Automatic adjustable cartoner

(1)

Automatic adjustable cartoner

Afstudeerstage voorjaar 2011

Student 1: Jeroen Lamers Studentennummer: 2016774

Student 2: Maik Vloet Studentennummer: 2016773

Afstudeerbedrijf: Langenpac B.V.

School: AVANS Hogeschool ’s Hertogenbosch Academie: Industrie & Informatica

Opleiding: Industriële automatisering Bedrijfsbegeleider: Theo Hendriks

Stagebegeleider: Ir. Eric P.F. Kivits

Datum: 8 juni 2011

(2)

Document: Automatic adjustable cartoner v1.0.doc Auteur: Jeroen & Maik

Versie: v1.0 Datum: 8 juni 2011 Pagina: 2 van 61

Voorwoord

Het voor u liggende verslag vormt het resultaat van het afstudeerproject ter afsluiting van onze studie industriële automatisering te Avans Hogeschool ’s Hertogenbosch. Dit afstudeerproject is uitgevoerd gedurende onze afstudeerstage bij Langenpac B.V. te Wijchen. Het project omvangt een onderzoek naar het automatiseren van de stelmogelijkheden op de kartonneer machines welke Langenpac B.V. produceert.

Gedurende dit onderzoek hebben wij onze kennis van onze opleiding veelvuldig kunnen toepassen. Denk hierbij bijvoorbeeld aan de colleges die tijdens de opleiding zijn gegeven. De volgende colleges waren hierbij handig, systematisch en gestructureerd werken, dynamica in mechanismes,

PLC/servotechniek, het vastleggen van gegevens in een verslagstructuur en het uitvoeren van een onderzoek.

Buiten de kennis die op school is vervaardigd hebben we, tijdens de afstudeer periode veel informatie verkregen over de aspecten welke komen kijken bij het ontwikkelen van kartonneer machines. Wat ons hierbij op viel is het belang van goede samenwerking tussen de verschillende afdelingen vooral de afdelingen mechanical- en electrical engineering. Bij het ontwikkelen van een machine zoals een kartonneer vloeien deze verschillende takken van sport vaak samen om een optimaal resultaat te creëren. Goede communicatie tussen beide partijen is hiervoor dus noodzakelijk om misverstanden te verkomen.

Verder staat Langenpac B.V. open voor nieuwe ontwikkelingen. Zo is er veel contact met leveranciers geweest en kregen we de kans om nieuwe ontwikkelingen eigen te maken. Door deze vrijheid zijn we probleemoplossend bezig geweest en hebben we goede relaties opgebouwd met nieuwe en

bestaande leveranciers.

In dit voorwoord willen wij ook de mensen die hebben meegewerkt aan ons onderzoek bedanken. Dit is allereerst onze bedrijfsbegeleider Theo Hendriks, senior electrical engineer Langenpac B.V. Theo heeft geduurde de gehele afstudeerperiode ons begeleid. Wekelijks hebben wij een bijeenkomst gehad waarbij onze voorgang is door genomen. Daarbij is er tijdens elk gesprek feedback geweest en heeft hij waarnodig ons de juiste richting opgestuurd.

Daarnaast willen wij ook Berto Mathijssen, afdelingshoofd engineering, bedanken voor het beantwoorden van al onze vragen met betrekking tot de werktuigbouwkundige aspecten van het onderzoek. Zo konden wij bij hem terecht en zijn we altijd op weg geholpen.

Naast Theo en Berto worden ook de overige collega’s op de afdeling engineering bedankt.

Samengevat zijn wij zeer tevreden over onze begeleiding bij Langenpac B.V. er was altijd iemand die tijd had om een helpende hand te bieden als er obstakels waren.

Ook gaat er een bedankje uit naar Eric Kivits. Eric is onze stagebegeleider vanuit school. Wanneer wij vragen over berekeningen hadden heeft Eric ons daarbij uitgebreid geassisteerd. Daarnaast heeft hij altijd tijdig gereageerd op de e-mails met afspraakdatums voor bijeenkomsten op school en op het bedrijf.

Maik Vloet

(3)

Samenvatting

Ter afsluiting van de studie industriële automatisering te Avans Hogeschool ’s Hertogenbosch hebben Maik Vloet en Jeroen Lamers bij Langenpac B.V. te Wijchen een afstudeeropdracht gekregen.

Langenpac heeft als afstudeeropdracht de vraag een onderzoek uit te voeren naar de mogelijkheden om de kartonneer machines, welke ze produceren automatisch te verstellen naar een ander formaat doos en hoeveel dit zal gaan kosten. Hierbij wordt in eerste instantie gekeken naar de “Vento” machine, omdat dit het meest verkochte product is. De bevindingen op deze machine kunnen daarna eventueel toegepast worden op andere machines. Langenpac wil door het automatiseren van het verstelproces van doosformaten de omsteltijd reduceren en grotere reproduceerbaarheid behalen. Daarbij is ook de wens gekomen om de machine dusdanig te construeren dat er in de toekomst aan de voorzijde meer ruimte komt en de machine toegankelijker wordt voor operators.

Als eerste is er gestart met het bestuderen van de verschillende verstelmogelijkheden. Aan de hand van deze gegevens is per verstelling bepaald of het nuttig en rendabel is om deze te automatiseren. Vervolgens is er gekeken welke geautomatiseerde oplossingen hiervoor in de plaats kunnen komen, rekeninghoudend met de vooraf vastgestelde eisen en wensen van Langenpac beschreven in het programma van eisen.

Om een kostenindicatie te krijgen zijn met deze concepten leveranciers benaderd die de oplossingen kunnen bieden. Van deze verkregen informatie is er afgewogen welke totaal oplossingen het

gunstigst zijn. Hierbij is onder andere rekening gehouden met de huidige relatie met de leverancier en de samenwerking in het verleden. Dit om zo de kosten voor het eigen maken van kennis van de componenten te reduceren. Denk hierbij aan servomotoren met hun programmeersoftware. Door alle bevinden uit te werken kan geconcludeerd worden dat voor het automatiseren van een standaard kartonneer eenmalig een herontwerp van de machine gemaakt moet worden. De

veranderingen die tijdens dit project zijn aangegeven zijn dermate ingrijpend dat hier niet onderuit is te komen. Bij de vraag om een kostenindicatie te geven zullen dan de herontwerp kosten

meegenomen moeten worden. Dit zal voor Langenpac een grote investering zijn.

In de nieuwe situatie is er voor gekozen om de kast ten behoeve van de aandrijving te laten vallen. Deze kast beperkt momenteel over de hele zijkant van de machine de toegankelijkheid. Bij het weglaten van deze kast is de machine toegankelijker en kunnen klanten hier meer voordeel mee hebben. Naast de kast van de aandrijving zal ook de hydrauliek ten behoeven van de

hoogteverstelling vervallen, welke momenteel veel montage-uren kost.

Daarnaast zijn de kosten van de huidige situatie bekeken en vergeleken met de nieuwe concepten. Hieruit blijkt dat automatiseren van de verstellingen ongeveer tienduizend euro meer gaat kosten dan nu het geval is. Hierbij zijn de totaal kosten voor twee verschillende leveranciers uiteengezet. Elke leverancier met zijn eigen configuratie met daarbij de componenten die dit kunnen

bewerkstellen. Echter bij overgaan naar deze nieuwe conceptenontwerpen zijn er meer voordelen te behalen naast de gestelde eisen voor het alleen automatiseren van de verstellingen, denk hierbij aan het weg vallen van de hydrauliek en het toenemen van de toegankelijkheid van de machine.

Uiteindelijk is ook de wens betreft de reproduceerbaarheid met betrekking tot het verstellen vervuld. Door de belangrijkste punten van deze machine te automatiseren is het aantal verstellingen door de operator uit te voeren gereduceerd. Hierdoor zullen minder fouten ontstaan wat resulteert in minder product afkeur en een afnamen van omsteltijd van de machine.

