systeem.
TN-systeem Bij het TN-systeem is een punt van het net rechtstreeks geaard en de massa’s van de elektrische installatie zijn met dit punt verbonden door middel van beschermingsgeleiders. Naargelang de uitvoering van de nulgeleider en de beschermingsgeleider worden drie types van TN-systeem voorzien. -
TN-C systeem: De functies van nulgeleider en beschermingsgeleider worden vervuld door dezelfde geleider in het ganse net. TN-C-S systeem: De functie van nulgeleider en beschermingsgeleider worden vervuld door dezelfde geleider in een deel van het net. TN-S systeem: De nulgeleider en de beschermingsgeleider zijn afzonderlijk in het ganse net.
16
2.3 De kleine trilgoot en het optische oog Eenmaal bovenaan zal het product op een kleinere trilgoot (met 2 trilcellen) terechtkomen en zo zijn weg vervolgen. Hierboven staat een optisch oog opgesteld dat het bijkomende product registreert. Dit geeft de signalen aan de trilgoot en de transportband om meer product naar boven te laten komen. De trilgoot en transportband staan “in slave” geschakeld t.o.v. het optische oog. D.w.z. dat het optische oog voor dit deel van de machine de controle op zich neemt en signalen geeft voor de sturing van de machine.
2.4 De multiheads
De kleinere trilgoot en het optische oog.
Hier komen we bij het technische hoogstandje van de machine: het weegsysteem. Dit heeft als functie om razendsnel de producten te wegen en met een combinatie van verschillende wegingen dezelfde hoeveelheid product af te geven. De multiheads hebben wachtbakjes en weegbakjes en het wegen gebeurt met een weegcel. Op de werking zullen we later terugkomen in deel III “doseersystemen”. De multiheads
2.5 De metaaldetector De kwaliteit van voedingsmiddelen kan alleen gegarandeerd worden als de inkomende ingrediënten en ruwe producten effectief gecontroleerd worden en ongewenste metaaldeeltjes (in de grootste gevallen komen deze van de machine zelf) verwijderd worden. Productverlies is sterk geminimaliseerd en de waardevolle machine is beschermd. De snelheid wordt niet vertraagd aangezien het product hier in zijn val gecontroleerd wordt.
De metaaldetector
De metaaldetector is geplaatst voordat de zakjes gemaakt worden zodat de kosten bespaard zouden blijven.
17
Werkingsprincipe De werking van deze metaaldetectors berust niet op het principe van de zogezegde “schatzoekers”, de metaaldetector die men gebruikt voor het zoeken naar oude munten. De werking van een metaaldetector berust ook op het principe van het magnetische veld maar heeft i.p.v. 1 zender en 1 ontvanger, 1 zender en 2 ontvangers.
Output
De meeste industriële metaaldetectiesystemen werken met een detectiekop met daarin een centrale zendspel en twee identieke uitwendige ontvangstspoelen. Aan de centrale spoel is een oscillator bevestigd, die een hoogfrequent magnetisch veld produceert (rond de 4000Hz). De twee ontvangstspoelen zijn zodanig verbonden dat de geïnduceerde voltages elkaar opheffen zolang het magnetische veld niet wordt verstoord. Het te controleren product wordt doorheen een opening gevoerd, waarrond de spoelen zijn gewikkeld.
Voor een optimale detectiegevoeligheid dient de grootte van deze opening afgestemd te zijn op het product. Bij een te grote opening kan immers een verzwakking van het signaal optreden, terwijl een te kleine opening de goede doorvoer van het product op de lopende band belemmert.
Meetbereik De tabel geeft een overzicht van de gevoeligheid van een metaaldetector in functie van de grootte van de opening. De cijfers geven de gevoeligheid in het middelpunt van de opening weer, waar die steeds het zwakst is.
Tabel met gevoeligheid van metaaldetector (bron: Lock Inspection Systems personal information)
Zoals blijkt uit de tabel richt men zich bij metaaldetectie op drie soorten metaal: ferrometalen zoals ijzer, chroomstaal, koolstofstaal en wolframcarbide Allemaal metalen die eenvoudig te detecteren zijn, omdat ze zowel geleidend als magnetisch zijn en dus een gevoelig effect hebben op het magnetische veld van de detector. Daarnaast is er de groep van laag-ohmige non-ferrometalen zoals koper, aluminium, lood, messing en brons. Dit zijn metalen die niet magnetisch, maar wel geleidend zijn en dus iets minder invloed hebben op de metaaldetector. Het moeilijkst te detecteren zijn zuivere, hoog-ohmige, niet-magnetische metalen, vooral roestvrij staal 304 en 316 dat vaak in productie- en verpakkingsmachines in de voedingsindustrie voorkomt. Met een goede detector kan men deze metalen zonder veel problemen identificeren.
18
Faseverschuiving Als er een deeltje door de metaaldetector valt en voor een verstoring van het magnetische veld zorgt, dan zal dit een faseverschuiving vertonen op de display t.o.v. de 0-as. De faseverschuiving is typisch voor bepaalde metaalsoorten, zo zal bij non-ferrometalen de faseverschuiving naar rechtsboven plaatsvinden.
2.6 De verticale vorm- vul- en sluitmachine
Faseverschuiving duidelijk zichtbaar
Hier komen we bij de eigenlijke machine: deze vormt de zakjes, vult en sluit ze.
De voorzijde van de machine
De achterzijde van de machine
Dit “hart van de machine” is werkelijk het neusje van de zalm! Vertrekkend van een folierol worden de zakjes gevormd door middel van de vormschouder en de vormpijp, waar deze door de sealbekken tot een zakje gevormd worden. Omdat dit stuk van de machine zo belangrijk is, zullen we er later uitgebreid op terugkomen in deel IV “De verpakkingsmachine”. In bijlage 6 vindt u nog enkele technische informatie. Bij de vvvs-machine kunnen we 7 hoofdonderdelen onderscheiden: 1) Afroller van de folierol met afhankelijke motor 2) Groep voor het vormen van de folie 3) Verticale sluitingsgroep naast de tunnel 4) Voorwaartse folie-invoerband 5) Horizontale sluitgroep en snijden van de zak 6) Datumprintereenheid 7) Fotocelgroep
19
2.7 Eindbewerking Nadat de zakjes gevormd zijn, komen ze via een kleine transportband op de draaischijf terecht. Deze machine wordt aangedreven met een kleine motor en zorgt ervoor dat de werknemers de gevulde zakjes snel kunnen aannemen om deze daarna in dozen te plaatsen.
Van transportband naar draaischijf
Als we rekening houden dat de machine een snelheid van 50 zakjes per minuut, wat 3000 zakjes per uur is, dan realiseren we ons dat het voor een werknemer quasi onmogelijk is om aan zo een snelheid (efficiënt) te werken. De machine zal dan ook maar op een snelheid van 20 à 25 zakjes per minuut werken, zodat de toevoer van product (en productontwikkeling) niet zo snel kan gebeuren. Hier duiden we nogmaals op het belang van een goede machinekeuze.
20
DEEL III: DOSEERSYSTEMEN
21
1 Soorten doseersystemen Het is vanzelfsprekend belangrijk dat elke zak de juiste hoeveelheid product bevat. Om daarvoor te zorgen, zijn er verschillende doseersystemen ontwikkeld.
1.1 De multiheadweger De meest gangbare afvulweger, de zogenaamde multiheadweger, dankt zijn populariteit aan zijn snelheid, zijn nauwkeurigheid en zijn brede inzetbaarheid. Zoals de naam al aangeeft, werkt de multiheadweger met meerdere weegbakjes tegelijk. Elk van de acht tot zestien weegbakjes wordt gevuld, waarna de multiheadweger in hoog tempo bepaalt welke combinatie van bakjes de gewenste dosering bevat, of deze zo dicht mogelijk benadert. Zou een product waarbij elke eenheid 4 tot 6 gram kan wegen (grote noten, bijvoorbeeld) zonder multiheadweger gedoseerd moeten worden, dan zou bij 250-gramsverpakkingen vaak gekozen moeten worden tussen een dosering van 248 of 252 gram. Met een multiheadweger worden dergelijke afwijkingen voorkomen: met een combinatie van drie tot vijf van de beschikbare bakjes is een binnen nauwe grenzen correcte dosering altijd te realiseren. Bijvoorbeeld: als we als nettogewicht 50g nodig hebben: 2x 9g, 1x8g en 2x12g=50g Er zijn dus 5 weegbakjes leeggegoten. Natuurlijk is het onmogelijk, ook met dit vernuftig systeem, dat het nettogewicht altijd perfect zal zijn. De machine zal er echter voor zorgen dat het gemiddelde van alle zakjes juist is. De marges die er ontstaan zijn echter gering! Passen we dit toe op ons voorbeeld dan zullen er bvb. 25 zakjes van 49.8g, 25 van 50.2g, 25 van 49.7g en 25 van 50.3g zijn.
De multiheadweger vanaf boven bekeken
Met sommige multiheadwegers kan overigens ook geteld worden. Door het stukgewicht van het product in te geven, rekent de weger uit hoeveel stuks er in elk weegbakje liggen en bepaalt hij op basis daarvan de combinatie van bakjes die samen de gewenste dosering bevatten. Dit werkt natuurlijk alleen bij producten waarvan het stukgewicht niet varieert. De besproken multiheads hebben 12 wacht- en 12 weegbakjes en kunnen wegen tot 400 g of tot 800 g. Zij hebben respectievelijk een nauwkeurigheid van 0.1 g en 0.2 g.
22
Werkingsprincipe
Het product valt door een trechter in het midden van de multiheads. Deze is als het ware een ronde trilgoot die het product naar de kleinere trilgootjes verdeelt. Deze zorgen ervoor dat er gedurende een ingestelde tijd steeds een min of meer gelijke hoeveelheid product in elk bakje loopt. Deze hoeveelheid is te variëren door deze tijd te verkorten of te verlengen. Zo valt het product gelijkmatig in de bovenste bakjes.
Schematische voorstelling Multiheads Feeder
Dit zijn de “wachtbakjes”, zij houden het product klaar om in het volgende bakje te laten vallen. Als er in het bakje een product valt, wordt dit onmiddellijk naar de computer doorgegeven, deze laat dan de klep opengaan en laat het product in de “weegbakjes” vallen.
Pool Hopper
Weigh Hopper
Loadcell
Hier wordt het product gewogen d.m.v. een weegcel. De massa wordt doorgegeven aan de computer. Als deze van een aantal cellen de massa heeft berekend zal hij zeer snel de juiste combinatie zoeken om het juiste nettogewicht van de zakjes te bekomen. Ondertussen worden de wachtbakjes al opnieuw gevuld zodat een continue werking gegarandeerd is. Multiheadwegers werken snel, onder meer omdat er van de beschikbare bakjes nooit meer dan drie tot vijf geleegd worden: de andere weegbakjes, waarvan de individuele vulgewichten continu gecombineerd worden, zijn dus steeds klaar voor de volgende dosering. De weegcel berust op het principe van elastische vervorming. Het wordt elke keer als er product invalt vervormd. Deze vervorming wordt gemeten en doorgegeven. Het is vanzelfsprekend dat deze cel na verloop van tijd opnieuw gekalibreerd of zelfs vervangen dient te worden. Dit kan echter enkele jaren duren.
De weegcel
23
Snelheid De snelheid van de multiheads is afhankelijk van de mechanische bouw, maar nog sterker afhankelijk van de gebruikte software. Met een systeem van 12 wacht- en weegbakjes kan de snelheid, door gebruik te maken van andere software, verdubbelen. Hoe meer wachtbakjes men plaatst, hoe duurder de machine wordt en hoe kleiner de verhouding prijs/snelheid wordt. Zulke machines kunnen echt niet meer rendabel werken. Het is veel beter om het aantal bakjes rondom te vergroten. Tevens mag een weging ook niet te snel na elkaar gebeuren, anders kan de verpakkingsmachine de snelheid niet meer aan, of we krijgen terug een continue stroom van product. Hierbij komen we tot besluit dat de verpakkingsmachine als “master” geschakeld zal worden, omdat deze het traagste onderdeel in de volledige kringloop is.
1.2 Lineaire afvulwegers Bij lineaire afvulwegers wordt het product over een centrale trilgoot naar een weegbakje gevoerd. De trilgoot is opgedeeld in een grofdosering, waar zich een grote stroom product bevindt, en een fijndosering, die een geringe hoeveelheid product bevat. Zodra een ingesteld percentage van het gewenste gewicht aangevoerd is, wordt de grofdosering uitgeschakeld en gaat alleen de fijndosering door tot het totale gewicht bereikt is. Op dat moment kan de zak gevuld worden. Dit is een tijdsintensief proces. Bovendien is de nauwkeurigheid nooit groter dan het gewicht van de hoeveelheid product die tussen het bereiken van het gewicht en het uitschakelen van de fijndosering nog onderweg is. Lineaire afvulwegers zijn er met één tot vier weegbakken. Een lineaire afvulweger met 2 weegbakken
1.3 Telmachines De telmachine, die bijvoorbeeld voor broodjes en bloembollen, maar ook voor snoepjes gebruikt wordt, lijkt enigszins op de lineaire afvulweger. De producteenheden worden op de trilgoot in een rij achter elkaar gelegd. Een sensor telt de passerende eenheden, die daarna via een trechter in de zak terechtkomen. Zodra het ingestelde aantal eenheden bereikt is, sluit de klep de trilgoot af. Een combinatie van trilgoot en telsensor wordt een kanaal genoemd. Telmachines zijn er in zes-, acht- en zestienkanaals uitvoeringen. De grootste toepassing voor dit type machine uit zich in de medische sector, voor het verdelen en verpakken van geneesmiddelen.
Een telmachine in werking
24
1.4 Schroefdoseurs Bij een schroefdoseur bevindt het vaak ‘stoffige’ product zich in een voorraadbunker. Daaronder zit een doseerpijp waarin de doseerschroef ronddraait. De doseerpijp kan aan de onderzijde door een klep of een kegel worden gesloten. Door een roerwerk komt het product vanuit de voorraadbunker in de doseerschroef terecht. De schroef draait het poeder naar beneden. Bij elke omwenteling van de schroef wordt een hoeveelheid product getransporteerd. Schroefdoseurs zijn dus volumetrische doseurs. Het volume is hier afhankelijk van de spoed en de stijging van de schroef, ofwel de schroefgang: die bepaalt hoeveel product er tussen de wand van de doseerpijp en de 'gangen' van de schroef past. Door in te stellen hoeveel omwentelingen de schroef per dosering maakt, is te bepalen hoeveel productvolume er in elke zak terechtkomt. Het afvulgewicht van de zak wordt dan bepaald door het soortelijke gewicht van het product. De nauwkeurigheid van een schroefdoseur is afhankelijk van de vullingsgraad van de doseerschroef en van de constantheid van het productvolume. Na elke dosering stopt de doseerschroef even. Om te voorkomen dat er op dat moment toch product uit de doseerpijp loopt, wordt de pijp bij gemakkelijk doorstromende producten (maïzena, bijvoorbeeld) afgesloten met een klep of een kegel. Bij gemalen koffie, pannenkoekenmix en andere producten die minder gemakkelijk doorlopen, wordt er onder aan de doseerpijp een restrictor gebruikt. Dat kan bijvoorbeeld een ring of Een schroefdoseur een zeef zijn.
