Ważenie technologią utraty masy, pakowanie metodą FFS z rękawa i zagęszczaniem produktu oraz paletyzacja za pomocą robota. Techniki pakowania i paletyzacji produktów pylistych

Tani, estetyczny worek o idealnym kształcie, stabilna paleta i pełna automatyzacja procesu w przypadku pakowania produktów pylistych wymagających zagęszczenia – czy to możliwe?

Zagadnienie

Pakowanie produktów pylistych o drobnych cząstkach wymaga dużego doświadczenia oraz zastosowania specjalistycznych technik. Opisany projekt prowadzony był przy aktywnej współpracy z finalnym inwestorem, firmą FOSFA z Czech, producentem fosforanów przeznaczonych do produkcji żywności. Inżynierowie firmy TMI S.L. z Hiszpanii, producenta dostarczanych maszyn pakujących i paletyzujących, musieli ze względu na stopień komplikacji projektu skoncentrować się na kliku kluczowych czynnikach mających niebagatelny wpływ na dobór odpowiednich technik pakowania i paletyzacji.

Wzięto pod uwagę:

• szeroki asortyment wytwarzanych przez inwestora produktów (10 odmiennych produktów) różniących się zarówno strukturą (cząstki od 0,1 mm do 1 mm), jak i gęstością (niektóre produkty wymagające zagęszczania);
• pylistość produktów i eliminację pylenia podczas pakowania;
• niemożliwość mieszania produktów przy zmianie produkcji i konieczność dokładnego i szybkiego wyczyszczenia maszyny;
• dokładność i precyzję ważenia;
• niezawodność zamknięcia wypełnionego worka (zgrzew górny i dolny);
• wymaganą wydajność 200 worków/h.

Przed inwestycją, FOSFA używała worków otwartych z tkanego polipropylenu (WPP), które były zaszywane, a następnie ręcznie paletyzowane. Wiązało się to z większym zatrudnieniem, małą wydajnością, niezadowalającą dokładnością oraz nieoptymalnym wypełnieniem worka, co przekładało się na wygląd załadowanej palety oraz jej stabilność.

Wyzwanie

Wymagania dla nowej inwestycji miały na celu poprawę w takich obszarach, jak:

• poziom automatyzacji i ograniczenie roli operatora do funkcji nadzorcy;
• eliminacja pylenia przy pakowaniu;
• poprawa wyglądu wypełnionego worka;
• poprawa wyglądu załadowanej palety i jej stabilności przy dalszych czynnościach logistycznych;
• obniżenie kosztów całego procesu pakowania i paletyzacji;
• zredukowanie obszaru zajętego przez urządzenia.

Producent po przeprowadzeniu analizy uwzględniającej powyższe wymogi dokonał wyboru najbardziej optymalnych urządzeń i technik w zakresie: systemu ważącego i przygotowania worka, stacji pakowania FFS, robota paletyzującego, a także dodatkowych urządzeń i sprzętu peryferyjnego.

System ważący

Dozowanie i ważenie produktu w technologii utraty masy

Tradycyjny system ważący używany w przemysłowych aplikacjach pakowania w większości bazuje na technologii dodawania wagi, co oznacza, że sygnał z ogniw ważących jest przesyłany do sterownika wagowego aż do końca procesu.

Przebieg procesu może być realizowany na dwa sposoby – w wersji brutto lub netto. System ważenia netto został odrzucony przez TMI, gdyż podczas odważania bardzo drobnych i pylistych produktów istnieje możliwość powstania niedoważeń – przy rozładunku do worka zostaje wsypana mniejsza masa, a ubytek może pozostać w koszu wagowym.

Dodatkowym problemem jest przesypywanie produktu z kosza do worka i wypływ uciekającego powietrza z worka – może ono zabierać ze sobą produkt, który ostatecznie nie trafi do worka i w ten sposób nie uzyska się precyzyjnej wagi. Z drugiej strony pakowanie w systemie brutto zapobiega powstawaniu pyłu, jednak przy pracy z drobnymi produktami wydajność jest bardzo niska, ponieważ zagęszczanie produktu w worku przez odsysanie lub wibracje nie może być wykonywane podczas napełniania.

Zagęszczanie produktu w worku musi zostać wykonane po zakończeniu procesu dozowania, przez co kompletny cykl dozowania i przygotowania worka jest zbyt długi, a cały proces mało wydajny.

Jedynym sposobem, aby zwiększyć wydajność i zachować precyzję ważenia, jest zastosowanie ważenia technologią utraty masy. Praca w tym systemie jest oparta na ważeniu nie worka, lecz zbiornika z produktem. Podstawowe elementy w tym systemie to wymieniony wcześniej zbiornik i dozujący przenośnik ślimakowy. Tym sposobem odsysanie powietrza i zagęszczanie przez wibracje może być wykonywane w czasie, gdy worek jest napełniany. Umożliwia to uzyskanie cennego czasu w cyklu i osiągnięcie wymaganej wydajności. Dodatkowo nieregularny przepływ produktu lub nieregularne opróżnianie produktu z silosu nigdy nie będzie wpływać na dokładność ważenia, ponieważ w systemie utraty masy kolumna produktu powstająca pomiędzy elementem dozującym i workiem nie wpływa na dokładność i jakość ważenia. Natomiast przy ważeniu netto i brutto kolumna ta musi być bardzo mocno kontrolowana.