(4)

Inhoudsopgave

Voorwoord ... 2 Samenvatting ... 3 1. Inleiding ... 6 1.1. Opdrachtomschrijving ... 6 1.2. Termen en afkortingen ... 7 1.3. Referenties ... 7

1.4. Lijst met tabellen ... 8

1.5. Lijst met figuren ... 9

2. Hypothese ... 10

2.1. Automatische verstelmogelijkheden ... 10

2.2. Kosten besparen ... 10

2.3. Machine toegankelijkheid / onderhoud ... 10

3. Huidige situatie ... 11

3.1. Schematisch overzicht Vento ... 11

3.2. Aandrijving ... 12 3.3. Verstellingen / stelmogelijkheden ... 13 3.4. Kostenanalyse ... 18 3.5. Omsteltijden ... 18 4. Haalbaarheidsvoorstellen ... 19 4.1. Samenvatting ... 19

4.2. Toelichting per onderdeel ... 19

5. Concepten ... 23

5.1. Rotary feeder hoogte inclusief bovengeleiding ... 23

5.2. Productgeleiding dooslengte ... 24

5.2.1. Benodigd koppel servomotoren productgeleiding dooslengte... 26

5.3. Productgeleiding doosdiepte ... 28

5.3.1. Benodigd koppel stelmotoren productgeleiding doosdiepte ... 30

5.4. Kickers... 30

(5)

6. Component inventarisatie ... 32

6.1. Kettingtransport front lugs / back lugs... 33

6.2. Bucket baan + overgangsunit front / back ... 35

6.3. Bucket baan + overgangsunit front & back ... 37

6.4. Kickers... 39

6.5. Diepteverstelling & doosmagazijn hoogteverstelling ... 40

6.6. Rotary feeder + bovengeleiding & doosmagazijn hoogteverstelling ... 42

7. Variant “Lenze” ... 44

7.1. Concept / component keuze ... 44

7.2. Kostenindicatie ... 46

8. Variant “Rockwell” ... 48

8.1. Concept / component keuze ... 48

8.2. Kostenindicatie ... 50 9. Verstelvolgorde ... 52 9.1. Diepte / lengteverstelling ... 52 9.2. Verstelflowchart ... 52 10. Machine eisen ... 53 10.1. Performance level ... 53

10.2. Laagspanning- / EMC norm ... 54

10.3. Beschermingsgraad ... 54

10.4. Nauwkeurigheid ... 54

11. Conclusie en aanbevelingen ... 55

11.1. Conclusie ... 55

11.2. Conclusie per hypothese ... 57

11.3. Aanbevelingen ... 58

12. Literatuurlijst ... 60

(6)

1. Inleiding

1.1. Opdrachtomschrijving

Dit verslag is opgesteld na aanleiding van de afstudeeropdracht welke Langenpac B.V. heeft

opgesteld voor Jeroen Lamers en Maik Vloet. Jeroen en Maik zijn 4de jaarstudenten aan Hogeschool ’s-Hertogenbosch en volgen daar de Major Industriële automatisering op de academie van Industrie en Informatica. Deze afstudeeropdracht zal in de periode van 31 januari 2011 tot 1 juli 2011 worden voltooid.

Langenpac wil voor toekomstige machines de mogelijkheid onderzoeken om de machine automatisch te verstellen. De rede hiervoor is dat de machines van Langenpac geschikt zijn voor meerdere maten dozen en producten. Elke keer wanneer van doos en product verwisseld wordt moet de machine versteld worden. Dit gebeurt nu handmatig met genummerde hendels. Wanneer een hendel niet precies goed staat, dan past de doos en product niet goed op de lijn. Hierdoor ontstaat schade aan het product en kan schade aan machine ontstaan. Daarbij is in het verleden wel eens de vraag van klanten gekomen voor een automatisch verstelbare machine.

Doordat operators handmatig de verstellingen doen kunnen er kleine fouten ontstaan. Momenteel zijn er niet veel fouten door slecht verstellen, echter duurt het soms even voordat de machine gereed is. Daarbij komt nog dat een kortere omsteltijd beter verkoopbaar is.

Het verstellen van de machine wordt op dit moment mechanisch gedaan. Hierbij verstel je met meerdere hendels verschillende assen. Je hebt hier veel overbrengingen voor nodig waardoor het mechanische deel prijzig uitvalt en veel ruimte in neemt. Hierbij is een doel van het onderzoek om naar elektrische stelmogelijkheden te kijken en daarbij kosten en ruimte te reduceren.

Met deze automatische stelmogelijkheden wordt er dus ook gekeken naar de toegankelijkheid van de machine, dit in verband met schoonmaken van de machine en het uitvoeren van

onderhoudswerkzaamheden. Verder zou het ook makkelijker zijn als de machine modulair is op te bouwen om in te springen op klant specifieke wensen. In dit verslag wordt beschreven welke onderdelen hiervoor nodig zijn met daarbij wel of geen vermindering van kosten en ruimte op de machines.

Vanuit het bedrijf zijn Theo Hendriks, electrical engineer en Berto Mathijssen, mechanical engineer hiervoor de contactpersonen zijn.

(7)

1.2. Termen en afkortingen

Term / afkorting Omschrijving

Lugs Beugels op de kettingen van het kettingtransport waar de doos tussen geklemd zit

Kettingtransport Vier kettingen met lugs, twee voor en twee achter, waarmee de dozen door de machine worden voortbewogen

Rotary Feeder Roterend mechanisme wat doormiddel van zuignappen de dozen uit het doosmagazijn pakt en deze vervolgens in het kettingtransport plaatst Pre-break Mechanisme met zuignappen op de doos deels open te vouwen alvorens

deze in het kettingtransport wordt geplaatst

Bucket baan Bestaat uit een ketting waarop bakjes gemonteerd zijn waar de te verpakken producten mee worden aangevoerd

Overgangsunit Dit mechanisme zit tussen de bucket baan en het kettingtransport om het product in de dozen te doen geleiden

Kicker Mechanisme om de flappen van de doos om te vouwen welke niet door geleiding in de productierichting kan worden gedaan

Pusher Mechanisme om de producten van de bucket baan in de doosjes te duwen Doosmagazijn Aanvoerband met lege dozen

Doos template Een houder tussen het doosmagazijn en de rotary feeder welke verschilt per type doos

Phase shifter Tandwielkast waarbij een faseverschuiving tussen de ingaande- en uitgaande roterende beweging wordt gemaakt

PLC Programmable Logic Controller

IPC Industrial PC

Tabel 1 Termen en afkortingen

Figuur 1 Dooseigenschappen benaming

1.3. Referenties

Referentie Titel Auteur Versie

PvA Plan van aanpak Maik Vloet & Jeroen Lamers v2.0

PvE Programma van eisen Maik Vloet & Jeroen Lamers v5.0 Tabel 2 Referenties

In het verslag zal de volgende referentie gebruikt worden wanneer er naar een specifieke eis van het programma van eisen(PvE) verwezen wordt: [PvE 6.x.x]. Het PvE is als bijlage 8 toegevoegd.

(8)

1.4. Lijst met tabellen

Tabel 1 Termen en afkortingen ... 7

Tabel 2 Referenties ... 7

Tabel 3 Legenda figuur 2 ... 11

Tabel 4 Kosten rotary feeder verstellingen ... 14

Tabel 5 Kosten productgeleiding + aandrijving ... 16

Tabel 6 Kosten kickers verstellingen ... 16

Tabel 7 Kosten magazijn hoogteverstelling ... 17

Tabel 8 Kosten lijmkoppen verstellen ... 17

Tabel 9 Kosten Vento verstellingen ... 18

Tabel 10 Samenvatting hoofdstuk 4 ... 19

Tabel 11 Kettingwiel kettingtransport ... 26

Tabel 12 Benodigd koppel kettingtransport ... 26

Tabel 13 Benodigd koppel bucket baan + overgangsunit + pushers back ... 27

Tabel 14 Componenten overzicht ... 32

Tabel 15 Prijsindicatie kettingtransport front / back lugs Lenze hardware ... 33

Tabel 16 Prijsindicatie kettingtransport front / back lugs Rockwell hardware ... 34

Tabel 17 Prijsindicatie bucket baan + overgangsunit front / back Lenze hardware ... 35

Tabel 18 Prijsindicatie bucket baan + overgangsunit front / back Rockwell hardware ... 36

Tabel 19 Prijsindicatie bucket baan + overgangsunit back & front Lenze hardware ... 37

Tabel 20 Prijsindicatie bucket baan + overgangsunit front & back Rockwell hardware ... 38

Tabel 21 Prijsindicatie kickers Lenze hardware ... 39

Tabel 22 Prijsindicatie kickers Rockwell hardware ... 39

Tabel 23 Prijsindicatie SIKO stelmotor ... 40

Tabel 24 Prijsindicatie TSB stelmotor ... 41

Tabel 25 Prijsindicatie Linak actuator ... 42

Tabel 26 Prijsindicatie Elsto actuator ... 42

Tabel 27 I/O en relais t.b.v. de stelmotoren ... 43

Tabel 28 Kostenindicatie onderdelen / componenten "Lenze" variant ... 46

Tabel 29 Kostenindicatie arbeidsuren "Lenze" variant ... 47

Tabel 30 Kostenindicatie per Vento "Lenze" variant... 47

Tabel 31 Kostenindicatie onderdelen / componenten "Rockwell" variant ... 51

Tabel 32 Kostenindicatie arbeidsuren " Rockwell" variant ... 51

Tabel 33 Kostenindicatie per Vento "Rockwell" variant ... 51

(9)

