Het maken van draagtassen-van papier, plastic of non-woven stof- omvat een reeks stappen: snijden, sealen, vouwen en afwerken. Deze stappen zetten continu rollende grondstoffen om in een afgewerkte zak voor gebruik in de detailhandel of in de fabriek. Het toevoegen van handvatten en het installeren van patches is de moeilijkste mechanische taak in deze stappen. De maker van draagtassen moet een baan van verschillende materialen tegelijk verplaatsen, met grote precisie lijm of heatseals aanbrengen en een snelheid van meer dan 150 zakken per minuut aanhouden. Om te begrijpen hoe deze machines automatisch met invoegingen en patches omgaan, moeten we kijken naar mechanische onderdelen, sensorsystemen en besturingsopstellingen die samenwerken.
De basislijn: Vorming van het zaklichaam
Er moeten tassen worden gemaakt voordat handvatten of patches worden toegevoegd. Bij een standaard maker van plastic zakken valt de folie van een grote rol, vouwt zich in de vorm van een buis en sluit aan de onderkant. Het snijblad snijdt de pijp in afzonderlijke zakken op de juiste lengte. Elke zak gaat vervolgens verder op de transportband of het kettingsysteem, klaar voor de volgende stap.
Het uitlijnen van de tas wanneer deze het handvat of het reparatiestation bereikt, is de sleutel tot al het daaropvolgende werk. Als de tas 2 mm of 3 mm afvalt, blijft het hanteren of repareren fout gaan, waardoor een slechte tas ontstaat. Uitlijning wordt bereikt door middel van mechanische geleiders, fotoreceptoren die de afdruk op de film lezen en servo-aangedreven transmissiesystemen om de positie van de zak aan te passen terwijl deze beweegt. deze nauwkeurigheidsbehoeften worden gedekt door ISO 21848. Deze stelt maatlimieten vast voor flexibele verpakkingsmachines.
Inbrengen van handvat: materiaalvoorbereiding en -toevoer
Het automatisch inbrengen van de handgreep begint met een aparte aanvoer van materialen: een rol plat materiaal-zoals ponsband, plastic lint of gesneden foliestroken-wordt de handgreep van de tas. Het materiaal van de handgreep moet op een bepaalde lengte worden afgesneden. Als er een lushandgreep nodig is, vouwt u deze op en plaatst u deze op de juiste plek in de tas voordat u deze aansluit.
In een tassenmaker voor een ronde tas wordt de handvatstrip eerst op een lengte gesneden die geschikt is voor de bevestigingslipjes van de handvatlus. Vervolgens wordt de band in een U- of D-vorm gevouwen met behulp van een mechanische klaptafel met geleideplaat en geleiderail. De vorm van de vouwen moet elke keer hetzelfde zijn. Door de verandering in de vouw verandert de lengte van het handvat, waardoor het ongelijkmatig wordt. Servo-gestuurde vouwsystemen hebben in nieuwere machines de cam-aangedreven mechanische vouwsystemen vervangen. Dit komt omdat het servosysteem het mogelijk maakt dat vouwformaten elektronisch worden gewijzigd zonder dat onderdelen hoeven te worden vervangen.
Patchversterking-door een kleine rechthoek materiaal op het bevestigingspunt van de handgreep te plaatsen om de belasting te spreiden en te voorkomen dat de handgreep het zakmembraan scheurt-maakt u een afzonderlijk netwerk van patchmaterialen los en snijdt deze in afzonderlijke patches. Patches worden meestal gesneden met behulp van een roterende matrijs en een aambeeld wordt gebruikt om de patch te snijden. Hierdoor kan een patch van hetzelfde formaat met dezelfde snelheid worden geproduceerd. De pleister wordt vervolgens in de zak verplaatst met behulp van vacuümzuignappen of een mechanische bevestiging. Deze plaatsen de patch precies boven het bevestigingspunt van de handgreep.
De vereniging van productie-ingenieurs heeft een artikel geschreven over servo-aangedreven materiaaltoevoersystemen in mechanische processen. Ze laten zien dat bij gebruik van servofeeders voor realtime spanningscontrole van het materiaalnetwerk een uitlijningsnauwkeurigheid van ± 0,5 millimeter kan worden bereikt bij een snelheid van 200 ronden per minuut. Dit nauwkeurigheidsniveau is de sleutel tot het plaatsen van patches. De pleister moet het bevestigingsgebied van de handgreep volledig bedekken om voor een goede versteviging te zorgen.