25
2 Controles en fouten 2.1 Gewichtsaanduiding Alle consumentenverpakkingen moeten een gewichtsaanduiding hebben die voldoet aan de bepalingen van het in de Warenwet vastgelegde Hoeveelheidsaanduidingenbesluit . Kort samengevat houdt dit besluit in dat er gemiddeld niet minder dan het gespecificeerde gewicht in een verpakking mag zitten, waarbij het gemiddelde genomen wordt van de verpakkingen die gedurende een bepaalde periode (bijvoorbeeld een half uur) gemaakt worden. Afwijkingen van het gespecificeerde gewicht moeten binnen nauwe grenzen blijven. Om aan deze voorwaarden te voldoen heeft elk doseersysteem een ingebouwde controle. Deze controle zal gedetailleerde informatie bijhouden over de uitgestoten wegingen en zal eventuele wegingen buiten de afgestelde grenzen melden. Daar elk systeem niet volgens hetzelfde principe werkt zullen we ze apart bespreken.
2.2 Multiheads Zoals eerder vermeld geven de multiheads een zeer nauwkeurige waarde binnen de afgestelde grenzen. Als er toch een hogere of lagere meting gebeurt, dan zal de machine deze onthouden en er rekening mee houden bij de volgende wegingen. Om nog nauwkeuriger te meten is er bij het opstarten van de multiheads een procedure die (eventuele) fouten zou (moeten) tegengaan. -
Om te beginnen worden alle wacht- en weegbakjes leeggemaakt (om achtergebleven materiaal te verwijderen). Hierna worden alle weegcellen opnieuw gekalibreerd op de 0-waarde. Vervolgens zullen alle weegbakjes een weging uitvoeren (om nog overgebleven materiaal te detecteren; zoals bloem) en deze opslaan in het geheugen van de computer. Deze zal deze gewichten aftrekken van het totale gewogen gewicht bij werking van de machine.
Als er 1 bakje niet reageert, dan zal de machine dit melden, maar gewoon doorwerken met de resterende werkende bakjes. Het maximum gewicht stijgt echter. Fouten kunnen in theorie niet voorkomen, hetzij menselijke fouten. Hierbij kunnen we er 2 onderscheiden: -
-
Ingeven van een foutieve waarde: een waarde groter dan het meetbereik van de weegcel of een leeg bakje weegt meer dan de ingestelde waarde. De machine zal in alarm treden en weigeren te werken. Kop te vol: bijvoorbeeld als de streefwaarde 200 g is en er een kop is met 210 g. Deze kop kan dan niet gebruikt worden en de machine zal dan ook stoppen.
2.3 Lineaire afvulwegers Bij lineaire afvulwegers is het principe ongeveer hetzelfde als bij de multiheads aangezien deze ook met weegbakjes werken. De snelheid is echter niet dezelfde, multiheads zijn veel sneller.
26
2.4 Volumetrische doseersystemen Bij gebruik van volumetrische doseersystemen (schroefdoseur) verdient de aanbeveling om achter de vvvs-machine een controleweger op te stellen. Deze weger controleert elke zak en stoot of blaast zakken met onder- of overgewicht van de transportband. Deze machines zijn eenvoudig te bedienen en de snelheid blijft dezelfde, een continue werking is gegarandeerd. Een controleweger
3 Keuzes maken 3.1 Producteigenschappen De keuze van het doseersysteem is afhankelijk van de producteigenschappen. - Afvulwegers en telmachines zijn de meest gebruikte doseersystemen voor producten als snoep, macaroni, snacks, chips, nootjes, schroefjes en moertjes: stortgoed, dat in vrije val in de vormpijp gestort wordt. - Homogene stortgoederen met een kleine stuksgrootte en een relatief lage kostprijs, zoals waspoeder, rijst, erwten, kunstmest en kristalsuiker, worden vaak gedoseerd met een bekerdoseur. - Poederige producten zoals gemalen koffie en melkpoeder zouden bij een vrije val gaan dwarrelen, waarbij er product in de sealnaden terecht kan komen. Bij dergelijke producten gebruikt men daarom een doseerschroef of schroefdoseur die de poeders tot onder in de zak transporteert. - Vloeistoffen (ketchup of sladressing, bijvoorbeeld) worden met een doseerpomp (zelfde principe als schroefdoseur) gedoseerd.
3.2 Kostprijs Bij de keuze van doseersysteem komt steevast de kostprijs aan bod. Multiheads zijn duurder in aankoop dan lineaire afvulwegers, maar dit is allemaal afhankelijk van het soort machine dat men aankoopt. Hier komen we terug op de vraag of de topsnelheid wel nodig is en of de verhouding prijs/kwaliteit gewaarborgd blijft. Bij deze machine is de keuze uitgegaan naar multiheads omdat zij (in tegenstelling tot de andere doseersystemen) over een zeer uitstekende controle beschikken. Mocht een ander doseersysteem gekozen zijn, dan zou er in ieder geval een controleweger nodig zijn. De prijs daarvan mag ook niet vergeten worden.
27
DEEL IV: DE VERPAKKINGSMACHINE
28
1 Algemene begrippen 1.1 Toepassingen Vvvs-machines zijn geschikt voor een breed scala van producten, die in de volgende vier hoofdgroepen te verdelen zijn: - Stortgoed, variërend van noten en koekjes tot bouten en schroeven. - Poeders, zoals gemalen koffie of melkpoeder. - Korrels of granulaten, zoals waspoeder. - Vloeistoffen: meestal eenmalige (portie)verpakkingen van bijvoorbeeld ketchup, mayonaise, sladressing of doucheschuim.
1.2 Werking In principe weken alle verticale verpakkingsmachines hetzelfde. Een vlakke foliebaan, afkomstig van een grote rol folie aan het begin van de machine, wordt tot een buis gevormd. Deze buis wordt aan de onderkant gesloten: dit is de bodem van de nieuwe zak. Zodra het product in de zak gestort is, wordt ook de bovenkant gesloten. De tijd en de handelingen die nodig zijn voor het maken van één zak worden samen een machinecyclus genoemd.
1.3 Naden
De verschillende naden bij een zakje
Een op deze wijze vervaardigde zak heeft in principe drie naden. De langsnaad is de naad in de lengterichting van de zak: hier komen de linker- en de rechterzijde van de oorspronkelijk vlakke foliebaan bij elkaar. De bodemnaad sluit de onderkant van de zak, de kopnaad sluit de bovenzijde. Deze beide naden worden ook de dwarsnaden genoemd. Er zijn verschillende manieren voor het vormen van een zakje met de 3 naden. Als men de langsnaad verplaatst naar de kant, dan krijgt men een totaal ander zakformaat. Er moet natuurlijk ook rekening gehouden worden met het materiaal dat men verliest.
29
Soorten langsnaden Er zijn twee soorten langsnaden: - Bij de overlapnaad of lapseal wordt de enen rand van de foliebaan een stukje over de ander rand gelegd, zodat het materiaal overlapt. Op deze manier wordt de binnenzijde van de eerste rand op de buitenzijde van de andere rand geseald. - Bij een omlegnaad of finseal wordt Een overlapnaad en een omlegnaad de ene rand van de foliebaan omgevouwen, zodat de binnenzijde van de ene rand op de binnenzijde van de ander rand geseald wordt. De keuze tussen deze naden wordt bepaald door (de opbouw van ) het verpakkingsmateriaal.
1.4 Sealen De naden worden gesloten door ze te sealen. Hiertoe wordt het verpakkingsmateriaal korte tijd onder druk samengebracht en verwarmd, waarbij het sealmedium (meestal polyethyleen) smelt. Zodra het sealmedium voldoende afgekoeld is, zijn de naden stabiel. Dit is een kwestie van milliseconden. Het sealen gebeurt m.b.v. sealunits.
1.5 Sealunits De vvvs-machine heeft 3 sealunits: - 2 horizontale sealunits: deze maken de kop- en bodemnaad - 1 verticale sealunit: deze zorgt voor de vorming van de langsnaad en staat, afhankelijk van de plaats van de langsnaad, loodrecht op de vormpijp of onder hoek.
1.6 Vormpijp en vormschouder
De 2 horizontale en verticale sealunits
Elke verpakkingsmachine kan tal van verschillende zakformaten vormen, vullen en sluiten. Het formaat en de vorm van de zak worden bepaald door twee belangrijke onderdelen: de vormpijp en de vormschouder. De foliebaan wordt over de vormschouder getrokken, waarbij het materiaal rond de vormpijp van de vlakke folie tot een buis gevormd wordt. Schouder en pijp worden samen de formaatdelen genoemd. Elke zakbreedte vereist haar eigen formaatdelen. De vormschouder is daarom ook gemakkelijk demonteerbaar, zodat andere maten van zak snel elkaar kunnen afwisselen. De lange vormpijp en vormschouder
30
1.7 Zakvormen In principe kunnen vvvs-machines drie soorten zakken maken. Binnen deze hoofdsoorten zijn talloze variaties in model, lengte en breedte mogelijk. -
-
-
Producten zoals verse groente, chips of drop worden meestal in een pillowbag verpakt. Deze zakvorm wordt ook wel kussenzak of vlakke zak genoemd. De blokbodemzak of standzak, een rechtopstaande zak met een vlakke bodem, wordt bijvoorbeeld voor koekjes of koffie gebruikt. De zijvouwzak, is de meest gebruikte verpakking voor cornflakes en andere ontbijtgranen.
De pillowbag, kussenzak of vlakke zak is de eenvoudigste zakvorm. Om plooien in de dwarsnaden te voorkomen, zitten er zakspreiders onder aan de vormpijp De zijvouwzak, een variant op de kussenzak, wordt veelal toegepast voor producten die aansluitend in een kartonnen omdoos verpakt worden. Bij dit type zak wordt aan beide zijkanten extra verpakkingsmateriaal naar binnen gevouwen. Deze zijvouw maakt de zak minder breed maar geeft hem bij het vullen extra diepte, zodat de ruimte in de kartonnen doos beter benut wordt. De blokbodemzak, standzak of stazak, waar bijvoorbeeld koffie en koekjes in verpakt worden, is weer een variant op de zijvouwzak. Onder aan de vormpijp wordt een mondstuk bevestigd met een verloop van de ronde vorm van de vormpijp naar de rechthoekige vorm van de blokbodemzak. Sommige fabrikanten gebruiken in plaats daarvan een rechthoekige vormpijp. Alle andere zakvormen die op deze machines gemaakt kunnen worden, zijn van bovenstaande basisvormen afgeleid. Enkele voorbeelden: - Hoekseal- of quatrosealzakken, onder meer bekend van de Senseokoffiepads. - Piramidezakjes, waar bijvoorbeeld de Haribowinegums in verpakt worden. - Aan drie zijden gesealde blokbodemzakken (doypacks) zoals die voor de 250-gramsverpakking M&M’s gebruikt worden.
31
1.8 Foliematerialen Bijna elk product vraagt om een eigen verpakkingsmateriaal. Gecombineerd met de steeds hogere eisen die door consumenten, organisaties en overheden gesteld worden, heeft dat geleid tot talloze verschillende verpakkingsmaterialen. Sommige foliematerialen bestaan uit een enkele laag (monofolie); meestal worden uit meerdere lagen opgebouwde materialen (laminaten) toegepast. - Laminaten kunnen uit allerlei lagen opgebouwd zijn. Vaak is de binnenste laag polyethyleen: dit is het sealmedium bij uitstek. De keuze van de andere lagen wordt vooral door het product bepaald. Zo wordt bakmeel meestal verpakt in een folie die bestaat uit polyethyleen met een papieren drager, terwijl het folielaminaat voor koffie bestaat uit polyethyleen (sealmedium), een laagje aluminium (barrièrefolie: lucht- en lichtdicht, bewaart het aroma) en een laagje polyester (sterk, voorkomt beschadiging van de aluminiumlaag). - Polyethyleen wordt dus vaak als sealmedium gebruikt. Daarnaast wordt dit rekbare materiaal ook als monofolie toegepast. Het is niet luchtdicht maar wel vochtdicht, wat het onder meer geschikt maakt voor verpakking van diepvriesproducten, die immers geen geur afgeven en niet onder invloed van zuurstof kunnen bederven. Een tweede soort monofolie is polypropyleen, een materiaal dat zich goed laat sealen. Het is heel helder en het is gemakkelijk open te scheuren, wat verklaart waarom het onder meer voor transparante snoepverpakkingen gebruikt wordt. Laminaten worden geseald door ze korte tijd onder druk te verwarmen (heat sealing). Polyethyleen is een ideaal sealmedium omdat het een relatief lage smelttemperatuur heeft. Deze lage smelttemperatuur betekent wel dat zakken die uit puur polyethyleen bestaan op een andere manier geseald moeten worden. Puur polyethyleen is een nietheatsealbaar materiaal. Polypropyleen als foliemateriaal
1.9 Horizontale en schuine verpakkingsmachines Naast verticale machines zijn er ook horizontale en schuine verpakkingsmachines, die in grote lijnen op dezelfde manier werken. Horizontale machines worden bijvoorbeeld gebruikt voor het verpakken van candybars, repen, individueel verpakte snoepjes en trays met koekjes of andere zoetwaren. Het product wordt dan niet van bovenaf in de tot buis gevormde foliebaan gestort, maar er horizontaal in geschoven of op gelegd. Schuine verpakkingmachines vinden hun toepassing bij moeilijke stukken. Schuine verpakkingsmachines, even efficiënt…
32
2 De vvvs-machine van A tot Z In dit hoofdstuk zullen we de machine bespreken vanaf het moment dat het product uit de multiheads valt, tot aan de eindbewerking.