1.5. Lijst met figuren

Figuur 1 Dooseigenschappen benaming ... 7

Figuur 2 Schematisch bovenaanzicht Vento ... 11

Figuur 3 Overbrengingen ... 12

Figuur 4 Aandrijfkast Vento ... 12

Figuur 5 Verstellingen met teller / liniaal ... 13

Figuur 6 Bovengeleiding ... 14

Figuur 7 Verstellingen op de rotary feeder ... 14

Figuur 8 Productgeleiding ... 15

Figuur 9 Diepteverstelling ... 15

Figuur 10 Dooslengte verstelling / phase shifter ... 15

Figuur 11 Draaiknop verstellen kicker ... 16

Figuur 12 Magazijnhoogte ... 17

Figuur 13 Lijmkop verstelling ... 17

Figuur 14 Aandrijfkast ... 20

Figuur 15 Lengte & diepteverstelling Vento... 21

Figuur 16 Aandrijving kickers ... 22

Figuur 17 Hoogteverstelling zijaanzicht ... 23

Figuur 18 Positie servomotoren lengteverstelling ... 24

Figuur 19 Schema lengteverstelling / aandrijving ... 25

Figuur 20 Diepteverstelling huidig (blauw) en optie 1 (rood) ... 28

Figuur 21 Diepte verstelprocedure ... 28

Figuur 22 Draagas ... 29

Figuur 23 Tandheugel ... 29

Figuur 24 Tandheugel op draagas ... 29

Figuur 25 Schema aansturing van de kickers ... 30

Figuur 26 Configuratieoverzicht Lenze ... 44

Figuur 27 Configuratieoverzicht Rockwell ... 49 Figuur 28 Links huidige situatie, rechts de situaties met alle toegepaste concepten uit hoofdstuk 5 . 56

(10)

2. Hypothese

In dit hoofdstuk zal onze hypothese over de gehele opdracht worden beschreven. Deze hypothese is gebaseerd naar aanleiding van de opdrachtomschrijving uit het programma van eisen.

2.1. Automatische verstelmogelijkheden

Van de gehele machine elke verstelmogelijkheid automatiseren zal vermoedelijk veel meer kosten met zich mee brengen dan nu het geval is. Hierbij moet uit het onderzoek blijken dat een

automatische verstelling opweegt tegen deze extra kosten. Voor een goed resultaat denken wij eerst naar de belangrijkste verstellingen te kijken. Dit zijn verstellingen die vaak voorkomen en waar de kans op fouten vrij groot is. Het automatiseren van verstellingen zal de klant vergemakkelijken om een verstelling uit te voeren met daarbij een betere reproduceerbaarheid.

2.2. Kosten besparen

Wij denken in eerste instantie dat door het toepassen van enkele servomotoren of andere

elektrische verstelmogelijkheden de kosten al snel zullen toenemen. Uiteraard zal er dan bespaart worden op mechanische onderdelen zoals tandriemen, assen en kettingen. Maar of deze qua kosten tegen elkaar weg te strepen zijn is nog maar de vraag. Echter vermoeden wij dat de kosten hoger uit zullen vallen.

2.3. Machine toegankelijkheid / onderhoud

Door het verplaatsen of anders bewerkstellen van verstellingen zal er aan de voorkant van de machine minder ruimte nodig zijn. In de huidige situatie neemt dit veel ruimte in beslag, omdat daar nu over de gehele lengte van de machine een kast zit met daarin een servomotor, een aantal tandriemen en tandriemschijven ten behoeven van de aandrijving van de kettingen. Wij denken hier wat van te kunnen wegnemen, zodat de toegankelijkheid tot het midden van de machine, waar de producten zich bevinden zal toenemen. Wij denken dat ook onderhoudstaken door het toepassen van servomotoren / automatische verstelmogelijkheden zullen verminderen. Dit zou voor de klant als positief worden ervaren.

(11)

3. Huidige situatie

Langenpac produceert verschillende kartonneermachines waarbij sommige geheel klantspecifiek zijn maar het merendeel gebaseerd is op enkele standaarduitvoeringen. Van deze standaarduitvoeringen zullen wij ons onderzoek beperken tot de machine van het type “Vento” dit is de meest verkocht standaardmachine. Naast het toepassen van het onderzoek op de “Vento” zal het resultaat ook toepasbaar moeten zijn op het model “Chinook”.

In dit hoofdstuk wordt kort beschreven hoe de Vento machine werkt. Dit is in eerste instantie om de werking van de machine te doorgronden en zo een beter beeld te scheppen over dit onderzoek.

3.1. Schematisch overzicht Vento

Figuur 2 Schematisch bovenaanzicht Vento

Kleur in Figuur 2 Omschrijving

Rood Bucket baan

Roze Rotary Feeder + pre-break

Blauw Kettingtransport

Bruin Pushers

Lichtblauw Kickers

Groen Doosmagazijn

Geel Aftransport (outfeed) / aandrukken flappen

Lichtgroen Lijmunit

Tabel 3 Legenda figuur 2 Doos invoer

Product aanvoer

Product afvoer

(12)

3.2. Aandrijving

De gehele machine in de standaard uitvoering, wordt momenteel aangedreven door twee

servomotoren. Daarnaast kan het aantal motoren op de machine variëren afhankelijk van de opties welke de klant wenst of het soort product.

Tot een van de twee servomotoren behoort de aandrijving van de rotary feeder. De andere

servomotor is bestemd voor de “main-drive”. De main-drive zal de overige bewegende onderdelen in de machine aandrijven. Omdat de gehele machine op de rotary feeder na door één servomotor in combinatie met een reductiekast wordt aangedreven zitten er een groot aantal overbrengingen en tandriemen / kettingen in de machine om de volgende onderdelen in beweging te brengen:

 3-tal kickers

 4-tal kettingen van het kettingtransport  De bucket baan  De overgangsunit  De pushers  Product afvoer Figuur 3 Overbrengingen

Door het toepassen van één servomotor voor de verschillende assen en toepassingen is veel ruimte nodig voor de tandriemen en tandriemschijven zie Figuur 3. Deze ruimte zit aan de voorkant van de machine (rood gearceerde gebied in Figuur 4) en belemmert de operator bij de toegankelijkheid van de machine. Voornamelijk wanneer de pusher koppen die zich achter in de machine bevinden dienen te worden gewisseld bij een ander type doos. Daarbij moet de operator bij deze handeling ver in de machine reiken.

(13)

3.3. Verstellingen / stelmogelijkheden

Op de Vento kartonneer zitten verschillende stelmogelijkheden om de volgende onderdelen te verstellen bij het wisselen naar een ander doos formaat:

• De hoogte van het dozenmagazijn • De productgeleiding

- Ten behoeve van de lengte van de doos - Ten behoeve van de diepte van de doos - Ten behoeve van de hoogte van de doos • De positie van de horizontale kicker

• De hoogte van de lijmkoppen • Rotary feeder en bovengeleiding

Deze verstellingen worden momenteel door een operator met de hand versteld. Waarbij een aantal doormiddel van een hendel met een teller of met een schuif / knevel aan de hand van een liniaal. Zie Figuur 5.

In bijlage 2 staat stap voor stap uitgelegd hoe de machine door een operator naar een ander formaat doos versteld kan worden.

Op de volgende pagina’s wordt behandeld welke verstellingen er op de machine zitten en daarbij zal nader toegelicht worden hoe dit wordt bewerkstelt. Verder worden ook de kosten van deze verstellingen inzichtelijk gemaakt. Alle montagekosten van de onderdelen zijn bepaald aan de hand van enkele interviews met monteurs daarbij zijn ook urenlijsten bekeken.

(14)

Rotary feeder

Hoogte

Momenteel gebeurt de hoogteverstelling van de rotary feeder (±150 Kg) met behulp van 3

hydraulische cilinders. Deze hydraulische cilinders zorgen er ook voor dat de bovengeleiding (Figuur 6) van het product in hoogte mee gaat. De hydraulische cilinders worden door een kleine

hydrauliekpomp voorzien van oliedruk. Deze hydrauliekpomp wordt doormiddel van een hendel in combinatie met een teller handmatig bediend.

Zuignappenverstelling op de rotary feeder

Op de bewegende as van de rotary feeder zitten enkele stelmogelijkheden om de zuignappen af te stellen op het type doos. Al deze verstellingen worden doormiddel van een schuif en een knevel handmatig gerealiseerd en vergrendeld zie Figuur 7

Pre-break

De zuignappen op de pre-break dienen tevens versteld te worden. Ook deze verstellingen worden net als de zuignappen op de rotary feeder doormiddel van een schuif en een knevel handmatig gerealiseerd en vergrendeld zie Figuur 7.

