Diseño de procesos de taponado flexibles con motores roto-lineales

Los procesos de cierre pueden ser mucho más flexibles con unidades rotativo-lineales que con la tecnología convencional de levas. Por eso Tölke, especialista en maquinaria de envasado, ha equipado su nueva línea de alto rendimiento de llenado y taponado con motores roto-lineales LinMot. Los beneficios del sistema son un tiempo corto de puesta en operación, un menor intervalo de inactividad y una gama más amplia de funcionalidades de la máquina.

“Durante décadas, las levas mecánicas han demostrado su valor en los procesos lineales de movimiento y seguirán utilizándose en el futuro en muchas máquinas de medio y bajo rendimiento de llenado y taponado”, ha dicho Frans-Josef Patzelt, uno de los directores generales de Franz Tölke GmbH. “Con sus paneles electrónicos, el proceso de taponado se adapta mucho más fácil a las necesidades individuales de los productos, y el cambio de producto se puede hacer más rápido, lo que cada vez más usuarios están demandando de forma regular”.

La empresa ya había invertido en el pasado para dar mayor flexibilidad a sus máquinas de llenado y taponado de tecnología convencional de levas. Mediante el uso de cups de transporte con idéntica forma exterior y contorno individualizado interior, sólo era necesario la sustitución de los cups para un cambio de producto y formato. De esta forma Tölke aseguraría que los cambios de componentes de máquina dependientes del formato de producto se podrían ejecutar rápidamente de forma manual, sin necesidad de herramientas.

Como el proceso de taponado en sí mismo necesita ser modificado por el cambio de un producto, suele ser necesario cambiar las levas mecánicas involucradas en el movimiento lineal del proceso de roscado. Éste es un proceso lento y costoso, así que Tölke ha creado una máquina de carrusel con 16 estaciones de cierre para una aplicación con frecuentes cambios de producto. Todo el proceso de roscado es gestionado mediante un modelo PR01-84 de actuador lineal-rotativo en cada estación.

Este motor eléctrico, de la serie PR01 de LinMot, ha sido especialmente desarrollado para el proceso de cierre de tapones y de atornillado. Se combina un motor lineal y un accionamiento directo rotativo en un sólo cuerpo compacto, cada uno de los cuales se controla por separado, lo que significa que se puede implementar cualquier combinación de movimiento lineal y rotativo, tanto síncrono entre ellos como independiente.

“Para la parte rotativa del proceso de roscado / atornillado, durante mucho tiempo hemos estado utilizando un servomotor rotativo en lugar de un motor neumático, donde la aplicación requiere un ángulo de giro y un par de apriete concretos, de forma que con el servomotor se pueda realizar un cambio de formato con solo pulsar un botón del panel de operador”, explica Franz-Josef Patzelt.

Lo que es novedad, sin embargo, es el uso de un eje electrónico lineal en el proceso de cierre. “Se debe recoger el tapón, colocarlo en la botella y luego debe ser guiado con el fin de proporcionar un soporte óptimo al movimiento de rotación”, dice Markus-Kröger, director de proyectos responsable de este diseño en Tölke. “Cuando este movimiento lineal fuese controlado con un dispositivo de levas, las alturas a las que el tapón se recoge y se deja son fijas, y toda la secuencia de movimiento quedaría definida”.

Si hay modificaciones de la secuencia de movimiento requeridas por el cambio de producto, la solución mecánica necesitaría de diferentes cabezales de cierre e incluso la instalación de diferentes discos de levas, o la construcción de la máquina debería tener integrado discos de levas ajustables. En muchos casos, incluso se necesitaría también instalar un muelle para compensar el peso del cabezal.

“Con el accionamiento directo y la definición de la trayectoria curva de forma electrónica, nada de esto es necesario”, explica Markus Kröger. Con los parámetros adecuados para la programación de una secuencia de movimiento o mediante la carga de una receta con los parámetros predefinidos, el movimiento del motor lineal puede ser diseñado como sea necesario y óptimamente adaptado a los requerimientos individuales de la aplicación.

Esto significa que los diferentes tipos de cierre, incluidos los enroscados y presionados, pueden ser procesados en la misma máquina. Incluso fuerzas de presión diferentes o pasos de rosca, tal y como hay en contenedores con o sin tapones de seguridad, se pueden manejar por un accionamiento lineal sin ninguna reconfiguración mecánica.

Además, un motor roto-lineal como el PR01, con sus dos ejes controlados de forma independiente, puede iniciar el movimiento giratorio durante la carrera lineal, disociado de la posición de la mesa giratoria. Así, el fabricante de la máquina tiene más libertad en el diseño de ésta permitiendo que el tiempo del ciclo sea más corto.

El desacoplamiento mecánico del proceso de cierre del carrusel o mesa giratoria fue utilizado por los ingenieros de Tölke para promover la modularización de la máquina. Si una estación de la cerradora no está operativa, ésta puede ser reemplazada en poco tiempo, por lo que la máquina puede volver a ser plenamente funcional mucho más rápido después de un incidente. Además, debido a que están desacoplados, el proceso de cierre puede ser completado en todos los contenedores en la línea anterior de una parada prevista de la máquina.

Con el fin de reducir aún más el tiempo de inactividad y supervisar el proceso de taponado, la información producida por la unidad lineal de rotación para cada proceso de atornillado (par, velocidad, ángulo, posición vertical y fuerza) puede ser trazada y analizada en tiempo real.

“Podemos utilizar los datos proporcionados por la unidad para determinar el número de revoluciones realizadas actualmente, de modo que no es necesario un análisis por separado de la altura del recipiente cerrado con el fin de supervisar el proceso de atornillado”, añade Franz-Josef Patzelf, citando un ejemplo práctico. Los datos de la unidad de apriete de tapones también pueden aplicarse de manera útil con fines de monitorización. Se puede generar un mensaje de error si se excede del valor prescrito para la fuerza de apriete, debido por ejemplo a una interferencia por defectos de inyección.

Por todas estas ventajas, Tölke ya había desarrollado una solución antes de integrar el motor lineal-rotativo PR01, en el que el movimiento lineal se generaba por un servomotor en conjunción con un husillo a bolas. El husillo a bolas, sin embargo, debía ser protegido del polvo, lo que requiere un esfuerzo adicional de diseño que no es necesario en el caso del motor roto-lineal totalmente integrado. “La unidad roto-lineal de LinMot es mucho más simple de usar, como una única unidad integrada, y ocupa menos espacio”, dice Markus Kröger. “El PR01 es, por lo tanto, la solución ideal para líneas como nuestras máquinas de cierre de alto rendimiento, donde el proceso de roscado debe ser lo más flexible y eficiente como sea posible”.

LinMot y Larraioz Elektronika

Larraioz Elektronika es servicio técnico y comercial de las soluciones LinMot en España. Con una amplia experiencia de cerca de 30 años en el campo de motion aplicado a packaging para el sector de la alimentación y bebida, Larraioz Elektronika ayuda al fabricante de maquinaria y líneas en el diseño de la solución de movimiento con relación prestaciones - precio óptima para cada caso.