2.1 De trechter Dit is het eerste onderdeel waar het product doorvalt. De door de multiheads uitgestoten producthoeveelheid moet hier passeren. Het is daarom belangrijk dat de trechtervorm goed gekozen wordt. De optimale trechtervorm zou aan de bovenzijde een kleinere opening hebben dan aan de onderzijde. Zo een omgekeerde trechter is natuurlijk een droombeeld, maar wel een die duidelijk maakt wanneer gestreefd kan worden. Bij een omgekeerde trechter is het product altijd kleiner dan de inloopopening van de vormpijp. Het kan daarom loodrecht naar beneden vallen, wat betekent dat het productlint zo kort mogelijk blijft. Bovendien kan de door het vallende product verplaatste lucht gemakkelijk langs het product naar boven ontwijken (naar Een vierkante en ronde trechtervorm beneden kan niet, de zak sluit de onderkant van de pijp immers af). Dit voorkomt dat het vallende product de vormpijp als een zuiger zou afsluiten. In de praktijk is de uitloopopening van de doseur natuurlijk groter dan de inloopopening van de vormpijp, en moet de trechter dus van groot naar klein verlopen. Van groot belang is dat het model van de trechter zo gekozen wordt dat de trechter de snelheid niet te veel verlaagd en dat hij niet verstopt kan raken. Soms profileert men de vormpijp zodat kleverig product (gommetjes!) niet blijft haperen. Ook wordt meestal gekozen voor kunststoffen trechters, omdat deze minder geluid produceren als er product doorvalt. De trechtervorm is van groot belang voor de verpakkingssnelheid
33
2.2 De vormschouder De vormschouder is het hart van de verpakkingsmachine. De complexe vorm van de schouder heeft onder meer invloed op het spoorgedrag van de foliebaan, op de baanspanning en op de benodigde aftrekkrachten voor het folietransport. Het model van de schouder bepaalt verder de positie van de langsnaad Verschillende vormschouders (in het midden of in een hoek van de zak) en het soort langsnaad (omlegnaad of overlapnaad). Ook de maximaal verwerkbare dikte en stijfheid van de folie hangen met het model van de vormschouder samen. Vormschouder en vormpijp zijn samen de formaatdelen of de formaatset van de machine. Elke zakbreedte heeft een eigen vormschouder en vormpijp. De schouder vormt de foliebaan tot een buis, die door sealen en snijden in individuele zakken verdeeld wordt. De zakbreedte wordt bepaald door de buitendiameter van de vormpijp, waardoor het product in de zak gestort wordt. De belangrijkste elementen van de vormschouder zijn de vleugels, waar de foliebaan overheen loopt, en de kraag, waar de schouder overgaat in de vormpijp: op dat punt wordt de foliebaan tot een buis gevormd.
Inloophoek De vleugels van de vormschouder leiden de foliebaan onder een bepaalde hoek naar de kraag van de schouder. Deze hoek, de zogenaamde inloophoek, is afhankelijk van de zakbreedte (bepaald door de diameter van de vormpijp) en van de beschikbare aftrekkracht van de machine. Het grote voordeel van een steilere inloophoek is een beter spoorgedrag van de foliebaan. Voor een steilere inloophoek moeten de aftrekkrachten van de machine echter wel voldoende zijn. Goed spoorgedrag is vanzelfsprekend essentieel voor een ongestoorde productie. Voor een optimale continuïteit en een optimaal spoorgedrag moet een goed compromis gevonden worden tussen de beschikbare aftrekkrachten en het model van de vormschouder. Een steilere inloophoek vraagt meer aftrekkrachten omdat de weerstand op de kraag hoger is. Bovendien zal de kraag een scherper model hebben, waardoor hij eerder aan slijtage onderhevig is en een versleten kraag geeft kans op beschadiging van het verpakkingsmateriaal. Grote inloophoek=grote zakbreedte
34
2.3 De vormpijp De vormpijp sluit onmiddellijk aan op de vormschouder. De pijp is niet alleen medebepalend voor de zakvorm en de zakbreedte, maar ook voor de verpakkingssnelheid. Het product valt door de vormpijp (die daarom ook wel vulpijp genoemd wordt) in de zak. De zakbreedte wordt bepaald door de buitendiameter van de vormpijp. De foliebaan glijdt over de kraag van de vormschouder en verdwijnt dan in de spleet tussen vormpijp en de daaromheen liggende vormschouder. De breedte van deze spleet is van cruciaal belang voor een ongestoorde productie en een perfect ogende zak. Is de spleet te krap, dan zal het foliemateriaal de neiging hebben om rond de vormpijp op te stropen. Een te wijde spleet geeft het foliemateriaal te veel ruimte, waardoor de zak diagonaal lopende vouwen zal vertonen. Wel moet de spleet in voorkomende gevallen ruim genoeg zijn om in een eerdere fase op de folie bevestigde stickers of reclosables door te laten. Slijtage aan vormpijpen doet zich vooral voor bij de kraag, waar de foliebaan tussen vormschouder en vormpijp naar beneden wordt bewogen.
Vorm van de pijp De binnendiameter van de pijp bepaalt de doorlaatopening van het product. Een kleinere opening vertraagt de maximaal haalbare verpakkingssnelheid, eenvoudigweg omdat er minder product tegelijk doorheen past. Het is dus van groot belang dat deze niet te klein genomen wordt. Bij een gegeven zakbreedte biedt een ronde vormpijp de grootste doorlaatopening. Bij grote zakformaten worden ook vaak ovale vormpijpen gebruikt. Zo kan de weg die de sealbekken bij elke machinecyclus moeten afleggen (openen, sluiten) binnen de perken blijven, en blijft de machine compact. Ovale vormpijpen worden soms ook toegepast bij het verpakken van grotere platte producten zoals diepgevroren vis. Bij sommige zakvormen worden rechthoekige vormpijpen gebruikt. Bij een gelijkblijvende zakbreedte biedt deze vorm de kleinste doorlaatopening.
Bij gelijkblijvende zakbreedte geeft de ronde pijp de grootste en de rechthoekige pijp de kleinste doorlaatopening. Bij de ovale pijp is de weg die de sealbekken van open naar gesloten positie moeten afleggen het kortst.
35
2.4 De folierol De folie moet natuurlijk van ergens komen. De folierol zit geplaatst aan de achterzijde van de machine. De folierol vormt de basis van het verpakkingsproces. Een volle rol heeft meestal een diameter van tussen de 250 en 300 mm. Het gewicht varieert van 20 tot 25 kg. Met een dergelijke omvang en het bijhorende gewicht zijn deze rollen nog goed te hanteren. In voorkomende gevallen worden ook rollen met een diameter van maximaal 1000 mm toegepast. Een gewicht van meer dan 80kilo is dan geen uitzondering. Het foliemateriaal is op de rol rond een kartonnen kern gewikkeld. De kerndiameter bedraagt normaal gesproken ongeveer 70 mm. Voor rollen met een diameter van meer dan 650 mm wordt een tweemaal zo grote kern gebruikt. Bij een te kleine kerndiameter komt er te veel spanning op de laatste meters folie te staan: dit is dezelfde spanning die u voelt als u een vel papier rond een potlood probeert te wikkelen. In een verpakkingsmachine zorgt een dergelijke spanning voor een sterke krulneiging van het foliemateriaal, dat zich daardoor niet goed zal laten verwerken. Uit de breedte van de foliebaan worden de voorzijde, de achterzijde en de langsnaad van de zak gevormd. Dat betekent dat de zak half zo breed wordt als de foliebreedte minus de langsnaadbreedte. Uitgedrukt in een eenvoudige formule ziet dat er zo uit: Foliebreedte − langsnaadbreedte = zakbreedte 2
Andersom: het verpakkingsmateriaal moet twee keer zo breed zijn als de te maken zak, met daarbij opgeteld het materiaal dat voor langsnaad nodig is. De minimale en maximale foliebreedtes verschillen per machine. Kleinere machines kunnen foliebreedtes van ongeveer 10 tot 54 cm hanteren; grotere machines gaan van ongeveer 18 tot 80 cm, en de grootste machines kunnen foliebreedtes van 50 tot 170 cm of meer aan.
2.5 Het afrollen en transport van de folierol De folierol begint zijn reis aan de achterzijde van de machine. De motor is speciaal gekozen om de folierol met een constante snelheid te laten afrollen, immers als de diameter verkleint, dan draait de rol sneller . De folierol moet zo recht en zo rustig mogelijk door de machine lopen. De loop van die foliebaan wordt door een aantal elementen beïnvloed. Een daarvan is de bedrukking . Heeft het foliemateriaal aan de
36
zijde die de voorkant van de zak gaat vormen meer kleuren dan aan de naastliggende zijde(de toekomstige achterkant van de zak), dan zal de foliebaan de neiging hebben scheef te lopen: de extra drukinkt die nodig is voor het grotere aantal kleuren maakt de folie aan die zijde dikker, wat een ongelijkmatige spanning veroorzaakt.
De weg van de folie
De foliebaan loopt via een aantal geleidingsrollen naar de vormschouder en de vormpijp, waar de zak gemaakt wordt. De loop van de foliebaan wordt onder meer bepaald door het machineconcept en door eventuele extra handelingen die plaatsvinden voordat de folie bij de vormschouder komt. Denkt u hierbij bijvoorbeeld aan het aanbrengen van een datumcodering (THT of houdbaarheidsdatum) of een etiket (met bijvoorbeeld product- of actieinformatie).
Om het transport van de foliebaan zo gelijkmatig mogelijk te laten plaatsvinden, wordt de baan langs een naar voren en naar achteren bewegende, dansende arm geleid. Deze aan torsieveren bevestigde dansarm houdt de foliebaan onder de juiste spanning dat de afwikkeling van de rol en de loop van de folie in de machine ten goede komt. De foliebaan heeft altijd een minimale lengte, die grotendeels door zojuist genoemde factoren bepaald wordt. Meestal gaat het om drie tot zes meter. Hoe langer de foliebaan is, des te groter is de kans dat de baan naar links of rechts wil verlopen, en des te meer baanspanning er zal ontstaan. Een te hoge baanspanning leidt tot oncontroleerbare rek van de folie met zaklengteverschillen en een verlopende bedrukking als gevolg.
De verend opgehangen dansarm
2.6 Transporttechnieken Er zijn twee technieken om de foliebaan door de machine te transporteren. De eenvoudigste techniek maakt gebruik van de sealbekken die de foliebaan als een soort tang vastgrijpen en het materiaal zo naar beneden trekken. Dit wordt het tangenaftrekprincipe genoemd. De tweede techniek, het bandaftrekprincipe, maakt gebruik van transportbanden waarmee het verpakkingsmateriaal langs de vormpijp omlaag geduwd wordt.
37
Tangenaftrekprincipe Bij het tangenaftrekprincipe bewegen de sealbekken zich bij elke nieuwe zak naar boven. De bekken sluiten zich om het verpakkingsmateriaal vast te grijpen. Dan worden ze naar beneden bewogen, waarmee het folietransport begint. Tijdens deze neerwaartse beweging wordt het materiaal direct geseald. Bij het bereiken van de gewenste zaklengte (die mechanisch ingesteld is en door een fotocel gecontroleerd wordt) worden de bekken geopend en stopt het folietransport. De bekken bewegen zich dan naar boven Het tangenaftrekprincipe voor de volgende cyclus. De neerwaartse beweging verloopt meestal trager dan de opwaartse beweging. Het folietransport, het sealen en het vullen beslaat 7/12 van de machinecyclus; de opwaartse beweging vindt in 5/12 van de cyclus plaats. Bij het tangenaftrekprincipe kunnen we enkele voor- en nadelen onderscheiden: Het tangenaftrekprincipe heeft vier belangrijke voordelen: - Het is een relatief eenvoudig systeem, vooral omdat het gebruikmaakt van bestaande onderdelen (de sealbekken) en er geen aparte voorzieningen (zoals transportbanden) nodig zijn. - Het systeem levert hoge aftrekkrachten, wat een steilere inloophoek van de vormschouder en daarmee een beter spoorgedrag van de foliebaan mogelijk maakt. - De met de verpakking en dus ook met het vallende product meebewegende sealbekken zorgen voor een zachte landing van het product in de zak, wat vooral voor breukgevoelige producten belangrijk is. - Er ontstaat tijdwinst omdat twee handelingen in één machinecyclus gecombineerd worden: de foliebaan wordt tegelijkertijd geseald en getransporteerd. Hier staan twee nadelen tegenover: - Doordat de sealbekken aan het materiaal trekken kunnen op deze manier geen blokbodemzakken gemaakt worden, maar alleen pillowbags en zijvouwzakken. - Het opnamevolume van de zakken is kleiner omdat de zak tijdens het transport dichtgevouwen wordt.
38
Bandaftrekprincipe Het vaak toegepaste bandaftrekprincipe werkt met aan weerszijden van de vormpijp lopende transportbanden. Deze banden duwen de foliebaan langs de pijp naar beneden. Er worden drie soorten banden gebruikt: wrijvingsbanden, vacuümbanden en een combinatie van deze twee types. -
-
-
Wrijvingsbanden maken gebruik van het feit dat de wrijving tussen de transportbanden en het verpakkingsmateriaal groter is dan de wrijving tussen verpakkingsmateriaal en vormpijp. Vooral bij verpakkingsmateriaal met een gladde buitenkant en(voor extra wrijving zorgend) polyethyleen aan de binnenzijde is dit wrijvingsverschil zo klein dat daardoor problemen kunnen ontstaan. Bij vacuümbanden wordt de folie tegen de banden aan gezogen. Hierdoor is er geen wrijving meer tussen folie en vormpijp en verloopt het proces aanzienlijker soepeler. Bij een combinatie van deze twee technieken wordt de wrijving tussen folie en vormpijp gereduceerd, maar niet volledig opgeheven.
Het verschil tussen deze drie types uit zich vooral in de levensduur van de banden. Als wrijvingsbanden bij een Wrijvingsbanden en vacuümbanden bepaalde combinatie van verpakkingsmateriaal en vormpijpmateriaal twee tot vier weken meegaan, gaan vacuümondersteunende banden onder die condities enkele maanden mee, en vacuümbanden meerdere jaren. Bij de besproken machine is er gebruik gemaakt van vacuümbanden. Voor een betere loop van de foliebaan hebben sommige machines behalve de wrijvingsbanden ook nog een aangedreven rol, die vlak voor de vormschouder zit: tenslotte is de frictie op de vormschouder het grootst. De extra duwkracht die door deze rubberen rol geleverd wordt, laat ook een steilere inloophoek toe en maakt dus een beter spoorgedrag mogelijk.