Figuur 6 Bovengeleiding Figuur 7 Verstellingen op

de rotary feeder

Kosten

In de onderstaande tabel zijn alle kosten van de op deze pagina genoemde verstellingen

geïnventariseerd. Hieronder vallen onder andere hydrauliek en alle knevel verstelmogelijkheden.

Omschrijving Kosten (€)

Onderdelen hoogteverstelling 651,70

Onderdelen zuignappenverstelling op de rotary feeder 68,08

Onderdelen pre-break 68,08

Montagekosten hoogteverstelling 159,00

Montagekosten verstellingen op bewegende rotary feeder as 79,50

Montagekosten verstellingen van de pre-break 37,10

Totaal rotary feeder 1063,46

(15)

Productgeleiding

Onder de productgeleiding vallen onder andere de diepte-, lengte- en hoogteverstellingen van de doos, maar ook het omvouwen van de flapjes en de bovengeleider. De lengteverstelling van de doos zorgt tevens voor het voortbewegen van de doos door de machine.

Bovengeleiding

De bovengeleiding wordt in hoogte gelijk met de rotary feeder versteld echter, als ook de diepte en lengte van de doos gewijzigd wordt dient dit doormiddel van enkele knevelverstellingen aangepast te worden zie Figuur 8.

Figuur 8 Productgeleiding

Diepte

Het verstellen van de diepte van de doos wordt gerealiseerd door het kettingtransport te verplaatsen zie Figuur 9. Dit wordt bewerkstelt met 3-tal spindels welke simultaan worden aangedreven door een ketting. Deze verstelling gebeurd door de operator die de ketting doormiddel van een hendel met een teller in beweging brengt. Op de teller is af te lezen wat de diepte is.

Figuur 9 Diepteverstelling

Lengte

De dooslengte wordt bepaald door de afstand van de lugs op het kettingtransport zie Figuur 10. Deze afstand wordt veranderd door het wijzigen van het faseverschil tussen de kettingen waarop deze lugs gemonteerd zitten. Dit gaat doormiddel van een “phase shifter” welke de ketting van de lugs in fase veranderen. Deze phase shifter wordt bediend door de operator met een hendel in combinatie met een teller.

(16)

Aangezien de lengteverstelling momenteel gepaard gaat met de gehele aandrijving van de kartonneer nemen wij ook de montagekosten van de aandrijving mee.

Kosten

Onderdelen bovengeleiding verstelling 348,48

Onderdelen diepteverstelling 998,26

Onderdelen lengteverstelling (incl. servo + reductiekast + drive) 6313,50

Montage bovengeleiding verstellingen 106,00

Montage diepteverstelling 265,00

Montage lengteverstelling 742,00

Totaal 8773,24

Tabel 5 Kosten productgeleiding + aandrijving

Kickers

Van de drie kickers welke op de standaard Vento kartonneer zitten wordt er maar één versteld bij het wisselen naar een ander formaat doos. Dit is de kicker welke de onderflap van de doos omlaag vouwt, zodat het product in de doos kan worden geschoven. De verstelbare kicker wordt doormiddel van een draaiknop versteld. De stand van de andere twee kickers blijft ongewijzigd.

Figuur 11 Draaiknop verstellen kicker

Onderdelen verstelbare kicker 147,73

Montage verstelbare kicker 132,50

Totaal kickers 280,23

(17)

Doosmagazijn

De dozen worden via een magazijn toegevoerd naar de rotary feeder. Wanneer het doosformaat wijzigt dient deze doosinvoer aangepast te worden dit gaat doormiddel van een spindel met een teller zie

Figuur 12.

Tabel 7 Kosten magazijn hoogteverstelling

Onderdelen magazijn hoogteverstelling 460,91 Montage magazijn hoogteverstelling 106,00

Totaal 566,91

Figuur 12 Magazijnhoogte

Lijmunit

De lijmkoppen worden op de Vento versteld door enkele geleidingen welke doormiddel van een knevel op de juiste positie wordt

gehouden. Deze manier van verstellen neemt niet veel ruimte in beslag.

Tabel 8 Kosten lijmkoppen verstellen

Figuur 13 Lijmkop verstelling

Onderdelen lijmkoppen verstelling 242,59

Montage lijmkoppen verstelling 106,00

(18)

3.4. Kostenanalyse

In de onderstaande tabel zijn voor dit onderzoek de relevante kosten van de huidige situatie geïnventariseerd. Deze kosten zijn van de onderdelen die betrekking hebben tot het verstellen en tevens ook deels te maken hebben met de aandrijving van de kartonneer. De aandrijving gaat gepaard met de lengteverstelling en zal in deze ook meegenomen worden.

Onderdeelkosten € 9299,33

Montagekosten € 1733,10

Totaal € 11032,43

Tabel 9 Kosten Vento verstellingen

De kosten zoals hierboven beschreven volgen uit de sommatie van de kosten uit de vorige paragraaf en zijn verder gedetailleerd in bijlage 1. In overleg met Langenpac zal deze bijlage wel dan niet worden toegevoegd aan het verslag dit in verband met de hoge specificaties omschrijvingen van de individuele componenten.

3.5. Omsteltijden

Aangezien dit onderzoek om het automatisch verstellen van de kartonneer gaat is het ook van belang om te kijken dat het automatische verstellen een prestatiewinst kan opleveren van de machine. Om een eventuele prestatiewinst te kunnen constateren hebben we gekeken hoeveel tijd er nu staat voor het omstellen van een machine naar een ander type doos. Voor een standaard Vento staat momenteel een omsteltijd van maximaal 10 minuten. Deze tijd mag bij aanpassingen niet langer worden. Verder is het per klant afhankelijk hoe vaak een machine omgesteld dient te worden.

(19)

4. Haalbaarheidsvoorstellen

Uiteraard is alles op een machine te automatiseren alleen waar ligt de grens. In dit hoofdstuk zal een afweging gemaakt worden voor verstellingen die geautomatiseerd kunnen worden zonder dat kosten exponentieel toenemen.

4.1. Samenvatting

In de volgende tabel staat wat in eerste instantie wel / niet zal worden onderzocht wat betreft het automatiseren van de Vento kartonneer. De toelichting voor het tot stand komen van de keuze zal in de volgende paragraaf verder worden gemotiveerd.

Omschrijving In dit onderzoek

Hoogteverstelling rotary feeder incl. bovengeleiding Ja

Diepteverstelling Ja

Lengteverstelling Ja

Kickers Ja

Doosmagazijn hoogte Ja

Lijmunit Nee

Knevelverstellingen op de bewegende as van de rotary feeder Nee

Knevelverstellingen van de pre-break Nee

Knevelverstellingen lengte/diepte bovengeleider Nee

Tabel 10 Samenvatting hoofdstuk 4

4.2. Toelichting per onderdeel

Rotary feeder

Zuignappenverstelling op de rotary feeder

Wanneer de verstelling van de zuignappen geautomatiseerd worden zal op de bewegende as een stelmotor geplaatst moeten worden. Het gevolg hiervan is dat de as zwaarder wordt en kan hierdoor de productiesnelheid vertragen. Ook zullen de stelmotoren aangesloten moeten worden. Dit

betekend extra sleepcontacten / sleepringen dit is een vrij prijzige oplossing. Een knevelverstelling is dan een goedkopere oplossing die niet veel weegt en eenvoudig te verstellen is.

Het automatisch verstellen van de zuignappen op de bewegende as van de rotary feeder zal in eerste instantie niet verder in dit onderzoek meegenomen worden.

Pre-break

Op de pre-break zijn ook knevelverstellingen toegepast. Voor de pre-break zijn bij een doos formaat kleine verstellingen nodig. Deze verstellingen kunnen uiteraard geautomatiseerd worden. Echter is deze verstelling momenteel goedkoop en vergt het voor de operator maar een relatief simpele handeling om deze te verstellen. Automatiseren zal waarschijnlijk duurder uitvallen en dit nemen we dan niet mee in de automatische verstellingen.

Het automatisch verstellen van de pre-break bij de rotary feeder zal in eerste instantie niet verder in dit onderzoek meegenomen worden.

(20)

Hoogte

Tenslotte wordt de volledige rotary feeder inclusief de bovengeleiding doormiddel van hydrauliek in hoogte versteld. Er is voor deze oplossing gekozen, omdat dit momenteel de goedkoopste en flexibelste oplossing is. Toch wordt er gekeken of dit op een andere manier is te bewerkstellen zodat dit geautomatiseerd kan worden, omdat Langenpac aangeeft graag af te willen van hydrauliek in de machines.

Voor de hoogteverstelling van de rotary feeder en bovengeleiding zal in dit onderzoek worden gekeken naar alternatieven.

Productgeleiding

Onder de productgeleiding valt het omvouwen van de flapjes, bovengeleiding en het transport van de doos door de machine. Sommige verstellingen hiervan kunnen worden geautomatiseerd. Zoals de diepte-, lengte- en hoogteverstellingen van de doos dit wordt op de volgende pagina nog nader toegelicht.

