De introductie van de eerste papieren wijnfles ter wereld in juni 2020 was een belangrijke doorbraak. In samenwerking met Festo en PCE Automation brengt verpakkingsfabrikant Frugalpac de productie van de Frugal Bottle in een stroomversnelling.
De Frugal Bottle geldt als een revolutionaire innovatie. De buitenkant van het ontwerp bestaat voor 94% uit gerecycled karton en heeft een binnenzak van voedingsmiddelenkwaliteit. Frugal Bottle is volledig recyclebaar, vijf keer lichter dan glas en heeft een veel kleinere CO₂-voetafdruk dan traditionele wijnflessen.
De eerste wijn die in de Frugal Bottle werd gepresenteerd, raakte twee keer volledig uitverkocht. Eén wijnketen verkocht zijn gehele voorraad in slechts één dag. Hierna kwamen vragen uit de hele wereld, en niet alleen over het bottelen van wijn. De recyclebare fles biedt mogelijkheden voor het verpakken van olijfolie, mineraalwater en andere consumptieartikelen. Daarom zocht Frugalpac naar een manier om sneller en zonder kwaliteitsverlies meer flessen te produceren.
Machinebouwer PCE Automation en automatiseringsspecialist Festo werkten nauw samen bij het ontwikkelen van een volledig geautomatiseerde lijm- en bevochtigingslijn waarmee kan worden voldaan aan de krappe toleranties en complexe lijmpatronen die nodig zijn om 630 flessen per uur te verwerken.
“Het lijmproces was complexer dan wat we tot dan toe hadden meegemaakt”, vertelt Ronan Quinn, projectmanager bij PCE. “Krappe toleranties in het lijmpatroon zorgden in combinatie met een korte cyclustijd en kritische druppeldikte voor een grote uitdaging. Normaal gesproken zouden we het gehele proces van ontwerpen en assembleren intern doen, maar hiervoor leverde Festo volledig geassembleerde verwerkingsbruggen, wat echt meerwaarde gaf wat betreft compatibiliteit van onderdelen en inbedrijfstelling.”
Uitdagingen bij de productie
Frugal Bottles worden geproduceerd uit twee kartonnen vellen die met precisie worden gesneden, gelijmd en aan de voor- en achterkant bevochtigd, waarna ze worden gestapeld en klaar zijn voor invoer in de flesvormmachine. Het is een grote uitdaging om de gewenste doorvoer van 630 flessen te behalen, want de lijmbaan moet worden aangepast aan het profiel van de fles. Daarnaast moest de juiste hoeveelheid lijm worden aangebracht om misvorming of lelijke lijmresten op de fles te voorkomen.
Er waren al eerder proeven gedaan met een bedrijf in lijmsystemen, maar deze leverancier kon de gewenste cyclustijden niet halen. Daarom nam Frugalpac contact op met Festo om te kijken of zij met hun combinatie van expertise in automatisering en pneumatische producten van voedingsmiddelenkwaliteit wel aan de hoge eisen kon voldoen. Festo beval samenwerking aan met PCE Automation. Frugalpac ging akkoord en de drie bedrijven – eindgebruiker, machinebouwer en automatiseringsspecialist – werkten samen aan de optimale oplossing.
Minimale menselijke tussenkomst
Voor de door PCE Automation geleverde automatiseringscel is minimale menselijke tussenkomst vereist. Aan de voorkant laadt een operator de vellen voor de voor- en achterzijde van de flessen. De machine pickt, laadt, transporteert, lijmt, transporteert en bevochtigt en brengt de geprepareerde vellen aan het eind van het proces over naar een container. De geprepareerde vellen worden vervolgens getransporteerd naar de flesvormmachine.
Voor het ontwerp van de automatiseringscel maakte PCE gebruik van de Festo Handling Guide Online (HGO). Dit (gratis beschikbare) online hulpmiddel verkort de tijd voor ontwerpen, assembleren en leveren aanzienlijk en biedt klanten de mogelijkheid om een kant-en-klaar handlingsysteem te maken: of het nu gaat om een systeem met één as, een lineaire en vlakke 2D-brug of een 3D-brug. HGO levert het juiste standaardhandlingsysteem, inclusief CAD-model, animatie en volledige Eplan schemadocumentatie. De afzonderlijke stappen die voorheen 10 tot 15 dagen in beslag namen, kunnen in een mum van tijd worden voltooid. Door de kortere tijd voor ontwerp en documentatie kon PCE voldoen aan de leveringsverwachtingen van Frugalpac.
Om te bewijzen dat de gewenste cyclustijden konden worden gehaald, werd de lijm- en bevochtingsoplossing getest en gekalibreerd in het Britse Application Centre van Festo. Het gebruikt de CPX-E-CEC Controller van Festo als de PLC voor geïnterpoleerde zachte bewegingen, waarbij meerdere assen tegelijk worden bediend om de complexe rondingen op de lijmbanen te realiseren. De Festo CMMT servocontrollers zijn een belangrijk onderdeel van de drie handlingsystemen voor nauwkeurig en herhaalbaar laden, lijmen en afladen. Tevens worden de pneumatische kernproducten, ventielterminals en procesventielen van Festo gebruikt.
Frugalpac kan 630 Frugal Bottles per uur produceren door in batches van acht flessen tegelijk te lijmen (foto: Frugalpac). Tekst gaat verder onder de foto.
Missie volbracht
De PCE automatiseringscel moest een cyclustijd van slechts 19 seconden behalen om te voldoen aan de vereisten van Frugalpac. Doordat de lijmtijd van de lijm- en bevochtigingsoplossing 50% sneller is dan opgegeven, kan de machine voldoen aan alle vereiste cyclustijden. Dit resultaat wordt bereikt doordat de machine in batches acht flessen tegelijk lijmt, terwijl verschillende lijmpatronen op de voor- en achterkant worden aangebracht.
Na het succes van de geautomatiseerde lijmoplossing, werken Festo en PCE nu met Frugalpac samen aan de ontwikkeling van een geautomatiseerde methode voor het vormen van de Frugal Bottle zelf.