De vacuümbanden
De twee belangrijkste voordelen van het bandaftrekprincipe zijn dat deze techniek de productie van alle mogelijke zakvormen toelaat en dat het opnamevolume van de zakken maximaal benut wordt. De nadelen zijn de geringere aftrekkrachten en het feit dat de folie niet naar beneden getrokken, maar vooruitgeduwd wordt. Mede door de extra weerstand van bijvoorbeeld zakspreiders of een blokbodemmondstuk kan het foliemateriaal daardoor rond de vormpijp opstropen. Bovendien vindt het folietransport en het sealen van de dwarsnaad na elkaar plaats. Voor elk van deze handelingen is eenderde van de machinecyclus beschikbaar.
39
2.7 De fotocel Natuurlijk moet de folie synchroon lopen; hij moet op het juiste tijdstip verder rollen. Zeker bij motieven moet er controle zijn op de plaats van de folie. Bij de besproken machine heeft elk gevormd zakje een lay-out, het is dus de bedoeling dat er gesneden wordt op de juiste plaats. Hiervoor is er een in de breedte verplaatsbare fotocel aanwezig. Deze cel stuurt het transport van de foliebaan met behulp van op de folie gedrukte tastvlekken of andere markeringen. Per zaklengte is er één zo een markering. De cel ‘ziet’ de markering en zorgt voor het transport van één zaklengte per machinecyclus. Afhankelijk van het type fotocel moet er een duidelijk contrast zijn tussen de tastvlek en de overige bedrukking. In plaats van een conventionele tastvlek (vaak een zwart balkje) kan de markering ook een sterk, eenmalig voorkomend contrast in de bedrukking zijn. Met een kleurgevoelige fotocel of kleurensensor kan het ook om kleurverschil gaan, waarbij een voldoende mate van contrast ook weer noodzakelijk is. Bij de besproken De in de breedte verplaatsbare fotocel machine wordt een barcode ingelezen.
2.8 De printer De printer bevindt zich aan de achterzijde van de machine tussen de foliebaan. Hier wordt er van onder naar boven afgedrukt. Dit is duidelijk te zien op de figuur. De folie loopt over de printerkoppen. De printer kan zich horizontaal verplaatsen, al moet dit handmatig gedaan worden. Het is dus geen printer die over de volledige breedte van de folie kan printen.
Vrijwel elke zak moet van een of meer codes of andere gegevens voorzien worden: een houdbaarheidsdatum (THT) bijvoorbeeld, of barcodes, productiecodes, ingrediëntendeclaraties of een afvulgewicht. Voor deze codes worden verschillende soorten printers gebruikt.
Plaats in de machine
40
Soorten printers -
Thermotransferprinters drukken de gegevens met een druklint en een verwarmde printkop. Inktjetprinters hebben een spuitkop waarmee minuscule inktdruppeltjes op de folie gespoten worden. Een laserprinter brandt de gewenste gegevens in de toplaag van de folie.
De thermotransferprinter wordt op dit moment het meest toegepast. Zowel teksten als logo's en zelfs barcodes zijn met een dergelijke printer haarscherp en snel af te drukken. Ook lopende folie is te bedrukken, wat bij continu- machines natuurlijk heel belangrijk is. Thermotransferprinters worden in de foliebaan van de machine geïnstalleerd. De inbouwmaten van de printer zijn belangrijk: een grote printer betekent vaak een verlenging van de foliebaan. Inktjetprinters zijn in te zetten als de tekst in de lengterichting op de verpakking gedrukt mag of moet worden. Omdat de spuitkop met slangen aan een inkttank en een bedieningsunit gekoppeld is, staat de spuitkop meestal stil terwijl de folie eronderdoor beweegt: er kan dus niet dwars op de looprichting van de folie geprint worden. Het is ook mogelijk om de spuitkop over de stilstaande folie te bewegen, maar bij vvvs-machines wordt dit niet of nauwelijks toegepast. Een voordeel van de inktjetprinter is dat de spuitkop aanzienlijk minder inbouwruimte vraagt dan een thermotransferprinter. Dit type printer wordt toegepast bij de door ons besproken machine, voor deze reden. Laserprinters zijn bij vvvs-machines nog zeldzaam. Het belangrijkste verschil met de inktjetprinter is dat laserprinters geen inkt gebruiken, maar 'drukken' door de top laag van de folie in te branden. Om het resultaat zichtbaar te laten zijn, moet er voldoende kleurcontrast zijn tussen de toplaag en de onderliggende laag. Een tweede eis is dat de onderliggende laag de beschermende functie van de toplaag kan overnemen.
2.9 De verticale sealunit – Het maken van de langsnaad
Een verplaatsbare verticale sealunit
Zoals al eerder vermeld wordt de eerst (en belangrijkste) naad, de langsnaad gemaakt met de verticale sealunit. De sealunit wordt met een pneumatische cilinder tegen de folie op de vormpijp gedrukt, waar deze de folie als het ware tegen elkaar smelt. De door ons besproken machine heeft een vaste verticale sealunit, die weliswaar dichter of verder van de vormpijp kan geschoven worden, maar er bestaan ook machines die een verplaatsbare sealunit hebben. Deze machines maken dan de langsnaad opzij of op de zijkant. Dit is afhankelijk van de functie van de zak.
41
Vorming Hoe de langsnaad gemaakt wordt, hangt deels af van het gebruikte verpakkingsmateriaal. De langsnaad van niet- heatsealbare materialen wordt op continumachines met hete lucht gemaakt. Voor heatsealbare materialen, waartoe de meeste laminaten behoren, zijn er drie technieken, waarbij de derde een variant op de tweede is. - Bij de sleeplangsnaad wordt een langsnaadijzer tegen de eronderdoor bewegende folie gedrukt. Dit eenvoudige systeem vergt weinig onderhoud, maar vereist wel een redelijke aftrekkracht en een min of meer constante foliesnelheid. Omdat de folie beweegt, kan er slechts geringe druk worden uitgeoefend. Dit wordt gecompenseerd door langer te sealen. Als de zak even lang is als het langsnaadijzer, wordt er gedurende de volledige machinecyclus geseald, en bij kortere zakjes dus zelfs langer. Het langsnaadijzer komt van de folie af als het folie- transport stopt: zo wordt voorkomen dat het verpakkingsmateriaal smelt of verbrandt. - De tweede techniek maakt gebruik van een aparte, door een servo- of stappenmotor aangedreven sealband die tegen folie en vormpijp wordt gedrukt. Daarbij is een goede synchronisatie van bandsnelheid en foliesnelheid uiteraard van groot De verticale sealunit, // met de vormpijp belang. De extra druk die dit systeem oplevert is bijvoorbeeld nodig voor verpakkingsmaterialen zoals de voor het verpakken van verse groenten gebruikte PVC-vrije anticondensfolie. - Een variant op dit systeem maakt gebruik van twee aangedreven sealbanden waar de folie tussendoor gevoerd wordt. Dit is een duur en complex systeem dat alleen toegepast wordt als het verpakkingsmateriaal dit vereist, zoals het geval is bij HDPEfolie. Dit materiaal wordt onder meer gebruikt voor de verpakking van ontbijt granen zoals cornflakes en muesli. Bij niet-heatsealbare verpakkingsmaterialen, zoals het vooral in de diepvriesindustrie toegepaste polyethyleenfolie, wordt een hetelucht langsnaad gevormd door via een van uitstroomgaatjes voorzien pijpje warme lucht op de folie te blazen. Het pijpje wordt verwarmd door er stroom doorheen te sturen, waarbij de temperatuur wordt geregeld door de weerstand van het pijpje te meten en wanneer nodig de hoeveelheid stroom aan te passen. De langsnaad wordt geseald door een parallel aan de vormpijp geplaatste sealunit, die de beide lagen van het materiaal tegen de vormpijp drukt en door de warmte laat versmelten. De lengte van de sealunit zal meestal gelijk zijn aan de maximale zaklengte die op de machine gemaakt kan worden. Dat betekent in de praktijk dat de langsnaad bij kortere zakken meerdere malen geseald wordt.
42
2.10 De zakspreiders en zijvouwspanen Onder aan de vormpijp bevinden zich een of meer elementen die een goed gevormde zak helpen produceren. Deze optie is echter niet standaard ingebouwd bij vvvs-machines. -
-
Voor de productie van pillowbags of vlakke zakken zijn zakspreiders nodig. Deze uit verenstaal vervaardigde vingers strekken de zak in de breedte voordat de dwarsnaden worden gemaakt. Zo worden plooien in de dwarsnaden voorkomen en ontstaan rechte, vlakke naden. De vouwen in een zijvouwzak worden gemaakt door aan weerszijden van de vormpijp gemonteerde zijvouwspanen. Deze driehoekige spanen vouwen de benodigde extra hoeveelheid verpakkingsmateriaal om twee stalen pennen heen naar binnen.
Zijvouwspanen worden gebruikt bij zijvouwzakken
Deze functie zorgt echter ook voor een vertraging in het verpakkingsproces. Het is een extra beweging die gemaakt moet worden en zal zodanig de snelheid verlagen.
2.11 De horizontale sealunit – Het maken van de dwarsnaden Als we even logisch denken weten we het al, er is een verticale sealunit dus de horizontale moet er ook zijn. Deze unit heeft niet alleen als taak om het zakje te sluiten maat moet het ook afsnijden. Dit gebeurt d.m.v. mes dat vast gemonteerd is in de inzetstukken die voor het sealen zorgen.
Even belangrijk: de horizontale sealunits
Deze sealunit bestaat uit 2 delen die tegenover elkaar staan. Op de figuur is duidelijk te zien waar de eigenlijke sealonderdelen zitten. Ook de pneumatische cilinder die de sealunit tegen de folie drukt is zichtbaar. Dit deel beweegt zich naar de kant van de machine, het andere deel zal naar voor bewegen zodat deze samen tegen elkaar komen en zo een perfecte sealing vormen.
43
De sealunit bevindt zich onder de vormpijp. In een enkele sealunit zitten twee paar dwarsnaad sealbekken. Eén paar sealt de kopnaad van de gevulde zak, terwijl het andere paar tegelijkertijd de bodemnaad van de direct daarop te vullen zak sealt. Net als de langsnaad worden ook de dwarsnaden geseald door de twee lagen materiaal met de sealbekken tegen elkaar te drukken en te verwarmen. Daarbij smelt het sealmedium, dat direct daarna door afkoeling stolt en een stabiele verbinding vormt. De dwarsnaad is niet helemaal vlak: ter hoogte van de langsnaad is er een verdikking omdat er daar meerdere lagen materiaal op elkaar zitten. Bij een overlapnaad is er een overgang van de twee lagen van de dwarsnaad naar de extra laag van de overlapnaad, en terug. Bij een omlegnaad gaat het aantal lagen van twee (dwarsnaad) naar vier (dwarsnaad plus omleg) De sealunit met twee paar dwarsnaad sealbekken naar twee (dwarsnaad). Blokbodemzakken hebben nog twee extra overgangen bij de hoeken, waar vier lagen materiaal op elkaar liggen: de twee lagen van de dwarsnaad plus de twee lagen van de naar binnen gevouwen hoeken. Bij elke overgang ontstaan verticale kanaaltjes. Hoe groter de overgang, des te groter het kanaal. Om het gesmolten polyethyleen ook die kanaaltjes goed te laten afsluiten, is voldoend druk nodig.
Steek en riffeling
De afstand tussen de ribbels van het profiel wordt de steek genoemd. Bij een vaste breedte van de sealbekken betekent een grotere steek dat het profiel minder ribbels telt. Hierdoor neemt de vlaktedruk toe: dezelfde mechanische druk wordt immers door een kleiner oppervlak (minder ribbels) op het materiaal uitgeoefend.
44
Verder verschillen sealbekken in het type profilering, ofwel de riffeling. Elke soort riffeling heeft specifieke kenmerken en toepassingsmogelijkheden. De twee hoofdsoorten zijn de horizontale en de verticale riffeling. -
-
Bij een horizontale riffeling loopt het profiel evenwijdig aan de lengterichting van de sealbekken. Door het profiel wordt een hoge vlaktedruk uitgeoefend, waarmee de dwarsnaad goed gasdicht te maken is. Bij een verticale riffeling lopen de ribbels dwars op de lengterichting van de sealbekken. De steek is daarbij meestal 1,5 mm.
Waar een horizontale riffeling vooral wordt toegepast bij producten die gasdicht moeten worden verpakt, gebruikt men sealbekken met een verticale riffeling. Bijvoorbeeld voor verpakkingen die gemakkelijk open te scheuren moeten zijn: de verticale plooien vormen een soort breuk- of scheurlijn in de lengterichting van de verpakking. Dergelijke easy-opening verpakkingen worden vooral in de zoetwarenindustrie toegepast.
2.12 Het mes
Het mes beweegt tussen de sealbekken door
Als een zak gevuld is, wordt hij vlak boven de kopnaad afgesneden. Dit gebeurt met een tussen de sealbekken gemonteerd mes. Het mes heeft een asymmetrisch snijvlak: net als bij de helften van een schaar is er een vlakke en een schuine zijde. Hierdoor blijft er aan de boven- of onderzijde van de zak een ongeseald randje folie over.
Deze snijrand is meestal ongeveer 2 mm breed. Het mes zal snijden vlak nadat de dwarsnaad geseald is. Deze afsnijding staat met het optische oog gesynchroniseerd zodat deze op de juiste plaats gebeurt. Nauwkeurige afstelling is hierbij een voorwaarde.
45
2.13 De klembekken Als we even bedenken dat het product van de multiheads tot aan de horizontale sealunit zo een 2 meter valtijd heeft voordat het de bodem van de zak bereikt, dan realiseren we ons dat de zakfolie wel eens zou kunnen breken. Zeker als men met een product zoals lolly’s werkt, is de kans op scheuren groot. Als oplossing plaatst men klembekken. Deze platen zijn ook van een zachte bekleding te voorzien, waarna ze gebruikt kunnen worden voor koekjes en andere breukgevoelige producten. De opvangplaten worden in een V-vorm boven de dwarsnaadsealbekken De klembekken beschermen de folie tegen scheuren gemonteerd. Deze platen zullen sluiten op het moment dat de dwarsnaad geseald wordt. Als deze naad klaar is, zullen de klemmen openen zodat het product slechts enkele centimeters valt, zonder schade aan te richten. Deze opvangplaten zijn een optie op de standaard machine maar worden erg aangeraden.
