克朗斯公司(Krones AG)憑借最新開發(fā)的PET吹瓶機(jī)震撼了整個(gè)灌裝設(shè)備市場。第三代Contiform系列拉伸式吹塑機(jī)不僅可以提高生產(chǎn)率，增加拉伸成型過程中的精度和靈活性，而且還能大幅降低功耗。該灌裝設(shè)備專家利用電動(dòng)直驅(qū)和基于貝加萊技術(shù)的集成驅(qū)動(dòng)解決方案取代氣動(dòng)和皮帶傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了這一開發(fā)上的飛躍。按照項(xiàng)目預(yù)期，克朗斯將為全新的Contiform機(jī)器實(shí)施流水線生產(chǎn)-這在公司歷史上實(shí)屬首次。
全新的Contiform 336旋轉(zhuǎn)拉伸吹塑機(jī)最多可帶36個(gè)吹塑腔站，并以此實(shí)現(xiàn)每小時(shí)排出81000個(gè)PET容器。瓶胚在紅外線加熱爐中被加熱到100至120°C，然后在進(jìn)胚星輪引導(dǎo)下進(jìn)入鋁制吹塑模具。一旦模具閉合，拉伸桿插入瓶胚頸部作軸向拉伸，同時(shí)施加40巴的吹塑壓力，使瓶胚緊貼于模具內(nèi)壁上成型，最后瓶子由輸出機(jī)構(gòu)取走。
克朗斯?jié)M足不斷增加的機(jī)器性能要求，創(chuàng)造了一項(xiàng)新紀(jì)錄：Contiform 336的每個(gè)吹塑站每小時(shí)可以排出2250個(gè)瓶子。
每年約3000億個(gè)瓶子是通過吹塑成型的方法生產(chǎn)的，而且這一數(shù)量正在快速增長，灌裝廠對他們機(jī)器設(shè)備的性能要求也越來越高。另外，隨著環(huán)保意識和能源價(jià)格的穩(wěn)步提升，所有性能的改善都不能以犧牲可持續(xù)性為代價(jià)。
每個(gè)吹塑站排出2250瓶/小時(shí)
Contiform系列拉伸吹塑機(jī)于1997年首次推出，在最近一次機(jī)器改造中所面臨的主要挑戰(zhàn)是，如何平衡最大產(chǎn)出和最小功耗之間的關(guān)系。克朗斯以專業(yè)化的精神應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，提高了新一代機(jī)器的標(biāo)準(zhǔn)，將每個(gè)吹塑站的排出量從原來的2000瓶/小時(shí)提高到創(chuàng)紀(jì)錄的2250瓶/小時(shí)。
為了實(shí)現(xiàn)這一開發(fā)上的飛躍，由克朗斯公司塑料技術(shù)部主管Dieter Finger領(lǐng)導(dǎo)的工程團(tuán)隊(duì)不得不對機(jī)器做出一些重大的創(chuàng)新。“到目前為止，皮帶傳動(dòng)足以驅(qū)動(dòng)各種輪式機(jī)構(gòu)，”他說道?！暗珜τ谛滦虲ontiform而言，該方案中固有的皮帶漲緊問題會(huì)影響我們實(shí)現(xiàn)從吹塑機(jī)構(gòu)到傳送機(jī)構(gòu)平穩(wěn)過渡所需的精度，因此我們正在處理這里的速度變化?！?/FONT>
工程師利用直驅(qū)技術(shù)取代皮帶傳動(dòng)解決了這一問題，在第三代Contiform機(jī)器中使用的扭矩電機(jī)可以提供最大2300Nm扭矩?！斑@些扭矩電機(jī)不僅比皮帶傳動(dòng)更加精確，”Finger解釋道，“而且如果發(fā)生掉電或急停的情況，那么它們先進(jìn)的電源管理系統(tǒng)允許它們共享電源，這意味著它們可以快速地使機(jī)器實(shí)現(xiàn)同步停車?！?/FONT>
這些電機(jī)是由基于貝加萊技術(shù)的克朗斯SDC(伺服驅(qū)動(dòng)控制)解決方案實(shí)現(xiàn)控制，該技術(shù)在公司多個(gè)部門中已使用了超過五年。SDC解決方案允許無限多個(gè)軸在各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中通過POWERLINK總線進(jìn)行耦合。方案采用貝加萊ACOPOSmulti系列驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和X20 CPU作為控制器。
克朗斯將ACOPOSmulti65模塊直接安裝在機(jī)器上可以提前將拉伸站生產(chǎn)出來，對它進(jìn)行測試并設(shè)置參數(shù)。
電動(dòng)直驅(qū)取代氣動(dòng)技術(shù)
新一代Contiform可見的性能提升不僅僅是因?yàn)槭褂昧伺ぞ仉姍C(jī)，克朗斯的工程師只有將該創(chuàng)新結(jié)合將拉伸系統(tǒng)由氣動(dòng)控制轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶趴刂撇拍軐?shí)現(xiàn)機(jī)器強(qiáng)大的排出量。現(xiàn)在，管式直線電機(jī)取代了氣動(dòng)傳動(dòng)，用來控制吹塑站中的拉伸桿運(yùn)動(dòng)。
“與傳統(tǒng)的平板式或U型槽式直線電機(jī)不同，在這種設(shè)計(jì)中有一個(gè)永磁塊，它可以在定子繞組內(nèi)移動(dòng)，帶有驅(qū)動(dòng)線圈和霍爾傳感器，”克朗斯的電氣專家解釋道?！肮苁街本€電機(jī)消除了皮帶以及與標(biāo)準(zhǔn)拉伸桿驅(qū)動(dòng)解決方案相關(guān)的運(yùn)動(dòng)。由于可以利用更小的軸承將力直接傳遞到拉伸桿上，因此現(xiàn)在的電機(jī)無需使用潤滑油脂，而且免維護(hù)?！?/FONT>