De handmatige verstellingen van de productgeleiding nemen daarbij zoals eerder vermeld enige ruimte in de kast aan de voorkant van de machine in beslag denk hierbij aan de diepteverstellingen. In overleg met Berto Mathijssen is besloten om te kijken of het mogelijk is de gehele kast waar de aandrijving van de machine zich bevind te laten vervallen [PvE 6.2.7] zie Figuur 14.

Enkele onderdelen moeten dan wel worden verplaatst naar een andere locatie op de kartonneer. Dit om de machine aan de voorzijde toegankelijker te maken. Deze verandering zal een grote impact hebben op de machine en zal tot een herontwerp van de huidige machine leiden waarbij gelijk de aanpassingen worden meegenomen voor het automatisch verstellen van de lengte en diepte van de machine. Hieronder wordt per verstelling toegelicht hoe dit kan worden bewerkstelt.

(21)

Doosdiepte

Het verstellen van de diepte van de doos is een belangrijke verstelling die Langenpac graag wil automatiseren. Mogelijke oplossingen hiervoor zullen dan ook nader onderzoekt worden. Naast het automatisch verstellen van de diepte zal ook de plaats van deze aandrijving aangepast moeten worden. Deze komt namelijk in het geding als de kast met de aandrijving zal vervallen. Hier zal dus een geschikte locatie op de machine voor gevonden moeten worden zodat deze verstelling automatisch kan worden uitgevoerd.

Dooslengte

Hierbij geldt ongeveer hetzelfde verhaal als bij de doosdiepte. Wanneer je dit wil automatiseren zal de lengteverstelling / aandrijving zoals die in de huidige situatie zit moet worden gesplitst in

meerdere separaten aandrijvingen. In de kast aan de voorkant van de machine zit alles qua lengte en diepteverstelling zie Figuur 15. Dit moet elders in de machine worden opgevangen.

Figuur 15 Lengte & diepteverstelling Vento

Bovengeleiding

Het verstellen van de lengte en diepte van de bovengeleiding gebeurd momenteel met verschillende knevelverstellingen, dit is momenteel de beste oplossing door het gebruik van het grootte aantal knevels. Als je elke verstelling zou willen automatiseren zal dit niet rendabel worden en veel extra kosten met zich mee brengen.

Het automatisch verstellen van de hoogte, diepte en lengte van de productgeleiding van de Vento zal in dit onderzoek worden opgenomen. Mede om te kijken of de kast aan de voorkant van de machine kan vervallen.

(22)

Kickers

Momenteel wordt er bij een doosformaat wissel bij een standaard Vento maar één kicker versteld. Deze verstelling neemt op zich niet veel tijd in beslag en is relatief goedkoop te realiseren. Echter moet deze verstelling zeer nauwkeurig, om fouten te minimaliseren wordt hiervoor naar een automatisch alternatief gekeken.

In overleg met Theo Hendriks is besloten te onderzoeken of toch voor alle kickers, welke op de kartonneer zitten een alternatief met servomotoren te bedenken is. Dit om zo de modulairiteit van de kartonneer systemen te vergroten. Wanneer er voor speciale doosjes een extra kicker moet worden geplaatst is het makelijker en goedkoper om een servomotor met kicker op een standaard Vento te plaatsen, dan wanneer de gehele aandrijving dient te worden aangepast. De aandrijving van de kickers bevindt zich momenteel ook in de kast aan de voorzijde van de machine (zie de geel gearceerde onderdelen Figuur 16).

Het aandrijven en automatisch verstellen van de 3 kickers op de Vento zal in dit onderzoek worden opgenomen.

Figuur 16 Aandrijving kickers

Doosmagazijn

Voor het verstellen van de hoogte van het dozenmagazijn zal worden gekeken naar een automatische oplossing omdat deze verstelling momenteel redelijk prijzig is qua materiaal en montage veel tijd kost. Daarbij komt nog dat deze verstelling steeds twee keer moet worden

uitgevoerd. Zo is dat alvorens je de product template wisselt je eerst het doosmagazijn moeten laten zakken. Vervolgens kan de template worden gewisseld en kan het dozenmagazijn op de juiste hoogte worden geregeld. Zie bijlage 2

Het automatisch verstellen van het dozenmagazijn zal worden meegenomen in dit onderzoek.

Lijmunit

In paragraaf 3.3 wordt verteld over de verstelling van de lijmkoppen. Doordat dit kleine verstellingen zijn zal het automatiseren hiervan duurder uitvallen. Vandaar dat voor deze verstelling in eerste instantie geen alternatieve worden gezocht.

Het automatisch verstellen van het lijmkoppen zal in eerste instantie niet verder in dit onderzoek meegenomen worden.

(23)

5. Concepten

Om de verschillende verstellingen op de Vento kartonneer te automatiseren moet er voor de

handmatige bedieningen een alternatief worden bedacht. Een voor de hand liggende oplossing is het toepassen van stappenmotoren / stelmotoren op de verschillende locaties waar nu een hendel verstelling zit. Er wordt echter getracht voor een oplossing die meer geïntegreerd zit in de machine. In dit hoofdstuk wordt gemotiveerd welke concepten op de verschillende locaties kunnen worden toepast.

5.1. Rotary feeder hoogte inclusief bovengeleiding

Om deze verstelling te automatiseren is het volgende concept bedacht. Door de drie hydraulische cilinders te vervangen door twee stelmotoren welke twee spindels aandrijven kan de hoogte van de Rotary feeder eenvoudig versteld worden zie de rode symbolen in Figuur 17.

Figuur 17 Hoogteverstelling zijaanzicht

Een aandachtspunt bij dit concept is dat het gewicht niet evenredig verdeeld is over beide spindels. Een ander punt waar rekening mee gehouden moet worden is dat de stelmotoren niet 100% synchroon hoeven te lopen tijdens het verstellen van de hoogte. Dit omdat de machine gedurende de verstelling niet in bedrijf is. Zolang na de verstelprocedure beide stelmotoren op de gelijke hoogte staan.

Het gewicht van de rotary feeder en bovengeleiding is vast gesteld op 200 Kg [PvE 6.1.6]. Dit gewicht zal via twee actuatoren op de juiste hoogte versteld / gehouden moeten worden. Voor het bepalen van de door deze motoren te leveren kracht zal er gekeken worden naar een complete oplossing bestaande uit een spindel, motor en terugkoppeling.

Gezien de ongelijke verdeling van het gewicht en gezien de situatie dat bij een pusher kop wisseling de bovengeleiding zwaarder belast kan worden is ervoor gekozen dat beide actuatoren een gelijke capaciteit hebben van minimaal 2000N.

(24)

5.2. Productgeleiding dooslengte

De verstelling van dooslengte zal worden opgevangen door het kettingtransport, bucket baan en overgangsunit niet meer mechanische met een “phase shifter” te laten volbrengen, maar door twee servomotoren. Deze servomotoren kunnen door een softwarematig aanpassing met een grotere of kleinere faseverschuiving ingesteld worden.

Deze servomotoren kunnen vertikaal geplaatst worden in het rood gearceerde gebied op de machine (Figuur 18). Eén servomotor zal dan de as van de kettingen voor de back lugs en outfeed aandrijven en de andere as de kettingen van de front lugs. Door het in fase veranderen van de kettingen ten opzichte van elkaar zorg je er voor dat een grotere of kleinere doos verwerkt kan worden.

Figuur 18 Positie servomotoren lengteverstelling

Door de servomotoren doormiddel van een reductiekast rechtstreeks op de as te plaatsen heb je geen tandriemen en tandriemschijven in de machine zitten wat voor het onderhoud ten goede komt.Echter is nu niet de aandrijving van de bucket baan en de overgangsunit opgevangen. Door deze met dezelfde servomotoren aan te drijven zullen er toch enkele tandriemen en assen door de machine moeten lopen om de bucket baan en overgangsunit aan te drijven. Deze tandriemen zullen, wanneer de servomotoren op de zojuist vermelde locatie geplaatst worden, midden door de

machine lopen. Het is voor onderhoud zeer lastig om hier goed bij te kunnen.

Vandaar dat een optie bekeken wordt waar de bucket baan en overgangsunit door twee andere servomotoren worden aangedreven. Deze servomotoren kunnen dan ook door een softwarematige aansturing in fase gewijzigd worden. De locatie van deze servomotoren met reductiekasten op de machine kunnen zich onder de pushers bevinden zie het geel gearceerde gebied op de machine (Figuur 18). Doormiddel van twee tandriem welke de “dubbele as” aandrijven (zoals in de huidige situatie ook gebeurt) kunnen de bucket baan en overgangsunit aangedreven worden en in fase veranderd indien dit nodig is.