De opvangplaten zijn V-vormig
46
3 Extra’s voor zakvormen Bij veel verpakkingen is het belangrijk dat ze gemakkelijk te openen zijn; andere zakken moeten (ook) opnieuw gesloten kunnen worden. Zowel voor easy-opening als voor hersluitbare verpakkingen bestaan verschillende oplossingen.
3.1 Gemakkelijk te openen Of een verpakking gemakkelijk te openen is, hangt deels af van het verpakkingsmateriaal. Zo is een zak van polypropyleenfolie bij de gekartelde snijrand gemakkelijk open te scheuren, maar dit materiaal is natuurlijk niet voor elk product geschikt. Laminaten met bijvoorbeeld polyester (PET) of nylon (PA; polyamide) zijn zonder hulpmiddelen niet te scheuren, en er bestaan laminaatverpakkingen die zich laten openen door twee op elkaar liggende lagen van elkaar te trekken.
Technieken en soorten Om het openen van zakken te vergemakkelijken, worden onder meer de volgende technieken gebruikt. - Door gebruik te maken van een grof vertand mes ontstaat er een karteling in het snijvlak. Bij elke 'inkeping' kan de verpakking - indien het materiaal dat toelaat - gemakkelijk ingescheurd worden. - Een verticale kerf is een met een extra mesje aangebrachte uitsparing in de dwarssealnaad. Dit maakt het mogelijk om een hoekje van de verpakking af te scheuren, zoals bij portieverpakkingen mosterd. - Voor een horizontale kerf wordt de sealnaad aan één kant van de zak aanzienlijk breder gemaakt. Door een aan deze zijde in een uitsparing aangebrachte kerf is de bovenkant van de zak eenvoudig af te scheuren. Deze techniek wordt bijvoorbeeld gebruikt voor verpakkingen van geraspte kaas. - De bovenkant van de zak is ook gemakkelijk af te Een verticale en een horizontale kerf scheuren als de zak onder de kopnaad geperforeerd wordt. Een dergelijke verpakking is natuurlijk niet gas- of vochtdicht. Perforatie komt vooral in de diepvriesindustrie vaak voor. - De lasersnede is een techniek waarbij de buitenste laag van een laminaat al bij de foelieleverancier met laserstralen wordt ingesneden. Bij deze techniek, die steeds vaker toegepast wordt, kan vrijwel elk model insnijding gerealiseerd worden. Zo zijn voorgedefinieerde scheurbanen te creëren, die bij het openen van de verpakking een schenktuit vormen.
Een zak met een schenktuit
47
-
Een peelbare folie is een laminaat met een peelbare laag (to peel is afpellen of loskomen), waar de sealnaad opengetrokken kan worden. De naad heeft een ruime, losse overlap (de free skirt) die voldoende grip biedt om de benodigde trekkracht te kunnen uitoefenen. De sealtemperatuur is bepalend voor de hierbij benodigde peel kracht. Door met verschillende temperaturen te werken kan zo de kopnaad wel, en de bodemnaad juist niet peelbaar gemaakt worden. Uiteraard vereist dat een uitgebalanceerde temperatuurregeling en moeten boven- en onderbek goed van elkaar geïsoleerd zijn. De peelbare folie wordt onder meer toegepast voor blokbodemzakken met babyvoeding.
3.2 Hersluitbaar (reclosables) Voor veel producten is het noodzakelijk dat de gedeeltelijk geleegde verpakking goed hersloten kan worden. Van de daartoe ontwikkelde systemen kunnen er verschillende op vvvs-machines worden aangebracht. Welk systeem het best is, is afhankelijk van het product en daarmee van de verpakking, en zeker ook van de prijs. Het hersluitbaar maken van een verpakking verhoogt de kostprijs aanzienlijk. Van de onderstaande systemen is een reclosable met een zipsluiting de kostbaarste. Een sluittape voegt het minst aan de kostprijs toe.
Sluittape Een sluittape is een stukje tape dat ergens op de zak wordt aangebracht. Moet de geopende zak hersloten worden, dan wordt de sluittape op de dichtgerolde opening aangebracht. In plaats van een sluittape wordt ook wel een etiket met dezelfde eigenschappen gebruikt. Belangrijk is dat het materiaal ook na een aantal keren opplakken en lostrekken nog voldoende kleefkracht heeft, zodat het product in meerdere fasen gebruikt kan worden.
Easy-pack Bij de Easy-pack®, een door Danisco gepatenteerd systeem, wordt gebruikgemaakt van peelbare folie en een langsnaad met een ruime overlap, de hierboven genoemde free skirt. Onder deze overlap bevindt zich een kleef strip met afdekfolie. Is de zak eenmaal geopend, dan wordt de afdekfolie verwijderd en kan de zak eenvoudig afgesloten worden door de overlap op de kleefstrip te drukken. Deze verpakkingen worden zo bedrukt dat de langsnaad de bovenkant van de zak vormt, waarbij de dwarsnaden dus de zijkanten van de zak vormen. En van de vele toepassingen is een met snoep gevulde blokbodemzak.
Zipsluiting Een zipsluiting of zipper wordt onder meer gebruikt bij hersluitbare verpakkingen van diepgevroren groenten en geraspte kaas. Het gaat om een aan de binnenzijde van de naad aangebracht kunstsof profiel dat als een soort rits geopend en gesloten kan worden. Met speciaal daartoe uitgeruste machines zijn zipsluitingen in de foliebaan aan te brengen, maar er zij ook leveranciers die de sluitingen al in het foliemateriaal verwerken. Met de nodige aanpassingen en een speciale formaatset kan een degelijke folie op een normale vvvs-machine verwerkt worden. De verpakkingssnelheid en de efficiency van de machine liggen 48
dan wel beduidend lager dan die van speciaal voor deze hersluitbare verpakkingen gebouwde machines.
Tintye De Tintye® is een hersluitsysteem dat bijvoorbeeld op blokbodemzakken voor koffie te vinden is. Het gaat hier om een ongeveer 8 mm brede, dunne aluminiumstrip die onder de kopnaad op de zak geplakt wordt. De strip is iets langer dan de breedte van de zak. Als de bovenzijde van de gedeeltelijk geleegde zak nu opgerold wordt, kunnen de uiteinden van de Tintye® eromheen gevouwen worden wat terugrollen van het verpakkingsmateriaal tegengaat.
Tearstrip De tearstrip is vooral bekend van de verpakking van cassettes, minidisks en beschuit, maar het in de folie opgenomen trekstripje wordt ook in zakverpakkingen toegepast.
Clip De clip, een van de eerste hulpmiddelen om zakverpakkingen te hersluiten, wordt nog altijd toegepast bij in puntzakken verpakt snoepgoed, basterdsuiker en andere producten. De vvvsmachine sealt de bovennaad slechts op enkele punten, waarna de zak doorgaat naar een clip aggregaat. Daar vormt een sluitkop het verpakkingsmateriaal boven aan de zak tot een toef waar de van een rol gesneden clip omheen gevouwen wordt. De overdruk die bij het vormen van de toef in de zak ontstaat, kan ontsnappen door de onderbroken kopsealnaad. De oorspronkelijke clip bestond uit twee door papier met elkaar verbonden metaaldraadjes. Tegenwoordig worden overwegend kunststof clips gebruikt. De scherpe puntjes van het metaaldraad kunnen namelijk tot kleine verwondingen leiden, maar belangrijker is het feit dat verpakkingen vaak met nageschakelde metaaldetector gecontroleerd worden op eventuele metaaldelen. Bij verpakkingen met een metalen clip is een dergelijke extra veiligheidscontrole vanzelfsprekend niet mogelijk.
49
4 Verpakkingssnelheid De snelheid waarmee zakken gemaakt kunnen worden, wordt vooral bepaald door de sealtijd van het verpakkingsmateriaal en de lengte van het productlint. Het productlint is de afstand tussen het eerste en het laatste product uit een batch, ofwel de afstand tussen de eerste en de laatste pinda van de inhoud van één zak. Daarnaast spelen de zaklengte en – soms – de valtijd van het product een rol.
4.1 Sealtijd De variabelen bij het sealproces zijn de sealtijd, de druk van de sealbekken en de gehanteerde temperatuur. De temperatuur is door de aard van het verpakkingsmateriaal aan grenzen gebonden. De sealdruk heeft grenzen van mechanische aard, met de constructie van de dwarsnaad- bekken en de aard van de riffeling als belangrijkste factoren. Resteert de van deze beide variabelen afhankelijke sealtijd, die vanzelfsprekend direct invloed heeft op de machinesnelheid. Het gaat hierbij, voor alle duidelijkheid, om milliseconden. Het heeft dan ook geen zin om te proberen de sealing sneller te laten plaatsvinden door bijvoorbeeld met een hogere temperatuur te sealen. De sealtijd neemt (meestal) de minste tijd in beslag in het hele verpakkingsproces.
4.2 Lengte productlint Voor de verpakkingssnelheid is de lengte van het productlint van veel groter belang. Tenslotte kan de zak pas gesloten worden als de volledige batch (portie of zakvulling) erin zit. De lengte van het productlint wordt onder meer bepaald door het volume van het product en de doorlaatopening van de vormpijp. De grootte van die opening is op zijn beurt afhankelijk van de zakbreedte en van de vorm (rond, ovaal of rechthoekig) van de vormpijp. Bij gebruik van klembekken wordt de snelheid van het vullen enigszins versneld doordat al het nodig product al verzameld is. Dit heeft echter zijn weerslag op de valtijd.
4.3 Vorm zakjes Een compact product in een korte, brede zak levert de hoogste machinesnelheid op. Bij volumineuzere producten die in een lange, smalle zak verpakt worden, gaat de machinesnelheid drastisch omlaag. Aangezien we bij de besproken machine kleine zakjes maken, heeft dit weinig invloed.
4.4 Valtijd Vaak wordt gedacht dat de valtijd van het product ook snelheidsbepalend is, maar dat is (op enkele uitzonderingen na) een misvatting. Bij hoge snelheden kunnen er namelijk meerdere batches tegelijk onderweg zijn. De enige voorwaarde is dat er tussen elke twee opeenvolgende porties voldoende afstand en tijd is om de dwarsnaadbekken opnieuw te laten sluiten. Wordt het product in de valweg onderbroken, bijvoorbeeld door opvangplaten, dan wordt de valtijd wel belangrijk: het product moet na elke onderbreking opnieuw op snelheid komen. Ook al is de afstand van de klembekken tot aan de horizontale sealunit enkele centimeter, toch vertraagd dit het proces met een paar seconden.
50
4.5 Trechter Zoals we al beduiden bij het onderdeel zelf, is de trechter een zeer belangrijk object voor de verpakkingssnelheid. Als de omvang van het product kleiner is dan de doorsnede van de vormpijp, dan valt het product zonder enige vertraging in de zak. Soms is die omvang echter groter, en dan is er een trechter nodig om het product in de vormpijp te leiden. De vorm van de trechter hangt af van de producteigenschappen en de daarmee samenhangende manier waarop de doseerunit het product doseert. Bij een optimaal vormgegeven trechter is het productlint zo kort mogelijk (en daarmee de machinesnelheid zo hoog mogelijk), terwijl tegelijkertijd vermeden wordt dat er bij de overgang van trechter naar vormpijp een zandlopereffect optreedt, waardoor het vulproces vertraagd wordt. Als de inloopopening van de vormpijp aanzienlijk kleiner is dan de uitloopopening van de doseur, is het vaak beter om geen ronde trechter te kiezen maar een rechthoekig model met drie rechte en één schuine zijde. Er wordt dan gedoseerd op de schuine zijde, die als glijbaan fungeert. Hoe langer de glijbaan (of hoe hoger het product op deze zijde terechtkomt), hoe meer product uit elkaar getrokken wordt: de glijbaan verlengt het productlint, wat verstoppingen helpt voorkomen. Naast ronde en rechthoekige trechters zij er bijvoorbeeld ook parabolische trechters. Wordt er naar een hoge verpakkingssnelheid gestreefd, dan loont het vaak de moeite om met de trechtervorm te experimenteren.
Een vierkante trechtervorm
Is er sprake van een groot productvolume en een kleine inloopopening van de vormpijp, dan treedt het zandlopereffect gemakkelijk op: aan het einde van de trechter wordt het product sterk vertraagd. Dit effect is op verschillende manieren te voorkomen. - Als het product niet in het midden maar op een van de schuine zijden van de trechter valt, wordt het als het ware uit elkaar getrokken: het verandert zo van een productbal in een productlint . - Een midden in de trechter opgehangen dunne staaf voorkomt dat het product een brug vormt die het trechtergat blokkeert. - Door de binnenwand van de trechter met verticale strips in een aantal segmenten te verdelen, ontstaat een soort glijbanen die voorkomen dat het product gaat rondtollen.
4.6 Besluit We mogen wel zeggen dat verpakkingsmachines hoge snelheden hebben. Bij goed onderhouden machines kan een topsnelheid van 80 zakjes per minuut gehaald worden, wat voor een productie bijna niet bij te houden is. Bij de toepassing van dit eindwerk draait de machine met een gemiddelde van 20 à 25 zakjes per minuut. Toch blijft de verpakkingsmachine in de volledige cyclus van trilgoot tot eindbewerking het traagste onderdeel. Deze wordt bijgevolg in de “master” toestand geschakeld en zal alle andere machines op zijn beurt commando’s geven.
51
5 Prijs versus kwaliteit Vvvs-machines zijn ingewikkelde, veelzijdige machines met een lange levensduur, waarbij de uiteindelijke kostprijs afhankelijk is van de kwaliteit en hoeveelheid van de onderdelen en functies. In dit hoofdstuk staan we even stil bij de eigenlijke kostprijs.
5.1 Kostprijs van een standaard machine De prijzen van vvvs-machines lopen uiteen van rond de 25.000 tot meer dan 300.000 euro. De goedkoopste vvvsmachines zijn eenvoudige machines met beperkte outputmogelijkheden en een relatief klein formaatbereik. Het folietransport wordt door één of twee wrijvingsbanden verzorgd en het sealsysteem heeft een beperkte maximale druk en regelnauwkeurigheid. Aan de andere zijde van het prijsspectrum bevinden zich hoogwaardige continu machines met vacuümondersteunde folietransportbanden die de meest uiteenlopende zakvormen kunnen produceren, al dan niet gecombineerd met een keur van hersluitbare en easy-opening-verpakkingen. Een hogere prijs betekent over het algemeen wel meer flexibiliteit als een hogere snelheid en meer uitbreidingsmogelijkheden. Alternatief voor snelle machines
Een hogere verpakkingssnelheid vraagt om nauwere machinetoleranties. Dit speelt niet alleen een rol bij de productie en de keuze van de onderdelen (materiaal, model en andere factoren), maar ook bij het samenbouwen en het afregelen van de machine. De kostprijs hangt dus écht af van wat er nodig is om snel en eenvoudig te verpakken. De besproken machine heeft een prijskaartje van om en bij de 45000 euro (inclusief de opties). De volledige machine heeft een kostprijs van 145000 euro.