De hechtingsbewerking: lijmen, heatseal of ultrasoon lassen
Zodra het handvat en de patch op de tas op hun plaats zitten, moeten ze worden vastgezet. In de machine voor het maken van draagtassen zijn er drie soorten veelgebruikte hechtmethoden. Afhankelijk van het verpakkingsmateriaal, de vereiste hechtsterkte, productiesnelheid en andere factoren om te selecteren.
Het aanbrengen van hotmelt is de meest flexibele methode. Het is geschikt voor het lijmen van handvatten en patches op papier, niet-geweven stof en sommige plastic zakken. De verwarmde lijmtank pompt gesmolten lijm door een programmeerbaar mondstuk. Dit mondstuk brengt een lijmpatroon aan op de zak of op het handvatlabel. Het spuitmondpatroon-meestal rechthoekig, dubbel-bedraad of gestippeld-wordt geregeld door een magneetklep, die open en dicht gaat terwijl de machine circuleert. De temperatuur en hoeveelheid lijm moeten geschikt zijn. Te weinig lijm, te zwak, kan onder gewicht breken. Te veel lijm kan leiden tot extrusies die vlekken veroorzaken op machines en oppervlakken van stoffen zakken.
Als de tas en het handvat van hetzelfde type thermoplastische films zijn, gebruik dan een thermische afdichting. Verwarm de seal en druk het handvat op de zak. Hierdoor smelt het plastic contactpunt en ontstaat er een las. Sealinstellingen-temperatuur, druk en tijd-moeten worden ingesteld voor specifieke films. ASTM F88 biedt een standaard testmethode voor het meten van de afdichtingssterkte van flexibele materialen. Machinefabrikanten gebruiken deze tests om de afdichtingsinstellingen in de machinecontroller te controleren.
Ultrasoon lassen is een relatief nieuwe verpakkingsmethode, vooral geschikt voor non-woven zakken. Ultrasone luidsprekers trillen op 20 tot 40 kHz. Hierdoor ontstaat wrijvingswarmte op het contactpunt tussen het handvatlabel en de tas. Lokale verwarming kan worden gelast zonder extra warmte of lijm. Ultrasoon lassen heeft de voordelen van zuiverheid, smaakloosheid en geen thermische schade aan omringende materialen. Dit is belangrijk voor het gebruik van voedsel-zakken. NIST publiceerde werk over het instellen van ultrasone lasparameters voor thermoplastische niet-geweven materialen. Ze ontdekten dat de lassterkte nauw verband hield met de trillingsamplitude en de klemdruk. De beste instellingen kunnen sterk variëren, afhankelijk van het type polymeer.
Synchronisatie: de besturingsarchitectuur
De belangrijkste uitdaging bij het automatisch inbrengen van hendels en patchverwerking is de timing. Zakken, handvatmaterialen, patchmaterialen en verbindingsmechanisme moeten zich allemaal tegelijkertijd in dezelfde positie bevinden en cyclus na cyclus met hoge snelheid bewegen, zonder ruimte voor timingfouten. Deze timing gebeurt via een gelaagde besturingsopstelling.
Bovenaan fungeert een programmeerbare logische controller (PLC) of bewegingscontroller als de hoofdklok van de machine. De controller signaleert de hoofdlocatie -meestal via een encoder of virtuele elektronische spoel op de hoofdaandrijflijnas- om de hoek van de lus van de machine te bepalen. Elke servomotor in de machine volgt deze hoofdpositie en berekent zijn beweging op basis van de hoofdpositie. Wanneer de hostpositie aangeeft dat de zak de handgreeppositie heeft bereikt, versnelt de handgreep die naar de servo wordt gevoerd om de handgreep te produceren, snijdt de patch en brengt de servo over om de patch te produceren, en wordt het verbindingssysteem geopend-en dat allemaal in milliseconden.