In overleg met Jeroen Hopman en Theo Hendriks is besloten dat alle vier de toegepaste servomotoren worden uitgerust met een absolute encoder. Hierdoor is bekend wat precies de positie is van de assen ook na stroomuitval [PvE 6.2.6]. Het gevolg van het toepassen van deze encoders is dat er niet meer “gehomed” hoeft te worden, hetgeen nu wel het geval is. Daardoor kan ook de benodigde homing sensor, ontvanger en glasvezelkabel vervallen waardoor kosten bespaard worden. Deze encoders zijn in samenwerking met Rockwell op een eerdere machine toegepast en brachten een tevreden resultaat met zich mee.

(25)

Slave Kettingtransport front lugs Slave Kettingtransport back lugs Slave Bucket baan / overgangsunit front Slave Bucket baan / overgangsunit back M M M M M Master Rotary feeder Kettingtransport Bucket baan Overgangsunit

Figuur 19 Schema lengteverstelling / aandrijving

In Figuur 19 is schematisch weergegeven hoe de lengte van een doos en de aandrijving van het kettingtransport, bucket baan en de overgangsunit automatisch kunnen worden versteld. De doorbroken lijn in dit figuur geeft aan dat de servomotoren onderling met elkaar communiceren waarbij de rotary feeder de master is en dat de rest van de servomotoren de slaves zijn en de master volgen.

Doordat het kettingtransport doormiddel van twee separate servomotoren wordt aangedreven en deze softwarematig in fase te laten verschillen is er qua aandrijving bijna geen beperking meer in minimale en maximale verstelling van de dooslengte [PvE 6.1.5]. Een beperking in de minimale en maximale dooslengte verstelling is de montage van de lugs op de kettingen van het kettingtransport en de dubbele as voor de bucket baan.

Omdat er wordt getracht de kast aan de voorzijde te reduceren komt het aandrijven van de outfeed in het geding. Dit wordt dan opvangen door deze vanaf de as van de back lugs aan te drijven. De aandrijving blijft zoals in de huidige situatie. Alleen zal deze aandrijving nu aan de andere kant van het kettingtransport zitten. Dit geldt ook voor de aandrijving van de pushers. Deze zal via de as van de bucket baan welke synchroon loopt met de back lugs van het kettingtransport worden

aangedreven.

Met dit concept realiseer je het volgende:  De lengteverstelling is geautomatiseerd

 De aandrijving zit niet meer aan de voorzijde van de machine

 Met absolute encoders hoef je de machine niet meer te “homen” enkele maar eenmalig te “nullen”

(26)

5.2.1. Benodigd koppel servomotoren productgeleiding dooslengte

Het benodigde koppel van de servomotoren wordt in deze paragrafen toegelicht. Hierbij wordt uitgegaan voor het maximale vermogen wat de motoren moeten leveren bij een situatie waarbij de motoren het snelst dienen te accelereren of afremmen in de machine. Hierbij geldt dat de machine binnen 1 seconde van stilstand naar de maximale snelheid dient te accelereren [PvE 6.1.10]. Gezien de lengteverstelling ook deel uit maakt van de aandrijving is het van belang dat deze bij een noodstop zo snel mogelijk dient te stoppen. Hiermee wordt met het bepalen van het koppel rekening gehouden.

Voor het samenstellen van deze paragraaf zijn er verschillenden metingen uitgevoerd op de machine C10-0450 M-0476, welke op het moment van schrijven ter beschikking was. Deze metingen zijn nodig om het benodigde koppel van de kettingen te bepalen. Voor de resultaten van deze metingen wordt verwezen naar bijlage 3.

Kettingtransport

De kettingen in het kettingtransport moeten een snelheid van 60 m/minuut [PvE 6.1.9] kunnen behalen. Aan de hand van de afstand van de lugs op de kettingen is met deze snelheid ook het maximale aantal dozen per minuut afhankelijk. Bij de kleinste doos instelling zal het maximale aantal dozen per minuut bij deze snelheid 450 dozen [PvE 6.1.2] zijn.

De kettingwielen welke gebruikt worden op het kettingtransport hebben een omtrek van: Steekgrootte Aantal tanden Omtrek (cm) Max. snelheid (rad/s)

Front lugs 3/4″ 24 45,72 13,83

Back lugs 3/4″ 36 68,58 9,3

Tabel 11 Kettingwiel kettingtransport

Hieruit is te concluderen dat de as van de front lugs 60m/0,4572m = 132 omwentelingen per minuut moet kunnen maken (13,83 rad/s). De as van de back lugs dient 88 omwentelingen per minuut te kunnen draaien (9,3 rad/s). Tijdens onze meting (zie bijlage 3) wordt er boven de maximale

bedrijfssnelheid getest. Hieruit resulteerde een snelheid van 143 omwentelingen per minuut van de front lugs as en 97 omwentelingen per minuut van de back lugs as. Doordat deze meting wordt aanhouden met het bepalen van het koppel zitten we ruim boven de minimale kettingsnelheid van 60 m/minuut [PvE 6.1.9].

Aan de hand van de resultaten uit de meting beschreven in bijlage 3 kan de volgende tabel worden opgesteld:

Benodigd koppel (Nm) Benodigd koppel (Nm)+ 20% [PvE 6.1.8]

Back lugs + outfeed 25,5 30,6

Front lugs 17,6 21,12

Tabel 12 Benodigd koppel kettingtransport

Bij de gemeten koppelwaarde wordt vervolgens 20% overcapaciteit geteld [PvE 6.1.8].

Verder is uit de meting gebleken dat tijdens het vertragen van de front en back lugs geen bijzondere negatieve piek in het koppel te detecteren is. De oorzaak hiervan heeft te maken met de wrijving van de kettingen in de machine. Deze draagt in positieve zin mee met het afremmen van de kettingen. Voor het bepalen van het koppel van de servomotoren hoeft hier geen rekening mee gehouden worden.

(27)

Bucket baan + overgangsunit + pushers

Hierbij geldt hetzelfde als bij het kettingtransport. Deze waarden van de benodigde koppels zijn ook aan de hand van de metingen vastgesteld zie bijlage 3. Echter wat bij de bucket baan, overgangsunit en pushers anders is dan bij het kettingtransport is dat deze kan variëren in uitvoering. Bij enkele machines worden deze alleen synchroon aangedreven met de back lugs van het kettingtransport, maar soms zit er bij machines fase verschil tussen de front en back bucket van de bucket baan. Bij de meting beschreven in bijlage 3 waren de bucket baan, overgangsunit en pushers allen via één as aangedreven welke synchroon loopt met de back lugs van het kettingtransport. Om toch een juiste waarden te bepalen van het benodigde koppel wanneer deze onderdelen met twee verschillende servomotoren worden aangestuurd, is in overleg met Berto Mathijssen een verhouding van 60% of 40% vastgesteld. Het is niet 50% om 50%, omdat op één as ook de pushers worden aangedreven.

Benodigd koppel (Nm) Benodigd koppel (Nm)+ 20% [PvE 6.1.8] Bucket baan + overgangsunit

+ pushers back

35,4 42,5

Bucket baan + overgangsunit front

23,6 28,33

Bucket baan + overgangsunit + pushers back en front*

59,02 70,82

Tabel 13 Benodigd koppel bucket baan + overgangsunit + pushers back

* Zoals vermeld verschilt de aandrijving van de bucket baan en overgangsunit per machine vandaar dat beide oplossingen opgenomen worden in het onderzoek.

Mogelijke prestatiewinst

Er is gekeken naar een prestatieverbetering om meer dan 450 dozen per minuut te behalen. Een prestatieverbetering zal bij een Vento kartononeer gepaard gaan met het verhogen van de snelheid van de kettingen in het kettingtransport wat zal resulteren dat alle servomotoren sneller dienen te draaien. Echter is de doos niet geschikt voor een hogere snelheid. Het sneller laten gaan van de dozen zal resulteren op beschadiging door vouwen in plaats van goed dicht vouwen. Om

beschadiging te voorkomen zal de productgeleiding langer moeten worden. Hierdoor zal de gehele machine langer worden wat niet in de scope van dit onderzoek zit. Prestatieverbetering zal daarom niet verder worden opgenomen.

(28)

5.3. Productgeleiding doosdiepte

De doosdiepte wordt is zoals eerder beschreven met enkele spindels welke het kettingtransport over de gehele lengte naar voor of achter verplaatsen. Hiervoor zijn twee concepten bedacht om dit te automatiseren.

Een belangrijk punt bij deze verstelling is de verstelvolgorde. Deze kan per doosformaat wissel verschillen. In hoofdstuk 9 wordt uitgelegd hoe bij een doosformaat wissel de volgorde zal worden bepaald.