5.2 Duurzaamheid en kwaliteit Een eenvoudige denkwijze is: als iets veel geld kost, dan zal het automatisch wel kwaliteit zijn. Deze denkwijze is echter niet correct als het gaat over vvvs-machines. Goedkopere machines kunnen lang genoeg meegaan voor een normale productie maar zullen bij eventuele extra toevoegingen stranden. De vrije markteconomie maakt het er ook niet beter op: vvvs-machines komen tegenwoordig van overal. China, Japan, Italië, Duitsland,… zijn maar een paar voorbeelden van productielanden. Alle machines zijn uiterlijk dezelfde, enkel als men naar de duurzaamheid van de gebruikte materialen gaat kijken is er verschil merkbaar. Op internationale beurzen zoals Interpack in Dusseldorf kan er een duidelijk onderscheid gemaakt worden tussen kwaliteit en gekopieerde machines. En laten we eerlijk zijn… u koopt toch ook geen wasmachine van € 120?
52
6 Synchronisatie Om een vvvs-machine optimaal te laten werken, moet het maken van de zakken perfect gesynchroniseerd zijn met het afstorten van het product. Is dat niet het geval, dan treden er zogenaamde synchronisatieverliezen op.
6.1 Op het juiste moment Bij een goede synchronisatie krijgt de doseur van de vvvs-machine op het juiste moment een signaal om product af te storten, of omgekeerd: de machine krijgt van de doseur opdracht om op het juiste moment een zak te vormen. Bij vrijvallende (niet door een pomp, schroef- of bekerdoseur gestorte ) producten is het belangrijk dat het eerste product in de zak valt op het moment dat de dwarsnaadbekken net gesloten zijn. Het product wordt dan namelijk niet door een sealnaad opgevangen, maar door de zojuist gesloten bekken. Komt het product te vroeg in de zak, dan kan het tussen de sealbekken terechtkomen, of in extreme gevallen zelfs in de nog warme sealnaad die in de voorgaande cyclus gemaakt werd. Dit is te voorkomen door een elektronische koppeling die ervoor zorgt dat de doseur het product op het juiste moment afstort. Dat moment wordt bepaald door het moment dat de dwarsnaadbekken gesloten zijn, gecombineerd met de valtijd van het product.
6.2 Master en slave We hebben het al enkel keren gehad over de master en slave in de machine. Het is belangrijk voor de synchronisatie dat de master de slave laat weten dat hij zijn bewerking mag uitvoeren, zodat alles vlot kan verlopen. Bij het synchroniseren moet eerst gekozen worden of de doseur zich naar de vvvs-machine moet richten of andersom. In de meeste gevallen wordt de doseur door de vvvs-machine aangestuurd. De vvvs-machine is dan de master, de doseur is de slave. De vvvs-machine laat de doseur met een afroepsignaal weten dat het tijd is om het product te storten. Dit signaal kan vroeger of later in de machinecyclus worden gegeven. De bepalende factor is de valtijd van het product. Als er multiheads als doseersysteem zijn gekozen, dan zal in 99% van de gevallen de vvvs-machine als master geschakeld staan. Indien de masterfunctie door de doseur vervuld wordt, krijgt de vvvs-machine de opdracht om een zak te maken op het moment dat de doseur klaarstaat om product af te storten. Het grote voordeel van deze vorm van synchronisatie is dat er minder synchronisatieverlies optreedt. De doseur kan echter alleen als master ingesteld worden bij machines waarbij de verschillende machinebewegingen individuele aangestuurd kunnen worden. Zo een machine kan, nadat een zak gemaakt is, bij het eerstvolgende signaal weer een volgende zak maken.
53
6.3 Valtijd De valtijd van een product wordt proefondervindelijk vastgesteld. Dat kan in de meeste machines bij een lage machinesnelheid plaatsvinden, zodat goed te zien is wanneer het product aankomt. Indien nodig wordt in deze fase een transparante folie gebruikt. Komt het product te vroeg beneden, dan dient het afroepsignaal later gegeven te worden. Valt het product trager dan verwacht, dan wordt het afroepsignaal vervroegd.
6.4 Verliezen Zodra de doseur het product gaat afgeven, stuurt hij een afstortmelding naar de vvvsmachine. Die weet dan dat er product onderweg is, zodat er een nieuwe zak gemaakt moet worden. Wordt er geen afstortmelding ontvangen, dan maakt de machine geen zak maar begint hij aan de volgende cyclus. Deze functie wordt aangeduid als “geen vulling, geen zakje”. Het kan natuurlijk ook voorkomen dat de doseur niet op tijd klaar is om het product voor een volgende zak te storten. De doseur moet dan een machinecyclus wachten, en er wordt geen zak gemaakt. In de output wordt één machinecyclus verloren. Beide vormen van verlies worden synchronisatieverliezen genoemd. Zulke verliezen moeten goed bekeken worden. Komen deze te veel voor, dan moet de machine opnieuw ingesteld worden.
6.5 Externe machines Als er achter de vvvs-machine een extern apparaat staat (bijvoorbeeld als er een automatische inpakker staat opgesteld), dan is het verstandig om ook deze machine in de synchronisatie te betrekken. Er wordt dan steeds gekeken of de machine klaar is om zakken te ontvangen. Is dit niet het geval, bijvoorbeeld door een storing aan de die machine, dan wordt het maken van de zakken onderbroken totdat deze storing verholpen is.
6.6 Voor- en nadelen Een groot voordeel van synchronisatie is dat de machine volledig op zichzelf kan werken. Elk onderdeel krijgt zijn signaal om verder te werken zonder dat er personeel voor nodig is. Zo moet er enkel nog product in de trilgoot voorzien worden en moeten de zakjes op het einde in een doos verpakt worden. Nadelen van synchronisatie zijn echter dat elk onderdeel in de cyclus een bepaalde traagheid heeft, en er zo voor zorgt dat een volledige cyclus langer duurt. Als één onderdeel niet klaar is, dan moet de rest wachten…en dat kan duren. Daarom is het best dat er toch personeel aanwezig is om een oogje in het zeil te houden.
54
DEEL V: OPDRACHTEN
55
1 Mechanica 1.1 Pneumatica in de vvvs-machine De verticale verpakkingsmachine is uitgerust met een pneumatisch systeem dat de beweging van de onderdelen controleert. Er is een filter/regulator van perslucht aan de invoer van het pneumatisch circuit dat zich aan de buitenzijde van de machine bevindt terwijl de smeergroep zich in de binnenzijde bevindt. Er bevindt zich eveneens een snelle ontladingspot en een snelkoppeling aan de buitenzijde van de machine. De pneumatische aansluitingen in de machine
Sa
Sb
Zoals we op de figuur kunnen zien zijn de onderdelen: een drukmeter Sa om de toevoer van perslucht te controleren en een snelle ontladingspot Sb om het pneumatische circuit snel aan en af te koppelen. Men verbindt de luchttoevoerslang komende ofwel van een compressor ofwel van de hoofdverdeling van de lucht met de snelkoppeling van de eenheid.
De Onderdelen van de pneumatisch aansluitingen
De druk wordt geregeld op ongeveer 6 Bar. De luchtdruk aangeduid op de drukmeter tijdens het functioneren van de machine mag niet lager dan 5 Bar en niet hoger dan 7 Bar komen. Er wordt een aanvoerbuis met een binnendiameter die niet kleiner is dan 6 mm gebruikt.
56
Men controleert dat de luchtaanvoer naar het systeem zo is dat gedurende het functioneren van de machine de druk niet onder de vereiste 6 Bar kan vallen. Als voor een of andere reden de druk onder de 4 Bar valt zal de machine in alarm gaan nadat een minimum drukschakelaar is uitgesprongen. De onderdelen die in de machine pneumatisch gestuurd worden zijn 3 dubbelzijdig bediende cilinders. Beide bewegingen worden door middel van perslucht gestuurd via 5/2-ventielen.
De pneumatische cilinders van de verticale en horizontale sealunit
De cilinder van de verticale sealunit (A) zal de sealunit van op de mechanisch verplaatsbare hoofdbaan laten uitschuiven. Op figuur 3 zien we duidelijk de aansluitingen van de cilinder. De verplaatsing van de hoofdbaan gebeurt via 2 mechanische cilinders. Deze verschuiven echter, na ingesteld te zijn, niet meer. De horizontale sealunit verschuift ook op 2 pneumatische cilinders. Merk op dat in de machine zelf ook nog een cilinder aanwezig is die een gelijke horizontale sealbek naar voren schuift, zo komen de 2 elkaar in het midden van het zakje tegen en kunnen zij een perfecte sealing garanderen. Deze 2 cilinders en de buitenste 2 cilinders beschouwen we als 1 cilinder (B) omdat deze toch op dezelfde moment bediend worden. Er is ook nog een cilinder aanwezig die het mes bedient (C). Deze wordt op hetzelfde ogenblik gebruikt als de horizontale sealbekken. De mechanische zuigers van de vvvs-machine
57
De cilinder van de verticale sealunit is een type ADVC 50-20-I-P, de cilinders van de horizontale sealunit zijn type DNC 63-50-PPV-A en de cilinder voor het mes heeft als type ADVC 32-10-I-P. We stellen dat alle cilinders ingeschoven zijn op het moment dat de machine in werking wordt gesteld. De volgordecyclus kunnen we dan als volgt omschrijven: A+, A-, timer (interval van enkele seconden), B+, C+, B-, C- (waarbij B en C op hetzelfde moment uitgeschoven en terug ingeschoven worden). Het interval is nodig om de folie over de vormpijp naar beneden te laten schuiven. Het (vereenvoudigd) elektropneumatisch schema ziet er als volgt uit: V0.1
V1.1
Cilinder A
Cilinder C
V0.3 Q0.2
2
V1.3
Q0.4
Q1.2
4
Y2
2
Y1
Y4
Q2.2
2
Y3
Q2.4
4
Y6
Y5
5 3
1
V2.3
Q1.4
4
5 3
V2.1
Cilinder B
5 3
1
1
Merk op dat alle tasters en kantelrollen (V0.1, V0.3, V1.1,…) bij de cilinders ingebouwd zijn. Als we dit omzetten in een ladder voor het PLC-programma hebben we een hele reeks aan voorwaarden die voldaan moeten zijn (deuren moeten toe zijn, veiligheidssensoren moeten positief signaal geven, druk moet goed zijn,…), we stellen deze voorwaarden gelijk aan V0.0.
58
Merk op dat als een van de voorwaarden niet meer voldoet, de machine onmiddellijk uitgeschakeld wordt. Dit is aanvaardbaar aangezien de cilinders geen voorwerpen opheffen, dus er is geen veilige stop (stop die een cyclus afwerkt) nodig. De stop hier is dus een noodstop. Als de cyclus onderbroken is, dan is de kans groot dat nog enkele zuigers uitgeschoven staan. Hiervoor is er bij elke zuiger een “reset-knop” voorzien in het PLC programma. Deze knop zal de zuiger terugbrengen naar de beginpositie. Als de machine de cyclus één keer doorlopen heeft zal deze opnieuw beginnen als alle voorwaarden (V0.0) terug voldaan zijn.
59
1.2 Berekenen van kracht, moment en vermogen van transportband Gegeven: -
-
-
Transportband met 3 delen: o Deel 1 is een horizontaal onderstuk met lengte 1.0 m, hoek 0° o Deel 2 is de schuine opvoerzijde met lengte 5.5 m, hoek 45° o Deel 3 is een horizontaal topstuk met lengte 0.5 m, hoek 0° De diameter van de trommel is 0.160m De last die op de transportband rust is afhankelijk van het product: voor gommetjes = 5 kg/m en voor lolly’s= 15 kg/m We werken onder normale omstandigheden.
0.160 m
5.5 m
Gevraagd: -
0.5 m
De totale trekkracht F Het moment M Het vermogen P
1.0 m
α= 90°
We berekenen de kracht die nodig is om het product omhoog te sturen met de volgende formule: F = Fz // + fr ⋅ Fz ⊥ Deze formule bekomen we omdat bij transportbanden de nodige trekkracht gelijk is aan de hellingsweerstand Fz // en de rolweerstand Fr = fr ⋅ Fn = fr ⋅ Fz ⊥
60
De rolweerstand berekenen we dan met behulp van: -
Een weerstandscoëfficiënt f (afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden) Een factor c (afhankelijk van de lengte L)
Deze waarden zoeken we op in een tabel.
Tabel met weerstandscoëfficiënt f en factor c (bron: cursus mechanica 5de jaar IW)
We werken onder normale bedrijfsomstandigheden, dus kiezen we f=0.02. Voor deel 2 is c= (9.0+7.6)/2=8.3 (we nemen het gemiddelde tussen 5en 6). Aangezien 1.0m en 0.5m niet in de tabel staan zullen we alle waarden ingeven zodat we een grafiek uitkomen waar we de waarde voor 1.0m en 0.5m kunnen aflezen. (regressie)
We krijgen een functie met vergelijking f ( x) = 23.879 x −0.606 Hieruit vinden we de waarde c=36.3 voor 0.5m en c=23.9 voor 1.0m. De totale weerstandscoëfficiënt wordt dan fr = c ⋅ f De totale trekkracht wordt dan F = Fz // + fr ⋅ Fz ⊥
61
Oplossing: (voor gommetjes) -
Deel 1:
Fz = m ⋅ g ⋅ l = 5kg / m ⋅ 9.81⋅1m = 49.05 N Fz // = Fz ⋅ cos(90°) = 49.05 N ⋅ 0 = 0 N Fz ⊥ = Fz ⋅ cos(0°) = 49.05 N ⋅1 = 49.05 N fr = c ⋅ f = 23.9 ⋅ 0.02 = 0.48 F = Fz // + fr ⋅ Fz ⊥ = 0 N + 0.48 ⋅ 49.05 N = 23.44 N -
Deel 2 Fz = m ⋅ g ⋅ l = 5kg / m ⋅ 9.81⋅ 5.5m = 269.77 N Fz // = Fz ⋅ cos(45°) = 269.77 N ⋅ 0.71 = 190.76 N Fz ⊥ = Fz ⋅ cos(45°) = 269.77 N ⋅ 0.71 = 190.76 N fr = c ⋅ f = 8.3 ⋅ 0.02 = 0.17 F = Fz // + fr ⋅ Fz ⊥ = 190.76 N + 0.17 ⋅190.76 N = 222.42 N
-
Deel 3 Fz = m ⋅ g ⋅ l = 5kg / m ⋅ 9.81 ⋅ 0.5m = 24.52 N Fz // = Fz ⋅ cos(90°) = 24.52 N ⋅ 0 = 0 N Fz ⊥ = Fz ⋅ cos(0°) = 24.52 N ⋅1 = 24.52 N fr = c ⋅ f = 36.3 ⋅ 0.02 = 0.73 F = Fz // + fr ⋅ Fz ⊥ = 0 N + 0.73 ⋅ 24.52 N = 17.90 N Als we nu deel 1, deel 2 en deel 3 samentellen krijgen we de totale trekkracht die nodig is om het product te verplaatsen. Ftot = 23.44 N + 222.42 N + 17.90 N = 263.76 N
We willen nu het moment berekenen dat de transportband nodig heeft. M = F ⋅ r = 263.76 N ⋅ 0.160m = 42.20 Nm
Als we nu het nodige vermogen willen weten gebruiken we de volgende formule: P=
M ⋅ n 42.20 Nm ⋅ 50.92tr / min = = 225.01W 9.55 9.55
Opmerking: Aangezien de transportband frequentiegestuurd is kunnen we het toerental onmogelijk meten, we weten echter dat het toerental van motor 1375 tr/min is en dat de reductiekast waarop deze staat 1:27 is. Hieruit volgt dat het toerental op de transportband 50.92 tr/min bedraagt.