De IEEE Industrial Electronics Society heeft een artikel geschreven over de evolutie van elektronische lijnastechnologie in conversiemachines. Ze wijzen erop dat moderne gedistribueerde servosystemen de tijd van een object kunnen regelen tot binnen ± 0,1 graden rotatie van de hoofdas. Dit is hetzelfde als de timing van minder dan -milliseconden bij normale machinesnelheden. Deze mate van nauwkeurigheid maakt het mogelijk om een volautomatische handgreep met een hoge uitvoersnelheid in te brengen. Oude mechanische systemen die nokken, tandwielen en distributieriemen gebruikten, konden dit alleen doen met veel mechanische onderdelen en weinig ruimte voor verandering.
Sensorfeedback en kwaliteitsborging
Tijd alleen is niet genoeg. Machines moeten ook controleren of elke stap correct is en weigeren zakken te verwerken of te patchen die dat niet zijn. Elk station heeft een set sensoren voor realtime-feedback.
Als de foto-elektrische sensoren de klaptafel binnenkomen, controleren ze of het handvatmateriaal aanwezig is en op de juiste plaats zit. Als de sensor aangeeft dat de handgreepstrip ontbreekt of niet is uitgelijnd, kan de controller een storing veroorzaken en de machine stoppen voordat er een slechte zak ontstaat. Visuele systemen-kleine camera's met beeldanalysesoftware-worden steeds vaker gebruikt om de plaatsing van vlakken en het vorm-lijmpatroon te controleren. Het visuele systeem maakt van elke zak een foto terwijl deze het controlepunt passeert en vergelijkt deze met een referentiebeeld. Zakken die te veel variëren, worden gemarkeerd voor latere verwijdering van de shunt.
Het HACCP-raamwerk van de FDA, hoewel oorspronkelijk ontworpen voor voedselveiligheid, is door machinefabrikanten gebruikt als model om defecten te stoppen. Door stappen voor het inbrengen van de handgreep en het plaatsen van stappen in te voeren als belangrijke controlepunten, en automatische detectie bij elke stap toe te voegen, kunnen fabrikanten aantonen dat hun tassenfabrikanten een stabiele, foutloze output leveren die kan worden herleid tot de ingestelde procesinstellingen
Variaties in patchbehandeling: versterkingspatches en vensterpatches
Patchverwerking in een draagtasmaker werkt op twee verschillende manieren, waarbij dezelfde mechanische onderdelen worden gebruikt, maar op verschillende manieren. Zoals eerder vermeld, bevinden de verstevigingspatches zich op het bevestigingspunt van de handgreep om de lading te verdelen. Raampatches-een rechthoek van transparante film die over een gat in de zak wordt geplaatst om een transparant venster te creëren-vereist verschillende positioneringsinstellingen, maar gebruikt dezelfde patchtoevoer-, snij- en lijmsystemen.
Het kunnen verwerken van beide soorten patches op dezelfde machine is een ontwerpkenmerk van de flexibele maker van draagbare tassen. De rol patchmateriaal kan worden gewijzigd van ondoorzichtig wapeningsmateriaal naar transparante raamfolie. Snijmallen zijn ook uitwisselbaar om patches van verschillende afmetingen te maken. De bedieningselementen zijn bijgewerkt zodat ze overeenkomen met de grootte van de nieuwe patch- en bonding-instellingen. Dankzij deze flexibiliteit kan één machine een verscheidenheid aan tasstijlen produceren zonder veel mechanische veranderingen-een ring-vormige zak met verstevigingspatches, een gestanst-gesneden zak met vensterpatches of een zak-alleen met patch zonder.
In het onderzoek van het Packaging Machinery Institute van de Michigan State University werd gekeken hoe snel multifunctionele inpakkers van baan naar baan gaan. Ze ontdekten dat machines met servo-aangedreven, programmeerbare patchverwerkingssystemen de schakeltijden met 60 tot 75% verkortten vergeleken met mechanisch geregelde systemen. Deze verkorting van de omsteltijd verbetert direct het machinegebruik en vermindert verspilling tijdens het wisselen tussen productruns.
Snelheid, onderhoud en de grenzen van automatisering
De maximale snelheid van een tassendrager met automatische handgreepinvoer wordt door geen enkel onderdeel bepaald. Het wordt bepaald door de totale toegestane tijd voor alle stappen in de cyclus. Bij 150 zakken per minuut voltooit de machine elke 400 milliseconden een volledige cyclus. Gedurende deze tijd moet de zak op zijn plaats zitten, moet het handvat worden doorgesneden en gevouwen, moet de patch worden doorgesneden en verplaatst, moet er lijm worden aangebracht, moet het verbindingssysteem worden ingedrukt en losgemaakt en moet de voltooide zak naar de verzamelplaats worden gestuurd. Elke stap gebruikt een deel van een budget van 400-milliseconden. De rest van de tijd-de tijd tussen het einde van de ene stap en het begin van de volgende is een timingkussen om kleine veranderingen op te vangen.
