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Sunday, 24 Settembre 2017

Parola d’ordine: meccatronica!

L’avvolgitore coreless a doppia forchetta progettato e realizzato da TMP Engineering. / The double-fork coreless rewinder designed and manufactured by TMP Engineering. L’avvolgitore coreless a doppia forchetta progettato e realizzato da TMP Engineering. / The double-fork coreless rewinder designed and manufactured by TMP Engineering.

Bobinare la carta in log senza anima a metraggio predeterminato in successione continua, senza interruzioni e con tempo di cambio rotolo brevissimo, era l’esigenza del cliente. Contando sulle competenze interne in ambito meccatronico e a partire da questa necessità, TMP Engineering ha progettato e realizzato una macchina per l’avvolgitura della carta in grado di ridurre i tempi morti legati alle fasi di carico supporto, etichettatura e scarico log.

di Giorgia Stella

Maggio-Giugno 2016

“Alla TMP Engineering le soluzioni per automatizzare i processi di assemblaggio e collaudo rappresentano sicuramente il core business aziendale”, racconta l’ing. Michele Merola, Technical Manager dell’azienda con sede a Cassino (FR). “Non ci dimentichiamo, però, di essere una realtà che opera nel comparto della meccatronica. Per questo motivo accettiamo le sfide che il mercato può offrire anche in relazione ad altri settori, cercando di trovare delle nicchie. Proprio con questo obiettivo abbiamo sviluppato un’applicazione nel settore della cartotecnica o, più in generale, della trasformazione della carta”. L’ing. Merola spiega l’origine del progetto che ha coinvolto TMP Engineering. “La macchina nasce dall’esigenza del cliente di bobinare la carta in log senza anima a metraggio predeterminato in successione continua, senza interruzioni e con tempo di cambio rotolo brevissimo. L’applicazione doveva essere in grado di eseguire l’avvolgitura di log di carta senza anima con larghezza variabile tra i 400 mm e i 1.300 mm e diametro tra i 100 mm e 450 mm. Inoltre, la carta si presentava ondulata, nella tipologia semplice, e ondulata/liscia, nella tipologia accoppiata. Dopo un’attenta analisi del processo produttivo del nostro cliente, abbiamo avuto subito chiaro l’obiettivo: progettare una nuova macchina in grado di ridurre o eliminare i tempi morti legati alle fasi di carico supporto, etichettatura e scarico log. Il vantaggio di questo sistema è che al completamento di ciascuna bobina, le operazioni seguenti di etichettatura e scarico sono mascherate completamente nel tempo di ciclo della macchina, in quanto svolte contemporaneamente all’avvolgitura dell’altro asse, il quale inizia la sua rotazione immediatamente dopo l’operazione di taglio”.

Una nuova macchina speciale: ribobinatore doppia forchetta
L’ing. Attilio Fera, Mechanical Engineer in TMP, ci descrive dal punto di vista tecnico il funzionamento della macchina. “Lo studio del prodotto e dell’esigenza produttiva specifica ci ha portati a sviluppare un sistema di avvolgitura con un doppio mandrino a forchetta sfilabile. L’albero di avvolgitura è costituito da una coppia di forchette su cui la carta è avvolta. È stato lavorato con un taglio per ottenere una scanalatura centrale per tutta la lunghezza utile delle forchette: questo permette di avvolgere la carta su una forchetta e di infilare l’altra coppia di forchette durante il ciclo di lavorazione senza necessità di fermare l’avvolgitura della carta”. “Nella condizione iniziale la forchetta A è ferma con la carta infilata nella scanalatura in configurazione “forchette chiuse”. La forchetta inizia a ruotare su se stessa avvolgendo la carta e inizia il movimento di rotazione dell’intera torretta”, aggiunge l’ing. Fera. “Una volta che la forchetta A in avvolgitura ha raggiunto la posizione di uscita log la torretta si arresta. Contemporaneamente, la forchetta B si è spostata dalla posizione di scarico log alla posizione di inizio avvolgitura in configurazione “forchette aperte”. A questo punto le forchette infilano la carta e sono pronte a iniziare un nuovo rotolo appena tagliato il precedente. Il ciclo di lavoro sull’albero A è completato dal taglio automatico della carta e dall’etichettatura automatica del log, quindi l’albero A si apre e scarica il log. Questa fase avviene mentre il rotolo sull’albero B ha già iniziato il processo di avvolgitura. Dopo lo scarico è previsto che il rotolo sia depositato su un nastro trasportatore che lo sposta nella zona di pallettizzazione in scatole o su pedane” continua l’ing. Fera. Portare avanti il progetto ha significato anche superare le inevitabili difficoltà produttive. “La parte più difficile è stata quella legata allo studio del sistema di trasferimento del moto alle forchette, che deve essere garantito anche durante la rotazione della torretta. La macchina è in grado di avvolgere le forchette facendo ruotare in continuo la torretta. Tale soluzione è stata resa possibile da un sistema di trasmissione a cinghia caratterizzato da un doppio albero di sincronizzazione e da un sistema a semiluna mobile che consente di mantenere innestata la trasmissione anche durante la rotazione in continuo della torretta”.