Concept 1 ”spindel”

In het onderstaand figuur is in het blauw de huidige manier schematisch van hoe het

kettingtransport in diepte wordt versteld afgebeeld. Doormiddel van een ketting worden met drie spindels (vier op een chinook) de diepte veranderd. Deze spindels zitten aan het kettingtransport vast en de overlengte van de spindels bevinden zich in de kast aan de voorzijde van de kartonneer. Wij willen dit zelfde principe behouden alleen op een ander locatie op de machine (met rood in Figuur 20).

Deze andere locatie is gekozen om zo de kast aan de voorzijde niet te gebruiken zodat deze kan vervallen.

Figuur 20 Diepteverstelling huidig (blauw) en optie 1 (rood)

Bij dit concept wordt er van drie spindels (vier bij de Chinook) terug gegaan naar twee spindels. Een probleem dat kan gaan opspelen is dat het kettingtransport over de gehele lengte minder stijf zal worden. Daarom is het noodzakelijk om het gehele kettingtransport dusdanig stijf te construeren dat dit probleem geen parten kan spelen bij deze oplossing.

Om te zorgen dat gedurende de verstelprocedure het kettingtransport niet gaat klemmen, doordat de motoren niet simultaan draaien dient hiervoor in de software rekening gehouden te worden. Een mogelijke softwarematige oplossing hiervoor is door de aansturing stapsgewijs te laten verlopen met daarnaast een positie controle. In het onderstaand figuur is dit schematisch weergegeven. In

hoofdstuk 9 wordt hier nog nader op ingegaan.

Gelijke posities? Positie controle

stelmotor 1&2 Stap stelmotor 1&2

Melding op HMI Ja Nee Start diepteverstelling Eindpositie bereikt? Nee Ja Diepteverstelling gereed Gebruiker

(29)

Concept 2 “tandheugel”

Het kettingtransport wordt ondersteund door drie assen welke het gewicht dragen zie Figuur 22. Door aan deze assen een vertanding te monteren en deze door een stappenmotor of stelmotor, welke bevestigd is aan het kettingtransport, te laten bewegen kan ook de diepte van het kettingtransport worden versteld.

Figuur 22 Draagas Figuur 23 Tandheugel

Figuur 24 Tandheugel op draagas

Ook hierbij dient het kettingtransport dusdanig stijf te worden geconstrueerd dat er bij

productvervoer geen speling over gehele lengte ontstaat en dat deze niet gaat schranken gedurende het verstellen. Met de software kan hetzelfde stappen programma gebruikt worden als bij het vorige concept omschreven. Een ander aandachtspunt is dat de bekabeling van deze stelmotoren op het bewegende deel van het kettingtransport zitten. Hiervoor dient de juiste kabelgeleiding worden uitgekozen.

Bij beide concepten zullen er twee stelmotoren worden toegepast alleen in een andere context. Met dit concept realiseer je het volgende:

 De diepteverstelling is geautomatiseerd  Een grotere reproduceerbaarheid

(30)

5.3.1. Benodigd koppel stelmotoren productgeleiding doosdiepte

Om het benodigde koppel te bepalen van deze stelmotoren is er eerst, aan de hand van enkele berekeningen geprobeerd het koppel te bepalen. Echter het bepalen van de last welke de spindels en stelmotoren zullen verplaatsen is erg lastig. De rede hiervoor is dat het kettingtransport over

verschillende assen geleid / schuift waarbij frictie erg varieert over het gehele traject. Vandaar dat er besloten is om dit doormiddel van een momentmeting (meten is weten) te bepalen.

Met een momentsleutel is bepaald dat er 2 Nm nodig is om het kettingtransport te verstellen. Voor een goede bepaling is deze meting op enkele machines in de productiehal uitgevoerd. Het bepaalde koppel geld voor het volledige diepte verstelsysteem welke met een reductiekast met een

verhouding van 1:2 wordt verdubbeld naar 4 Nm. Vervolgens worden hiermee vier spindels via een ketting in beweging gebracht zodat het kettingtransport verplaatst. Hieruit valt te concluderen dat wanneer er twee stelmotoren worden toegepast deze beide een koppel van minimaal 2 Nm moeten hebben.

Bij het bepalen van het koppel wat de motor moet leveren zal een overcapaciteit van 20% [PvE 6.1.8] meegenomen worden. Dit bij het bepaalde koppel opgeteld zodat het totaal koppel uitkomt op 2,4 Nm per stelmotor.

5.4. Kickers

Onze eerste gedachte bij het automatiseren / aandrijven van de kickers is door dit te doen met een drietal servomotoren, welke synchroon lopen met de servomotor van de rotary feeder. Bij een doos formaat wissel kan een verstelling softwarematig worden opgevangen.

Slave Kicker 2 Slave Kicker 1 M M M Master Rotary feeder Slave Kicker 3 M

Figuur 25 Schema aansturing van de kickers

De doorbroken lijn in Figuur 25 geeft aan dat de servomotoren onderling met elkaar communiceren waarbij de rotary feeder de master is en dat de rest van de servomotoren de slaves zijn en de master volgen.

Een groot voordeel van het separaat aansturen van de kickers is de verhoging van de modulariteit van de kartonneer. Je kunt indien nodig de kicker gemakkelijk verplaatsen of toevoegen. Verder kan deze aanpassing ook op andere machines doorgevoerd worden.

Het benodigde koppel van de servomotoren welke de kickers aandrijven is vastgesteld op 0,35 Nm. Voor de berekening hiervoor wordt verwezen naar hoofdstuk 3 van bijlage 4.

(31)

5.5. Doosmagazijn hoogte

Concept 1 ”stelmotor”

Momenteel wordt deze verstelling met behulp van een spindel uitgevoerd, welke door een operator met een hendel wordt aangedraaid. Een voor de hand liggende oplossing om dit te automatiseren is door dit met een stelmotor te doen. Een aandachtspunt hiervoor is dat deze verstelling bij het wisselen van formaat doos twee keer versteld dient te worden. Als eerst dient het doosmagazijn geheel omlaag te worden verplaatst pas daarna kan de doos template op de rotary feeder worden gewijzigd. Nadat de nieuwe doos template op zijn plaats zit kan het doosmagazijn op de juiste hoogte worden versteld. Hiermee dient in de software rekening gehouden te worden.

Benodigd koppel

Het benodigde koppel voor deze stelmotor wordt in hoofdstuk 4 van bijlage 4 uitgerekend. Uit deze berekening volgt dat er minimaal een koppel van 2,3 Nm nodig is om het magazijn in hoogte te verstellen. Deze waarde wordt 2,8 Nm dit in verband met de overcapaciteit [PvE 6.1.8].

Concept 2 ”actuator”

Een ander concept in plaats van een stelmotor in combinatie met een spindel is een actuator welke een totaal oplossing biedt. Deze actuator bestaat uit een spindel en een motor met een

terugkoppeling in één behuizing en heeft de capaciteit om een last van 100 Kg [PvE 6.1.7] te heffen. Dit concept is hetzelfde als dat voor de hoogteverstelling van de rotary feeder inclusief

bovengeleiding uit paragraaf 5.1. De verstelling heeft vervolgens hetzelfde aandachtspunt als bij concept 1 de stelmotor.

(32)

6. Component inventarisatie

In dit hoofdstuk wordt per geautomatiseerd onderdeel van de machine toegelicht welke

componenten dit kunnen bewerkstellen. Mede zal per component de kostprijs vermeld worden met daarbij de belangrijkste specificaties. Als eerste zal een samenvatting van de benodigde specificaties worden geïnventariseerd. Met deze gegevens kunnen huidige en nieuwe leveranciers benaderd worden. De gegevens die vermeld zijn in de tabel op deze pagina zijn uit de voorafgaande hoofdstukken nader te achterhalen.

Omschrijving Specificatie component

Front lugs Servomotor + absolute encoder

Reductiekast met holle as Servo drive

Minimaal 150 rpm met een koppel van 21 Nm

Back lugs Servomotor + absolute encoder

Reductiekast met holle as Servo drive

Minimaal 100 rpm met een koppel van 31 Nm Bucket baan + overgangsunit

front

Servomotor + absolute encoder Reductiekast met massieve as Servo drive

Minimaal 100 rpm met een koppel van 28 Nm Bucket baan + overgangsunit

back

Minimaal 100 rpm met een koppel van 43 Nm (Bucket baan + overgangsunit

front & back )*

Minimaal 100 rpm met een koppel van 71 Nm

Kickers 3x Servomotor + absolute encoder

3x (Reductiekast met massieve as)** 3x Servo drive

Minimaal 500 rpm met een koppel van 0,35 Nm

Diepteverstelling Twee actuatoren met gezamenlijk koppel van minimaal 5,8 Nm Minimale slaggrootte 370 mm [PvE 6.1.4]

Rotary feeder + bovengeleiding hoogteverstelling

Twee actuatoren met elke een kracht van minimaal 2000 N Minimale slaggrootte 130 mm [PvE 6.1.3]

Doosmagazijn hoogteverstelling Een stelmotor met een minimaal koppel van 2,8 Nm of een actuator een kracht van minimaal 1000 N [PvE 6.1.7] Tabel 14 Componenten overzicht

* Zoals vermeld in paragraaf 5.2.1 verschilt de aandrijving van de bucket baan en overgangsunit per machine vandaar dat beide oplossingen opgenomen worden in het onderzoek.