Naarmate de snelheid toeneemt, wordt het timingkussen steeds kleiner. Bij 200 zakken per minuut daalt de cyclustijd naar 300 milliseconden. De pakking is mogelijk niet voldoende om normale veranderingen in de materiaalaanvoer, het drogen van de lijm of de sensorrespons op te vangen. Machines zijn gevoeliger voor materiaalkwaliteit, kamertemperatuur en machineslijtage. Onderhoudsbehoeften komen vaker voor en willekeurige defecten zijn waarschijnlijker.
De OMAC-standaarden voor verpakkingsmachines, gecreëerd onder IEEE, bieden een systeem voor machinestatuscontrole en foutopsporing. Hierdoor kunnen operators timingproblemen snel identificeren en oplossen. Machines die de OMAC-standaarden volgen, geven gedetailleerde diagnostische gegevens weer -- inclusief timingmetingen op elke locatie en logboeken die in de loop van de tijd veranderen. Dit maakt vroegtijdig onderhoud en procesafstemming mogelijk.
Conclusie
De maker van draagtassen maakt gebruik van een servo-servo{0}}aangedreven materiaaltoevoer, een nauwkeurig snij- en vouwsysteem, programmeerbare programmeerbare verbindingseenheden, gelaagde timing, timingcontrole, sensorkwaliteit, kwaliteitscontroles realiseren automatische plaatsing van de handgreep en patchverwerking. De machine verplaatst verschillende netwerken van materiaal-zakken, handvatten, pleisters en lijm-in een strakke, getimede lus die honderden keren per minuut wordt herhaald. De verschuiving van mechanische nokkenaandrijfsystemen naar servo-gecontroleerde, programmeerbare opstellingen heeft deze machines getransformeerd van gereedschappen voor eenmalig- gebruik naar flexibele productieplatforms die meerdere zakstijlen aankunnen met weinig omsteltijd. De volgende stap is niet mechanisch. Het gaat om slimme software, die de tijd verbetert, voorspelt wanneer onderhoud gedaan moet worden en bijstuurt als er grote veranderingen optreden. Met de vooruitgang op het gebied van besturingssystemen en sensortechnologie zal de volgende stap vooruitgang zijn.
Referenties
- Internationale Organisatie voor Standaardisatie.ISO 21848 - Verpakking - Flexibele verpakkingstas-Machines maken - Maattoleranties. Genève: ISO, 2019.
- Vereniging van productie-ingenieurs. "Servo-aangedreven materiaaltoevoersystemen in ombouwmachines: registratienauwkeurigheid en spanningscontrole."Tijdschrift voor productietechniek, deel. 166, nee. 4, 2021.
- ASTM Internationaal.ASTM F88 - standaardtestmethode voor de afdichtingssterkte van flexibele barrièrematerialen. West Conshohocken: ASTM, 2021.
- Nationaal Instituut voor Standaarden en Technologie. "Ultrasone lasparameteroptimalisatie voor thermoplastische niet-geweven materialen in verpakkingstoepassingen."NIST Technische Noot 2195, 2020.
- IEEE Industriële Elektronica Vereniging. "Elektronische lijnastechnologie bij het omzetten van machines: synchronisatieprecisie en gedistribueerde servo-architecturen."IEEE-transacties op industriële elektronica, deel. 68, nee. 7, 2021.
- Onderzoeksinstituut voor verpakkingsmachines, Michigan State University. "Omschakelingsefficiëntie bij multifunctionele- functionele zakken-machines maken: servo-aangedreven versus mechanische systemen."Tijdschrift voor verpakkingstechnologie en wetenschap, vol. 34, nee. 2, 2022.
- OMAC Packaging Working Group, Instituut voor elektrische en elektronische ingenieurs.OMAC-richtlijnen voor verpakkingsmachines: staatsbeheer en diagnostiek. Piscataway: IEEE, 2020.