Nel cuore del sistema di avvolgitura della carta
“Il cuore della macchina è composto da due alberi indipendenti che alternano reciprocamente la funzione di avvolgitura del prodotto e sono posizionati tra loro a 180 gradi sul diametro di una torretta che ha il compito di far ruotare tutto il gruppo e permettere lo scarico del prodotto sempre nella stessa posizione, indipendentemente dall’asse in funzione”, racconta l’ing. Mauro Costantino, Automation Engineer in TMP. “L’operazione di avvolgitura è effettuata mediante un controllo sulla velocità periferica del log che è mantenuta costante durante il processo. Il rilevamento della velocità del prodotto avviene attraverso un encoder di linea posizionato in corrispondenza dell’ingresso del prodotto stesso. La rotazione degli assi è effettuata e controllata da due azionamenti brushless indipendenti di ultima generazione con relativo drive, che garantiscono prestazioni e rendimenti elevati. La stessa torretta di rotazione è controllata con un azionamento brushless”. Il sistema è collegato con rete profinet, che offre tempi rapidi di risposta e alta efficienza. “In questo modo”, prosegue l’ing. Costantino, “controlliamo in real time e con ottima precisione tutte le dinamiche dei movimenti, sia durante l’operazione di avvolgitura sia durante i movimenti composti che seguono la movimentazione contemporanea tra la rotazione torretta e l’avvolgitura stessa. L’avanzare della tecnologia non ci coglie impreparati: il nostro gruppo di lavoro adotta soluzioni sempre in linea con le innovazioni tecnologiche”.

APPLICATIONS

Keyword: Mechatronics!

Winding paper with predetermined length in continuous succession in jog mode, without core and in a very short roll change time, was the customer’s requirement. Relying on the strong internal skills in mechatronics, and starting from such a need, TMP Engineering designed and manufactured a paper winding machine capable to reduce downtime related to support load stages, as well as labeling and jog mode unloading.

“At TMP Engineering, the solutions to automate assembly and testing processes are certainly the company core business” says Eng. Michele Merola, Technical Manager at the company headquartered in Cassino (FR). “However, we have to be considered as a company that operates in mechatronics. This is the reason why we accept the challenges that come from the market also in relation to others sectors, trying to find niches. By this concept we developed an application in the paper converting industry or, more generally, the field related to paper transformation”. Eng. Merola tells us where such a project comes from. “The machine comes from the customer’s need to wind paper with predetermined length in continuous succession, in jog mode, without core and in a very short roll change time. The application had to be able to perform the jog mode of paper winding without core with variable width between 400 and 1.300 mm and a diameter ranged between 100 and 450 mm. Furthermore, the paper was characterized by undulation, in simple type, and undulating/smooth, in coupled. After a careful analysis of our customer’s production process, the objective became clear immediately. It dealt with designing a new machine capable of reducing or eliminating downtime related to support load stages, as well as labeling and jog mode unloading. The advantage of this system is that, when each log is completed, the following steps of labeling and unloading are completely masked in the machine cycle time, because carried out simultaneously to the winding of the other axle, which starts its rotation immediately after the cutting operation”.

A new special machine: double-fork rewinder
Eng. Attilio Fera, Mechanical Engineer at TMP, describes the machine operation from a technical point of view. “The study of the product and the specific production requirement has led us to develop a winding system with a double-chuck extractable fork. The winding shaft is made of a pair of forks on which the paper is wrapped. The shaft has been processed with a cut to obtain a central groove for the entire useful length of the forks: this allows the winding of the paper on a fork and threads the other pair of forks during the processing cycle without the need to stop the winding of the paper”. “In the early condition, the ‘A’ fork is stationary with the card inserted in the slot configuration in “closed forks”. The fork begins to rotate on itself by wrapping the paper and begins the rotation of the entire turret”, adds Eng. Fera. “Once the ‘A’ fork in winding has reached the output position of the jog mode, the turret stops. Simultaneously, the ‘B’ fork has moved from the discharge position jog mode to the start position “open forks” winding configuration. Now the forks shove the paper and are ready to start a new roll as soon as the previous is cut. The work cycle on the ‘A’ shaft is completed by the automatic paper cutting and the automatic labelling of the jog mode, then the ‘A’ shaft opens and unloads the jog mode. This phase happens while the roll on the ‘B’ shaft has already started the winding process. After the unloading stage, the roll is supposed to be dropped off on a conveyor belt that moves in the palletizing area in boxes or on platforms”, continues Eng. Fera. Dealing with the project also meant to be able to face any production issue. “The hardest part of the project was the one linked to the study of the motion transfer system to the forks. This has to be guaranteed even during the turret rotation. The machine is capable to wrap the forks by continuously rotating the turret. This solution was made possible by a belt drive system characterized by a dual synchronizing shaft and by a movable crescent system that allows users to keep the transmission engaged even during the continuous rotation of the turret”.

At the heart of the paper winding system
“The heart of the machine is made of two independent shafts that alternate in turn the product winding function. They are placed between them at 180 degrees on the diameter of a turret, whose task is to rotate the whole group and allow the product discharge always in the same position, regardless of the axis in operation” says Eng. Mauro Costantino, Automation Engineer at TMP. “The winding operation is carried out through controls on the peripheral speed of the jog mode that is constantly serviced during the process. The product speed is detected through a line encoder placed at the entrance of the product. The rotation of the axes is carried out and controlled by two independent cutting-edge brushless drives with a corresponding drive, which ensure high yields and high performance. The same turret of rotation is controlled by a brushless drive”. The whole system is connected via a profinet network that provides a rapid response and high efficiency. Eng. Costantino continues: “This is how we manage in real time and with great precision all the dynamic movements during both the operation and the winding compound movements that follow the contemporary movement between the turret rotation and the winding itself. Technological progress does not catch us unprepared, as the solutions adopted by our work team are always in line with technological innovations”.

 

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