** Bij de kickers is het mogelijk om deze zonder reductiekast aan te drijven, maar dan zullen de servomotoren zwaarder moeten worden uitgevoerd. Aan de hand van de kosten van de grotere drive & servomotor wordt er afgewogen of deze met of zonder reductiekast worden uitgevoerd. Hier wordt in hoofdstuk 6.4 op terug gekomen.

(33)

6.1. Kettingtransport front lugs / back lugs

Voor de reductiekast, servomotor en servo drive voor de front lugs / back lugs van het

kettingtransport zijn voor een passend advies de leveranciers Lenze en Rockwell benaderd. Lenze en Rockwell leveren momenteel voor de bestaande machines de servomotoren plus toebehoren. Beide leveranciers hebben hardware componenten geadviseerd die volgens hen geschikt zijn voor het aandrijven van de front lugs / back lugs.

Dit advies heeft tot de volgende gegevens geleid:

Lenze

Specificaties reductiekast + servomotor + drive:

 Reductiekast type: GKR03-2S HBR 06FC41

 Motor type: MCS 06F41-RS0B0 + absolute encoder  Servo drive: ECS 2 ampère

 Netspanning: 400VAC  Nom. Vermogen: 0,51 kW  Nom. Koppel: 1,2 Nm  Reductieverhouding: 25,051  Uitgaand koppel: 28 Nm  Beschermingsklasse: IP65 Artikel Stukprijs (€) GKR03-2S HBR 06FC41 + MCS 06F41-RS0B0 + absolute encoder 1110,45

ECS drive 2 ampère* 480,00

Motorkabel + connectoren 60,00

Feedbackkabel + connectoren 81,58

Tabel 15 Prijsindicatie kettingtransport front / back lugs Lenze hardware

(34)

Rockwell

 Reductiekast type: APEX AT090FH-015  Motor type: MPL-B320P-MK72AA  Servo drive: 2094-BMP5-M 2,8 ampère  Netspanning: 460VAC  Nom. Vermogen: 1,5 kW  Nom. Koppel: 3,05 Nm  Reductieverhouding: 15,0  Uitgaand koppel: 45,75 Nm  Beschermingsklasse: IP65 Artikel Stukprijs (€) APEX AT090FH-015 610,40 MPL-B320P-MK72AA 509,70 2094-BMP5-M 2,8 ampère 245,90 Motorkabel 2090-CPWM7DF-16AA05 50,40 Feedbackkabel 2090-CFBM7DF-CEAA05 49,90 Connector IO 2090-K6CK-D26M 30,70 Connector Feedback 2090-K6CK-D15M 24,20

(35)

6.2. Bucket baan + overgangsunit front / back

Voor de reductiekast, servomotor en servo drive voor de bucket baan front / bucket baan back zijn voor een passend advies de leveranciers Lenze en Rockwell benaderd. Lenze en Rockwell leveren momenteel voor de bestaande machines de servomotoren plus toebehoren. Beide leveranciers hebben hardware componenten geadviseerd die volgens hen geschikt zijn voor het aandrijven van de bucket baan front / bucket baan back.

Dit advies heeft tot de volgende gegevens geleid:

Lenze

 Reductiekast type: GKR04-2S VCK 06IC41

 Motor type: MCS 06I41-RS0B0 + absolute encoder  Servo drive: ECS 2 ampère

 Netspanning: 400VAC  Nom. Vermogen: 0,64 kW  Nom. Koppel: 1,5 Nm  Reductieverhouding: 28,333  Uitgaand koppel: 41 Nm  Beschermingsklasse: IP65 Artikel Stukprijs (€)

GKR04-2S VCK 06IC41 + MCS 06I41-RS0B0 + absolute encoder 1135,12

Tabel 17 Prijsindicatie bucket baan + overgangsunit front / back Lenze hardware

(36)

Rockwell

 Reductiekast type: APEX AB090-030-S2-P2  Motor type: MPL-B220T-VJ42AA  Servo drive: 2094-BMP5-M 2,8 ampère  Netspanning: 460VAC  Nom. Vermogen: 0,62 kW  Nom. Koppel: 1,61 Nm  Reductieverhouding: 30,0  Uitgaand koppel: 48,3 Nm  Beschermingsklasse: IP65 Artikel Stukprijs (€) APEX AB090-030-S2-P2 792,00 MPL-B220T-VJ42AA 453,10 2094-BMP5-M 2,8 ampère 245,90 Motorkabel 2090-XXNPM7-16S05 57,30 Feedbackkabel 2090-XXNFM7-S05 42,70 Connector IO 2090-K6CK-D26M 30,70 Connector Feedback 2090-K6CK-D15M 24,20

(37)

6.3. Bucket baan + overgangsunit front & back

Voor de reductiekast, servomotor en servo drive voor de bucket baan front / bucket baan back waarbij deze beide met één servomotor wordt aangedreven. Hierbij hebben Lenze en Rockwell het volgende advies gegeven:

Lenze

 Reductiekast type: GKR05-2S VCK 09FC38

 Motor type: MCS 09F38-RS0B0 + absolute encoder  Netspanning: 400VAC

 Servo drive: ECS 4 ampère  Nom. Vermogen: 1,2 kW  Nom. Koppel: 3,1 Nm  Reductieverhouding: 28,333  Uitgaand koppel: 85 Nm  Beschermingsklasse: IP65 Artikel Stukprijs (€) GKR05-2S VCK 09FC38 + MCS 09F38-RS0B0 + absolute encoder 1211,07

Tabel 19 Prijsindicatie bucket baan + overgangsunit back & front Lenze hardware

(38)

Rockwell

 Reductiekast type: APEX AB090-015-S2-P2  Motor type: MPL-B420P-MJ42AA  Servo drive: 2094-BM01-M 3,9 kW  Netspanning: 460VAC  Nom. Vermogen: 1,9 kW  Nom. Koppel: 4,74 Nm  Reductieverhouding: 15,0  Uitgaand koppel: 71,1 Nm  Beschermingsklasse: IP65 Artikel Stukprijs (€) APEX AB090-015-S2-P2 792,00 MPL-B420P-MJ42AA 574,84 2094-BM01-M 3,9 kW 298,79 Motorkabel 2090-XXNPM7-16S05 57,30 Feedbackkabel 2090-XXNFM7-S05 42,70 Connector IO 2090-K6CK-D26M 30,70 Connector Feedback 2090-K6CK-D15M 24,20

(39)

6.4. Kickers

Voor de kickers is besloten om deze zonder reductiekast uit te voeren. Tot deze keuze is gekomen doordat in hoofdstuk 3 van bijlage 4 is bepaald dat de massatraagheid van de kickers laag is en een continue beweging maken op een relatief hoog toerental. Op deze manier blijven deze servomotoren compact wat een voordeel is omdat deze op het kettingtransport worden gemonteerd. Hierbij hebben Lenze en Rockwell het volgende advies gegeven:

Lenze

Specificaties servomotor + drive:

 Motor type: MCS 09D41-RS0B0 + absolute encoder  Netspanning: 400VAC  Nom. Vermogen: 0,64 kW  Nom. Koppel: 2,3 Nm  Beschermingsklasse: IP65 Artikel Stukprijs (€) MCS 09D41-RS0B0 + absolute encoder 801,88

Tabel 21 Prijsindicatie kickers Lenze hardware

* De prijzen voor de drives zijn inclusief de noodzakelijke connectors en communicatiemodules.

Rockwell

Specificaties servomotor + drive:

 Motor type: MPL-B1520U-EJ72AA  Servo drive: 2094-BMP5-M 2,8 ampère  Netspanning: 460VAC  Nom. Vermogen: 0,27 kW  Nom. Koppel: 0,49 Nm  Beschermingsklasse: IP65 Artikel Stukprijs (€) MPL-B1520U-EJ72AA 320,31 2094-BMP5-M 2,8 ampère 245,90 Motorkabel 2090-CPWM7DF-16AA05 50,40 Feedbackkabel 2090-CFBM7DF-CEAA05 49,90 Connector IO 2090-K6CK-D26M 30,70 Connector Feedback 2090-K6CK-D15M 24,20