Elektroniczny system wagowy sterujący działaniem wagi jest dostarczony w zgodzie z obowiązującymi obecnie regulacjami metrologicznymi MID/EC TEC oraz może być legalizowany.

System przygotowania worka

Szczególnie ważne ze względu na cechy charakterystyczne produktu. Aby zapewnić poprawne ułożenie produktu w worku, wykorzystano dwa urządzenia:

• sonda odsysająca powietrze: używana do produktów o niskiej gęstości, jest opuszczana na dół w chwili, gdy worek jest napełniany. Wyciąga ona powietrze z produktu, dzięki czemu jest on zagęszczony, lepiej się układa i można skutecznie zgrzać worek;
• wibrator/ubijacz: przenośnik, na którym opiera się worek podczas napełniania jest wyposażony w wibrator, który dodatkowo ubija produkt w worku.

Stacja pakowania FFS

Stacja pakowania FFS model ILERBAG H z systemem dozowania i ważenia opartym na technologii utraty masy

Inwestor postawił wymóg, aby worek miał kształt zapewniający łatwą, stabilną paletyzację, był tani i jednocześnie estetyczny.

Wszystkie te cechy ma worek zbliżony w kształcie do prostopadłościanu, wykonany z rękawa folii PE.

Dlatego TMI, producent maszyn, wybrał do tego projektu pakowaczkę model ILEBAG H, w której worki wytwarzane są z rękawa foliowego. Rękaw ten nawinięty na rulon (bobinę) jest kolejno formowany do kształtu worka, napełniany produktem i zamykany (zgrzewany).

Takie pakowanie produktu nazywane jest technologią FFS (z ang. Form Fill Seal, czyli uformowanie, napełnienie i zgrzanie). Inwestor docenia możliwości i zalety swojej nowej pakowaczki, która zapewnia maksymalny poziom automatyzacji i niezawodności procesu pakowania dzięki możliwości kontroli w czasie pracy wszystkich cyklów maszyny. Optymalny ostateczny wygląd napełnionego worka został zapewniony również dzięki systemowi zgrzewania narożników, który daje rezultat perfekcyjnie wypełnionego worka o kształcie prostopadłościanu.

Zaletą systemu FFS jest oszczędność w kosztach opakowania – materiał na worki przychodzi w rulonach i ostateczne opakowanie, jakim jest worek, wytwarzane jest przez maszynę. Koszt folii PE nawiniętej na rulon jest zdecydowanie niższy niż koszt opakowania jednostkowego.

Dodatkowo kompaktowa konstrukcja pakowaczki ma minimalną przestrzeń zabudowy.

Robot paletyzujący

Do tego zadania wybrano 4-osiowe ramię robota przemysłowego wyposażonego
w chwytak do przenoszenia worków, przekładek kartonowych i palet bez jakiejkolwiek
ingerencji operatorów. Robot pobiera puste palety z magazynu i przenosi je na przenośnik rolkowy, następnie na paletę układa przekładkę kartonową.

Kolejno robot układa worki na palecie. W przypadku gdy wzór paletyzacji to cztery worki na warstwę i każda warstwa jest identyczna, co oznacza brak powiązań miedzy układanymi workami i większą niestabilność, robot układa przekładkę kartonową, która rozdziela warstwy i poprawia stabilności palety. Konstrukcja chwytaka zapobiega zniekształcaniu worka i zapewnia bardzo precyzyjne opuszczanie go na paletę. W tym projekcie istnieje możliwość układania palet do wysokości 2,16 m.

Stacja paletyzacji na chwilę przed uruchomieniem instalacji	Jedna z pierwszych ułożonych palet. Przekładka pomiędzy warstwami poprawia stabilność ładunku

Dodatkowe urządzenia i sprzęt peryferyjny

Instalacja została wyposażona również w stację napełniania worków big-bag, automatyczną owijarkę model Ilergir, podajnik nakładki foliowej na górę załadowanej palety, system przenośników worków, detektor metali, system formowania zapakowanego worka oraz znakowania.

Odpowiadając zatem na pytanie postawione na początku artykułu – wyprodukowana i dostarczona przez firmę TMI instalacja w zakładzie FOSFA w Czechach daje najlepszy przykład, że przy zastosowaniu odpowiednich maszyn i technologii możliwe jest uzyskanie taniego, estetycznego opakowania, stabilnej palety, pełnej automatyzacji procesu w przypadku pakowania nawet trudnych produktów pylistych wymagających zagęszczenia.

Alima-Pack Systemy Pakowania Sp. z o.o.
Wyłączny partner TMI w Polsce