這種定制化電機(jī)是由NTI(LinMot)公司根據(jù)克朗斯的規(guī)范開發(fā)的?！斑@些規(guī)范包括電機(jī)提供最大2kN的力，并實(shí)現(xiàn)最大速度2m/s，”Finger補(bǔ)充說?！拔覀冞€要求定位精度達(dá)到0.2mm，并且可以將電機(jī)無縫集成到我們驅(qū)動(dòng)方案的其它部分中去。”
貝加萊可以通過修改標(biāo)準(zhǔn)ACOPOS固件以顯示其靈活性和可靠性。因此，我們現(xiàn)在擁有符合公司標(biāo)準(zhǔn)的管式直線電機(jī)，它們可以以較小的功耗實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。
帶霍爾編碼器的管式直線電機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)ACOPOS驅(qū)動(dòng)器協(xié)同工作
為了滿足這些規(guī)范，電機(jī)被設(shè)計(jì)成與直流母線電壓為800V的貝加萊標(biāo)準(zhǔn)三相ACOPOS驅(qū)動(dòng)器一起工作。貝加萊ACOPOS驅(qū)動(dòng)器還可以評估霍爾傳感器信號并對其進(jìn)行線性化處理。“在這里所涉及的編程并不輕松，”Finger解釋道。“然而，貝加萊可以通過修改標(biāo)準(zhǔn)ACOPOS固件以顯示其靈活性和可靠性。因此，我們現(xiàn)在擁有符合公司標(biāo)準(zhǔn)的管式直線電機(jī)，它們可以以較小的功耗實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)?！?/FONT>
克朗斯選擇了貝加萊帶IP65防護(hù)等級的ACOPOSmulti65逆變器控制直線電機(jī)，采用貝加萊X20 CPU控制吹塑模塊。為了提供閥島控制并監(jiān)控吹塑壓力，IP67 I/O模塊被連接到控制器的第二個(gè)POWERLINK接口上。Finger對于這些變化帶給機(jī)械制造商的優(yōu)勢非常清楚?！爸苯訉⒃撃孀兤靼惭b在每個(gè)拉伸站上能夠讓我們提前將整個(gè)拉伸站生產(chǎn)出來，對它們進(jìn)行測試并設(shè)置參數(shù)。每個(gè)拉伸站也僅需要一條供給線。這不僅滿足我們模塊化的生產(chǎn)工藝，而且完全支持我們在這些機(jī)器上首次采用的裝配線生產(chǎn)策略?！?/FONT>
電動(dòng)拉伸：產(chǎn)出更多，換型更快，處理更靈活
機(jī)器操作者同樣可以從電動(dòng)拉伸中受益，它不僅可以使產(chǎn)出大幅提升，而且還能為操作者提供更多調(diào)整拉伸工藝的自由度。Finger闡述了其在實(shí)際情況中的意義：“首先，瓶子的類型可以通過按鈕選擇，省卻了費(fèi)時(shí)的人工切換。操作員還可以用按鈕來修改拉伸驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)曲線。因此，在將小瓶換成大瓶的時(shí)候，不再需要切出曲線。”
不僅如此，操作員甚至還可以自由地設(shè)置曲線，將拉伸工藝劃分成帶不同速度的各個(gè)階段。他們可以選擇從更加便宜的瓶胚材料中生產(chǎn)出具有相同質(zhì)量的瓶子，或者創(chuàng)造出在相同質(zhì)量下不可能實(shí)現(xiàn)的造型更加復(fù)雜的瓶子。
貝加萊ACOPOS：直流母線供電最大距離70米
對于操作員而言至少同等重要的是，新一代機(jī)器的功耗顯著降低，這部分歸功于舍棄了拉伸站中的氣動(dòng)傳動(dòng)。來自貝加萊解決方案的另一大貢獻(xiàn)是，它可以將直流母線供電的最大距離延長至70米?？死仕估眠@一優(yōu)勢將機(jī)器拉伸模塊的直流母線供電與驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行耦合。如果發(fā)生掉電的情況，那么電源可以從吹塑機(jī)構(gòu)中饋出以使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可控的停車，并且移動(dòng)拉伸桿至安全位置?！叭绻覀兊恼麄€(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不是來自于同一家供應(yīng)商，那么我們將不得不采用各種直流母線電壓，需要使用DC/DC轉(zhuǎn)換器，這在過去給我們帶來了很多麻煩，”Finger回憶道。
該機(jī)器通過貝加萊定制化面板實(shí)現(xiàn)操作
即使在正常工作的情況下，電源也可以反饋直流母線。拉伸桿制動(dòng)所產(chǎn)生的能量(瓶子中的壓縮空氣將它們推回起始位置的最大力為650N)可以被其它拉伸站利用，這樣每個(gè)站使用的平均功率僅需250W。
克朗斯為了進(jìn)一步優(yōu)化功耗而采取的其它措施包括新開發(fā)的中間吹塑階段，完善的內(nèi)部壓縮空氣回收系統(tǒng)以及進(jìn)一步削減死腔通氣量?？傮w而言，機(jī)器所需要的壓縮空氣量減少了三分之一。
克朗斯新型吹瓶機(jī)的優(yōu)勢非常明顯，它給客戶帶來了不小的驚喜。新一代Contiform機(jī)器在其正式發(fā)售前就已經(jīng)滿足了客戶嚴(yán)格的要求，在2011年克朗斯客戶日上取得了巨大的反響。
（轉(zhuǎn)載）