62
Oplossing: (voor lolly’s) -
Deel 1:
Fz = m ⋅ g ⋅ l = 15kg / m ⋅ 9.81 ⋅1m = 147.15 N Fz // = Fz ⋅ cos(90°) = 147.15 N ⋅ 0 = 0 N Fz ⊥ = Fz ⋅ cos(0°) = 147.15 N ⋅1 = 147.15 N fr = c ⋅ f = 23.9 ⋅ 0.02 = 0.48 F = Fz // + fr ⋅ Fz ⊥ = 0 N + 0.48 ⋅147.15 N = 70.63N -
Deel 2 Fz = m ⋅ g ⋅ l = 15kg / m ⋅ 9.81 ⋅ 5.5m = 809.32 N Fz // = Fz ⋅ cos(45°) = 809.32 N ⋅ 0.71 = 572.28 N Fz ⊥ = Fz ⋅ cos(45°) = 809.32 N ⋅ 0.71 = 572.28 N fr = c ⋅ f = 8.3 ⋅ 0.02 = 0.17 F = Fz // + fr ⋅ Fz ⊥ = 572.28 N + 0.17 ⋅ 572.28 N = 669.57 N
-
Deel 3 Fz = m ⋅ g ⋅ l = 15kg / m ⋅ 9.81 ⋅ 0.5m = 73.57 N Fz // = Fz ⋅ cos(90°) = 73.57 N ⋅ 0 = 0 N Fz ⊥ = Fz ⋅ cos(0°) = 73.57 N ⋅1 = 73.57 N fr = c ⋅ f = 36.3 ⋅ 0.02 = 0.73 F = Fz // + fr ⋅ Fz ⊥ = 0 N + 0.73 ⋅ 73.57 N = 53.71N Als we nu deel 1, deel 2 en deel 3 samentellen krijgen we de totale trekkracht die nodig is om het product te verplaatsen. Ftot = 70.63 N + 669.57 N + 53.71N = 793.91N
We willen nu het moment berekenen dat de transportband nodig heeft. M = F ⋅ r = 793.91N ⋅ 0.160m = 127.02 Nm
Als we nu het nodige vermogen willen weten gebruiken we de volgende formule: P=
M ⋅ n 127.02 Nm ⋅ 50.92 = = 677.26W 9.55 9.55
Volgens onze berekeningen zou er dus een motor op de transportband moeten staan van ongeveer 680W. In werkelijkheid is er echter een motor met een vermogen van 0.55Kw of 550W geplaatst. Het stroomverbruik bij 230V bedraagt 2.63A waaruit volgt dat het opgenomen vermogen uit het net 604.9W bedraagt.
63
1.3 Berekeningen op de as van de folierol De folierol wordt afgerold d.m.v. een frequentiegestuurde driefasige asynchrone motor van 0.18 kW die gemonteerd zit op een haakse reductiekast met overbrengingsverhouding 1:15 en een rendement van 90%. De motor levert een maximaal toerental van 1400 tr/min. De folierol heeft een buitendiameter van 300 mm en een binnendiameter van 70 mm. De breedte van de rol is 335 mm en deze heeft een gewicht van ongeveer 25kg. Deze zit gemonteerd op een as met een diameter van 35mm en een lengte van 900mm. Aangezien de buitendiameter als maar kleiner zal worden, hebben we geen constant toerental. Mocht dit wel zo zijn, dan zou er een alsmaar grotere trekkracht op de folierol komen te staan en dan zou deze afbreken. De frequentieregelaar zal met de ingebouwde snelheidsregeling het toerental op de as zo aanpassen dat er geen gevaar is voor breuk. We willen nu berekenen hoeveel tijd de motor nodig heeft om de folierol op volledig toerental te brengen. Hiervoor maken we gebruik van het massatraagheidsmoment. Het massatraagheidsmoment van de folierol t.o.v. de as is in principe de traagheid van de massa die in beweging moet gebracht worden, m.a.w. de massaweerstand tegen draaien.
Afleiding formule voor massatraagheidsmoment van holle cilinder De holle cilinder heeft een hoogte h, een binnendiameter ri en een buitendiameter ru.
m = ρ ⋅V dm = ρ ⋅ dv dm = ρ ⋅ 2 π ( ru − ri ) dr ⋅ h
ru
Jz = ∫ r ² dm ri
dv = 2π (ru − ri) dr ⋅ h
ru
Jz = ∫ r ² ⋅ ρ ⋅ 2π ( ru − ri ) dr ⋅ h ri ru
Jz = 2πh ⋅ ρ ⋅ ∫ r ²( ru − ri ) dr ri
( Ru 4 − Ri 4 ) Jz = 2πh ⋅ ρ 4 (ru ² + ri ²) Jz = m ⋅ 2
m = ρ ⋅V V = π ( ru ² − ri ²) ⋅ h m = ρ ⋅ π ( ru ² − ri ²) ⋅ h
64
Berekening nodige tijd om as op volledig toerental te brengen Nu kunnen we Jz berekenen: Jz = 25kg
(0.3m)² + (0.07 m)² = 1.18kgm ² 2
Het toerental van de motor is 1400 tr/min. De reductiekast van 1:15 zorgt voor een toerental van 93.33tr/min op de as van de folie. Het nominaal koppel van de motor wordt dan:
M nom =
9,55 ⋅ P 9,55 ⋅ 180W = = 2.46 Nm n 1400 tr / min 2 2
Het nominaal koppel op de as van de folierol wordt dan:
M nom =
9,55 ⋅ P 9,55 ⋅ 180W = 36 .84 Nm = 93 .33tr / min n 2 2
Nu kunnen we de hoekversnelling berekenen:
αz =
M as 36.84 Nm = = 31.05rad / s ² Jz 1.18kgm²
Tenslotte kunnen we de tijd berekenen die de motor nodig heeft om de as op vol toerental te krijgen:
2π ⋅ n(t 1 ) − 0 ∆t 60 ⋅ ∆t 2π ⋅ n(t1 ) 2π ⋅ 93.33tr / min => ∆t = = = 0.31s 60 ⋅ α z 60 ⋅ 31.05rad / s ²
αz =
ω (t1 ) − ω (t 0 )
=
De motor is dus na 0.31s op zijn toerental. Dit is logisch omdat een rol van 25 kg gemakkelijk kan beginnen draaien, dit duurt niet lang.
65
2 Elektriciteit 2.1 Aanwezige elektrische motoren/frequentieschakelaars De vvvs-machine (zakjesmachine) bevat 2 elektrische motoren werkend op wisselstroom: - de filmafroller achteraan de machine - de folietransportbanden bovenaan de machine
De filmafroller
De folietransportbanden
o De filmafroller heeft een frequentieregeling met een frequentieregelaar van het merk Mitsubishi, type FR-S520S-O 75K-EC (technische informatie zie bijlage 1). Deze stuurt een driefasige asynchrone motor aan van 0.18 kW, die gemonteerd zit op een haakse reductiekast van het merk Motovario, type NMRV40 R1:15 B5 PAM63 (bijlage 2). o De folietransport heeft dezelfde frequentieregeling maar deze stuurt nu een driefasige asynchrone motor van 0.37 kW aan, gemonteerd op een haakse reductiekaart van het merk Bonfiglioli MVF 49 A R1:7 B5 PAM71 (bijlage 3)
2.2 Werking frequentieregelaar Een frequentieregelaar of frequentieomvormer is een elektronische schakeling in staat de frequentie van een aangeboden signaal te veranderen terwijl de spanning mee varieert. Frequentieregelaars worden meestal gebruikt om de snelheid van een elektromotor te regelen door het koppel (de actieve stroom) te regelen. Het principe waarop men werkt is de frequentie aanpassen om de snelheid te regelen: f1 nr = ns ⋅ (1 − s ) = ⋅ (1 − s ) p Waarbij: nr = de Rotorsnelheid (dus de snelheid van de motoras) ns = de Statorveldsnelheid, deze wordt nu opgedrongen door de frequentieregelaar s = de Slip (snelheidsverschil tussen stator en rotor om koppel te produceren) f1 = de nieuwe Frequentie door de frequentieregelaar p = Aantal poolparen, een constante dus (conventioneel is dit 2, dus bij een 4-polige motor)
66
De Engelse benamingen frequency controller of power invertor worden ook wel gebruikt. De werking kan vereenvoudigd worden tot deze schema’s:
In het eerste blok (I) van de vermogenskring wordt de eenfase- of driefasenetspanning gelijkgericht. Deze schakeling wordt een convertorschakeling genoemd. De pulserende gelijkspanning van de convertor wordt vervolgens afgevlakt in een tussenkring (buffer) of filter. In de filter of de tussenkring wordt energie opgeslagen, vandaar dat we die schakeling ook buffer (II) noemen. Ten slotte wordt de afgevlakte gelijkspanning omgevormd tot een driefasespanning met veranderbare frequentie; dit gebeurt in de invertor (III). Het aanpassen van de spanningswaarden aan de ingestelde frequentie kan in de convertor, in de buffer of in de invertor gebeuren. Meestal zal die aanpassing gebeuren in de invertor. In de besturingseenheid worden verschillende grootheden (parameters) gecontroleerd en geregeld. Enkele voorbeelden hiervan zijn de frequentie, de stroombegrenzing, de spanningsbegrenzing en de draairichting. Frequentieomvormers met een tussenkring krijgen de benaming tussenkringomvormers.
67
Voordelen van frequentieregeling zijn: - De aanloopstroom is nooit meer dan 1.5 à 2 maal de nominaalstroom terwijl er toch een hoog koppel bereikt kan worden. - De motor loopt geleidelijk aan met de instelbare aanlooptijd. - Het toerental is traploos regelbaar Frequentieregelaars worden gebruikt voor elektrische aandrijvingen als men het verloop van de snelheid precies wil regelen, zoals bij: - transportbanden - ventilatoren - hijsinstallaties - wikkelapplicaties (hier toegepast met folie)
Wikkelapplicatie Om bijvoorbeeld draad op te rollen is het belangrijk dat er met een constante trekkracht getrokken wordt, zodat de draad niet breekt. Als de wikkelrol een constante omwentelingssnelheid zou hebben, zou de draad steeds harder aangetrokken worden, omdat de straal van het opgerolde draad groter wordt. Daardoor zou ook de spanning op de draad toenemen. Om dit te voorkomen is de frequentieregelaar uitgerust met een snelheidregeling. De frequentieregelaar zorgt er voor dat de motor een bepaald toerental zal gaan draaien zodat de motor precies de ingestelde snelheid levert. Zo is het (theoretisch) onmogelijk dat de folie kan breken. Op de baan van de folie staat er een fotocel geplaatst. Als de diameter veranderd, zal de snelheid van de folie niet meer constant De weg van de folie zijn. Dit zal door de fotocel geregistreerd worden en deze zal een correctiesignaal doorsturen naar de frequentieregelaar.
2.3 Werking driefasige asynchrone motor/inductiemotor De driefasige inductiemotor noemt men ook de driefasige asynchrone motor. Hij heeft een eenvoudige constructie en vergt weinig onderhoud. Bovendien is hij bedrijfszeker en niet duur in aankoop. De driefasige inductiemotor wordt het meest gebruikt in de industrie.
68
Samenstelling De driefasige asynchrone motor bestaat uit 2 hoofdonderdelen: De stator en de rotor. We zullen deze hieronder verder toelichten. - De stator: De stator bevat een driefasewikkeling zoals bij de synchrone motor en de synchrone generator. Bij het aansluiten van een driefasespanning aan de statorwikkeling wordt een draaiveld gevormd. Om die reden wordt een driefasige inductiemotor ook draaistroommotor genoemd. - De rotor: De rotor bestaat uit ankerplaten die aan de omtrek voorzien zijn van gleuven. In de gleuven zijn de wikkelingen of de rotorstaven aangebracht. Volgens de samenstelling van de rotor kun je twee soorten motoren onderscheiden: De sleepringankermotor en de kooiankermotor. Aangezien hier de kooiankermotor wordt gebruikt, gaan we hier dieper op in.
De kooianker- of kortsluitmotor De rotor heeft op de as een groot aantal stalen plaatjes samengevoegd tot een cilinder. In de plaatjes, waarin vooral gleuven of gaten geponst werden, zijn koperen of aluminiumstaven aangebracht die aan de uiteinden langs weerszijden aan koperen of aluminiumringen verbonden zijn. We noemen dit een kortsluitanker. Doordat de staven met beide ringen een kooi vormen spreken we ook van een kooirotor. Zowel bij de kooi- als bij de sleepringrotor wordt de elektrische rotorketen omsloten door een geheel van gelamelleerde ankerplaatjes.
Werking Bij het aansluiten van een driefasespanning aan een driefasestatorwikkeling ontstaat er zoals bij de synchrone motor een magnetisch draaiveld. De rotatiefrequentie van dit draaiveld kan berekend worden met de formule n = f ⋅ l ⋅ p . De rotorgeleiders worden gesneden door de draaiende veldlijnen, waardoor er daarin een emk wordt geïnduceerd. De zin van de emk kan gevonden worden met de rechterhandregel. Vermits de veldlijnen bewegen, moet men de zin van de schijnbare beweging gebruiken bij de rechterhandregel. Door het feit dat de rotorgeleiders een gesloten keten vormen, zullen er inductiestromen vloeien. Die gesloten keten bestaat bij de kooirotor uit staven die kortgesloten zijn door twee ringen; bij een sleepringankermotor is dat de driefaserotorwikkeling die aangesloten is op een aanloopinrichting. Zo ontstaan stroomvoerende geleiders in een magnetisch veld. Op de geleiders worden lorentzkrachten
69
uitgeoefend. De zin van deze krachten kan gevonden worden met de linkerhandregel. De resulterende lorentzkrachten voren een koppel dat de rotor doet draaien in de zin van het statordraaiveld. De werking kan ook verklaard worden met de wet van Lenz. De kortsluitstromen in de rotorgeleiders zijn inductiestromen; hun zin is bijgevolg zodanig dat ze hun ontstaansoorzaak, het gesneden worden door de krachtlijnen van het draaiveld, tegenwerken. De rotor tracht daartoe zo te draaien dat de rotorgeleiders geen krachtlijnen meer snijden. Dit is alleen te bekomen door in dezelfde zin en met dezelfde rotatiefrequentie te draaien als het draaiveld. Indien de rotor met dezelfde rotatiefrequentie zou draaien als het draaiveld dan snijden de rotorgeleiders geen veldlijnen meer van het draaiveld. In de rotorgeleiders wordt geen emk meer geïnduceerd. Er zullen geen inductiestromen meer vloeien en bijgevolg zullen er geen lorentzkrachten meer werken op de rotorgeleiders. De rotatiefrequentie van de rotor zal afnemen. Omdat de rotor niet synchroon loopt met het statordraaiveld spreekt men van een asynchrone motor. Vermits bij dit type motor de werking het gevolg is van het ontstaan van inductiestromen in de rotor, noemt men de asynchrone motor ook de inductiemotor.
2.4 Waarom reductiekasten? Beide aanwezige motoren zijn aangesloten op reductiekasten. Hiermee kan men het toerental van de motor verhogen of verkleinen. Dit wordt bekomen door de tandwielen zodanig te schakelen dat er zeer grote omzettingen mogelijk zijn. Tandwielen hebben echter ook hun slip. De reductiekasten met het beste rendement zijn degene met wormwielen, deze hebben bijna geen slip. Toch ligt het rendement van de meeste reductiekasten rond de 90 %. De omzetting wordt in breuken weergegeven. Vb. 1:27 d.w.z. dat de verhouding van het toerental zich als 1 op 27 verhoudt.
2.5 Waarom deze motoren? Zoals eerder vermeld werken we op een driefasige wisselspanning. Standaard wordt dan in de industrie gebruik gemaakt van een asynchrone kooiankermotor. Deze zijn het goedkoopst in aankoop (de bouw is zeer eenvoudig) en bij gebruik van een frequentieregelaar zijn ze perfect regelbaar in snelheid. De bediening is gemakkelijk en tijdens het gebruik is er maar weinig onderhoud nodig omdat de kooiankermotor weinig slijtage heeft. De grote aanloopstromen bij het starten van de motor worden door de frequentieregeling volledig weggewerkt.
2.6 Elektrische schema’s -
In bijlage 4 vindt u het elektrische schema van de motor die de folietransportbanden bedient met de frequentieregelaar voor de sturing In bijlage 5 vindt u het elektrische schema van de motor die zorgt voor de filmafrolling met de frequentieregelaar voor de sturing.
70
Verklaring schema folietransportbanden (bijlag 4) De voeding bovenaan is monofasig (let op de zekering van 10A), daarnaast hebben we de aansturing. De aansturing gebeurt via een startsignaal afkomstig van de PLC via kabel A06. Hiernaast hebben we de sturing van de frequentie. Deze is ook afkomstig van de PLC via kabel 406. De PLC geeft een bepaald voltage dat overeenstemt met een bepaalde frequentie. Door de parameters in de PLC te wijzigen via instellingen zal ook het uigestuurde voltsignaal wijzigen waardoor de frequentie en dus de draaisnelheid van de motor wordt aangepast. Onderaan hebben we de driefasige aansturing van de motor. Hiernaast hebben we nog een alarmsignaal dat naar de PLC vertrekt via kabel EO3. Dit is nodig voor als de frequentieregeling in alarm gaat door ofwel overbelasting, ofwel een interne fout. Indien dit contact open gaat, dan valt de machine stil. Bij het schema van de motor die zorgt voor de filmafrolling is dit nagenoeg hetzelfde, alleen gebeurt de sturing van de frequentie hier door een lineaire potentiometer.
2.7 Nodig elektrisch vermogen Bij de keuze van de motor moet men rekening houden met het motorvermogen bij de hoogst gewenste snelheid. Bij het gebruik van een frequentieregelaar wordt meer warmte ontwikkeld in de motor dan bij gewoon bedrijf. Daarom moet men bij lage snelheden (bij 0 tot 50 Hz) extra koeling voorzien. Bij hoge snelheden (50 tot 100 Hz) moet de maximum toegelaten stroom en dus het koppel met 5% verminderd worden. Voor motoren die voortdurend bij lage snelheden werken is het noodzakelijk een motor te kiezen die 1 type groter is dan vereist. De vvvs-machine beschikt over een motor van 0.17kW en over een motor van 0.37kW. Tellen we beide motoren bij elkaar, dan bekomen we een motor van 0.54kW. Dit wordt door de fabrikant van de machine aangegeven als het nodig elektrische vermogen voor deze machine. Deze motor van 0.54 kW echter overgedimensioneerd en zal dus nooit 0.54kW moeten leveren.
71
3 Computertekenen 3.1 Uittekenen in 3D programma’s Inventor
Rhinoceros
72
3.2 Renders (foto’s) van de uitgetekende machine met Flamingo
Voorzijde v/d machine
De weg van de folie
Achterzijde v/d machine 73
De trechter en het vormbekken
De verticale sealunit met de vacuümbanden om de folie op de vormbuis te leiden
De horizontale sealbekken en de snijtanden.
74
3.3 Uittekenen van verschillende onderdelen in 3D
De verticale sealunit
75
De Pneumatische cilinder
De aansluiting van de mechanische cilinder aan de hoofdbaan
76
3.4 Uittekenen van verschillende onderdelen in 2D -
Samenstelling van de verschillende onderdelen (met partlist) van de verticale sealunit (A3 schaal 1:4 nogmaals verschaald naar A4)
-
Samenstelling verticale sealunit (A3 schaal 1:4 nogmaals verschaald naar A4)
-
Samenstelling van de verschillende onderdelen (met partlist) van de pneumatische cilinder (A3 schaal 1:2 nogmaals verschaald naar A4)
-
Mechanische zuiger (A3 schaal 1:2 nogmaals verschaald naar A4)
-
Aansluitblok hoofdbaan (A3 verschaald naar A4))
-
Invoerstuk tussen aansluitblok en hoofdbaan (A3 verschaald naar A4)
-
Hoofdbaan (A3 schaal 1:4 nogmaals verschaald naar A4)
-
Cilinder verticale sealunit (A3 verschaald naar A4)
-
Kop van zuiger van cilinder (A3 verschaald naar A4)
-
Hulpcilinder (A4)
-
Zuigerstang cilinder (A4)
-
Verticale sealing (A3 schaal 1:2 nogmaals verschaald naar A4)
-
Inbusbout M6 lengte 51mm (A4 schaal 2:1)
-
Inbusbout M6 (A4 schaal 3:1)
-
Inbusbout M6 platte voorkant (A4 schaal 3:1)
-
Vastzet schroef hoofdbaan (A4)
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
4 Taalopdrachten 4.1 Nederlands Pieter Sijmons Tuinwijk 30 9700 Oudenaarde België
2005-09-20
Ishida Europe BV De Dieze 5 Nl-5684 PR best Nederland
Geachte mevrouw Geachte heer
Als laatstejaarsleerling Industriële Wetenschappen in het V.I. Sint-Lucas te Oudenaarde werd er mij opgedragen om een geïntegreerde proef (GIP) samen te stellen. Op het einde van het schooljaar wordt dit eindwerk dan voorgesteld en verdedigd voor een jury.
Mijn idee is uitgegaan naar een verticale vorm-, vul- en sluitmachine met multiheads. Deze interessante machine heeft vele mogelijkheden die ik graag zou bespreken. Vooral de multiheads zijn aantrekkelijke stof tot schrijven.
Zou het mogelijk zijn om hierover technische informatie op te sturen? Ik kan deze dan verwerken in mijn opdracht.
Met vriendelijke groeten
Pieter Sijmons
94
4.2 Frans Pieter Sijmons Tuinwijk 30 9700 Audenarde Belgique
2006-01-31
Ishida Europe BV De Dieze 5 Nl-5684 PR best Pays-Bas
Madame, Monsieur,
Je suis un élève en dernière année « Science Industrielles » au V.I. Sint-Lucas à Audenarde. Je vous écris cette lettre dans le cadre de mon travail de fin d’études.
Comme sujet j’ai choisi une machine qui figure, remplit et ferme des sachets, avec des multiheads pour l’industrie d’alimentaire. Cette machine a beaucoup d’éléments intéressants à expliquer, par exemple les multiheads.
Vous serait-il possible de m’envoyer quelques informations techniques à ce sujet?
Mes meilleures salutations,
Pieter Sijmons
95
5
6
1
Informatiefolder Frans
96
97
2
3
4
4.3 Engels Pieter Sijmons Tuinwijk 30 9700 Oudenaarde Belgium
26th October 2005
Dear Sirs,
I am a student of the technical institute V.I. Sint-Lucas. This year, we were asked to write a final paper that has to be theoretical but also applicable on already realised projects.
I have chosen to describe a vertical form-, full- and close machine with multiheads. This machine is specially made for food packing and with a view on today’s packing processes, which makes it very interesting to describe.
I would like to ask you to send some general and technical information about your company and the multiheads you produce, so I can it in my final paper.
Yours faithfully
Pieter Sijmons
98
Summary At the end of the fifth year in VTI Sint-Lucas, teachers told us we had to choose a subject for our final paper. We could have a free choice, but it had to be a technical subject. The idea was that we should be able to compress the technical know-how we have learnt in all these years. I had first thought of LED’s (light emitted diodes) but my teacher of computer design had pushed me in the direction of a machine of my uncle’s factory. So, I decided to describe a packing machine, used to pack up sweets into bags. This machine has an ingenious system to weigh the product, called multiheads. This was a perfect choice! My uncle was wildly enthusiast about this idea. He was glad he could teach somebody what he knows about this great machine and I could get a lot of information about this kind of packing technology. I went to Interpack, a fair in Düsseldorf in Germany which brings all large companies of the packing industry together. Here, I found all the information and contacts that I needed to start working… I had the problem that the machine was so complex that I had no idea how to start. I wanted to explain the complete machine from the beginning (where the product starts) to the end (where it comes out in bags). I explained the whole process from foil to bags with all the specific terms of packing. During the school year I got tasks from my teachers and I contacted many companies for more detailed information to solve them. Much of the information was in English, so I had to translate many specific terms into Dutch and therefore my knowledge of technical English increased a lot. The work grew from some 10 pages to 100… and it keeps growing! I had to work hard and the last weeks were chaotic. I learned how to engage for a project and how to work it out. I have enjoyed making this final paper and I hope you will get some more information of these great machines after reading it.
99
Bijlage 1 Frequentieregelaar van het merk Mitsubishi, type FR-S520S-O 75K-EC
100
101
102
Bijlage 2 Haakse reductiekast van het merk Motovario, type NMRV40 R1:15 B5 PAM63
Deze reductiekast werkt via een wormwiel. Het rendement ligt dus zeer hoog.
103
104
105
Bijlage 3 Haakse reductiekast merk Bonfiglioli MVF 49 A R 1:7 B5 PAM71
De driefasemotor van 0.37 KW wordt gemonteerd op een haakse reductiekast met een overbrengingsverhouding van 1 op 7. Uit de tabel valt af te leiden dat we een ratio van 36 zullen hebben en dat de rotaties per minuut (RPM) 39 bedragen. Dit komt overeen met 39 tr/min.
106
Bijlage 4
Elektrisch schema motor folietransportbanden
107
Bijlage 5
Elektrisch schema motor filmafrolling
108
Bijlage 6 Technische informatie vvvs-machine
109
Bronvermelding Internetlinks: http://www.btvcontrol.be/pdf/aardingen http://www.comiz.com http://www.ishidaeurope.com http://home.wanadoo.nl/niconimeijer/frequentieregelaar/index.htm http://nl.wikipedia.org/wiki/Frequentieregelaar http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/detector/ http://www.gi.alaska.edu/~jesse/treasure/misc/howdetector.html http://www.ukdetectornet.co.uk/andy1.htm http://www.yamatoscale.co.uk http://www.tn.utwente.nl/em/mio99/data/metaaldetector/Metdet_main.html http://home.howstuffworks.com/metal-detector.htm/printable http://www.piepstok.nl/techniek/artikel1.html http://www.mitsubishi-automation.com/products/inverters.html http://www.rundles.co.uk/bonfiglioli.php http://digchip.com/datasheets/parts/names_5.php http://www.packagingtoday.co.uk http://em-ntserver.unl.edu http://users.telenet.be/edw_CAD/studio/GIP/Raadplegen/AREI
Geschreven bronnen: Handleiding Mitsubishi Electric FR-S 500E EC Handleiding Triltechniek LWA Laurijnsen Weegautomaten Handleiding Lock metaaldetector Confiserie Thijs Tipboek vvvs-machines, Gerard Verduyn, The Tipbook Company Machinery Update, Issue 4, Volume XV, July/August 2004 Packaging today, volume 27 NO3 April 2005 Serie Elektrotechniek, elektriciteit deel 3, Wolters Plantyn Cursus mechanica/dynamica 5de en 6de jaar IW, Johny Verfaillie
Fotografie: Digitale fotografie bij bedrijf Confiserie Thijs te Sint-Niklaas. Digitale fotografie op beurs Interpack 2004 te Düsseldorf.
Andere: Lock Metaaldetectie Nederland persoonlijke informatie Ishida Weegsystemen Nederland persoonlijke informatie Confiserie Thijs België persoonlijke informatie
110
