Efficienza energetica e flessibilità migliorate

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Anche i millesimi di secondo sono preziosi per l’industria della plastica. Lo pensa Netstal, che per garantire sempre una produzione controllata alle sue macchine per stampaggio a iniezione si è affidata a Keba

Netstal è un’azienda svizzera che sviluppa e produce macchine e sistemi per lo stampaggio a iniezione, per applicazioni nell’ingegneria medica, imballaggi a parete sottile, chiusure e preforme in PET per bevande. Lo stampaggio a iniezione è estremamente automatizzato con impianti funzionanti h24. Le macchine sono progettate per operare anche in caso di interruzioni di corrente o di instabilità della rete. Le interruzioni, costose e dispendiose in termini di tempo, hanno richiesto una soluzione in grado di fare fronte al problema in modo economico e senza danni ai materiali.

Le tendenze del settore del PET

Le bottiglie in PET (Polietilentereftalato) risalgono a fine anni ’60, ma sono state introdotte sul mercato statunitense a partire dal 1978. Attualmente, la produzione annua è di circa 1,5 trilioni di contenitori di varie dimensioni e materiali, di cui 500 miliardi destinati alle bevande. L’80% viene prodotto per acqua e bibite zuccherate gasate. Per questo mercato Netstal ha progettato una nuova serie di macchine, lanciando nel 2020 la PET-Line, soluzione pensata specificamente per lavorare il PET riciclato (rPET) senza limitazioni. Il numero di imballaggi e/o contenitori in PET per le bevande è in crescita, con un mercato globale che registra in media un aumento annuo di circa il 4%. Cresce l’uso del PET anche negli imballaggi per alimenti, ad esempio le vaschette per frutta e verdura. Stefan Kleinfeld, product manager presso Netstal afferma: “Durante la pandemia, eventi e spostamenti sono stati cancellati in tutto il mondo. Non potendo muoversi o andare in vacanza, si è avuto un crollo immenso nella domanda di contenitori in PET, soprattutto di bottigliette, che rappresentano la parte più consistente (circa l’80%). Adesso il mercato si è ripreso e si ricomincia a investire in nuovi impianti”. Le macchine per stampaggio a iniezione Netstal per quanto riguarda consumi, velocità e facilità d’uso sono all’avanguardia: gli impianti di nuova generazione richiedono il 10-15% in meno di energia rispetto a soluzioni concorrenti a pari processo e condizioni d’uso. Gli impianti si utilizzano dopo pochi giorni di formazione. Infatti con l’approccio smart operation di Netstal ogni impianto può essere controllato con soli 4 pulsanti. Inoltre, la serie PET-Line è attualmente la più veloce sul mercato che, con un intervallo fra fine corsa di soli 1,9 secondi, offre il massimo rendimento. L’azienda commercializza macchine per stampaggio a iniezione PET anche in mercati e regioni del Sud America e del SudEst asiatico in cui la stabilità della rete elettrica non è sempre garantita o in cui possono verificarsi fluttuazioni. Al fine di garantire una produzione controllata, anche in caso di interruzioni, Netstal ha ideato la soluzione a livello teorico, soluzione che è stata sviluppata e realizzata da Keba Industrial Automation.

Fabbisogno energetico e reti elettriche instabili

La nuova PET-Line presenta un livello elevato di elettrificazione. Manuel Hausammann, control system engineer Netstal dichiara: “Lavoriamo con potenze nominali fino a 240 kW; potenza e produzione nello stampaggio a iniezione sono sempre cresciuti negli anni. Tuttavia, ci sono molte aree dove le reti elettriche sono instabili con cadute di tensione o interruzioni molto ricorrenti. Possiamo però fare in modo che scarti e sforzo richiesto per riavviare l’impianto siano minimi”. Quando un impianto di stampaggio a iniezione si ferma improvvisamente, significa interruzione del ciclo e, nel caso peggiore quando l’interruzione avviene durante il processo di iniezione, le cavità dello stampo non saranno completamente riempite con la plastica. In questo caso si hanno i cosiddetti ‘short shot’, ossia preforme in PET non completamente iniettate. Queste devono essere rimosse manualmente, operazione che potrebbe causare danni allo stampo o al suo rivestimento. In caso in interruzione del ciclo, si possono avere fino a 144 short shot con uno stop di 2/3 ore dovuto a pulizia e riavvio.

Completamento del ciclo controllato

Netstal ha sviluppato una funzione che consente di sopperire all’energia necessaria per colmare la fase che intercorre tra l’interruzione di corrente e la fine del ciclo. “L’obiettivo era completare il ciclo in corso in modo controllato senza alimentazione di energia esterna, come avviene quando si arresta l’impianto al termine della produzione, facendo in modo che plastificazione e attrezzi restassero puliti e le preforme dell’ultimo ciclo non presentassero scarti” prosegue Hausammann. La soluzione, denominata Cycle Guard, è costituita da due componenti: un accumulatore di energia estremamente rapido per coprire il breve intervallo temporale dopo la caduta di tensione, e un accumulatore idraulico per quantità maggiori di energia per la rimozione dei pezzi e l’arresto dell’impianto. L’idea alla base di Cycle Guard è: quando manca l’alimentazione di rete, si utilizza l’energia dell’accumulatore idraulico affinché l’impianto continui a funzionare. Per rendere fruibile l’energia, occorre invertire la direzione di mandata della pompa idraulica in un tempo di 100 msec. Questi 100 msec corrispondono all’energia mancante fornita dal sistema di accumulo dell’energia del KeDrive D3 Keba. Al momento del guasto di alimentazione, il sistema di accumulo di energia elettrica reagisce entro 1 msec e sostituisce per 10-20 msec la rete con una potenza massima di 300 kW. Contemporaneamente tutti gli assi macchina eseguono un arresto rapido che non interrompe il processo di iniezione. L’energia di frenatura dei motori viene assorbita dall’accumulatore di energia, che successivamente stabilizza il circuito intermedio del sistema di azionamento, fino a quando la pompa idraulica inizia a funzionare come generatore e fornisce energia. Questi primi 20 msec sono cruciali per il funzionamento del Cycle Guard.

Cosa prevede Cycle Guard

Il funzionamento di Cycle Guard prevede quindi due sistemi di accumulo. Il primo è il sistema di accumulo di energia elettrica che in qualche milli-secondo colma guasti di alimentazione o variazioni di potenza. Il sistema dispone di condensatori elettrolitici e un energy manager che regola il flusso di potenza e monitora l’accumulatore stesso. Ottimizzato per requisiti prestazionali elevati con un tempo di reazione minimo, ha ingombro ridotto e una semplice integrazione nel sistema di azionamento. Grazie ai condensatori di accumulo, il sistema gestisce senza problemi grandi cicli di carico con frequenza elevata. Il secondo è il sistema di accumulo di energia idraulica dotato di pompa e accumulatore idraulico. È in grado di stoccare una quantità 100 volte maggiori di energia rispetto all’accumulo elettrico, assicurando il necessario fabbisogno energetico durante le interruzioni più lunghe. Con interruzioni di rete prolungate, il ciclo in corso viene controllato e completato in modo sicuro. Le preforme vengono iniettate correttamente e rimosse dallo stampo senza danneggiarlo. Una volta ripresa l’alimentazione viene effettuato un breve controllo del sistema, per poi riavviare rapidamente la produzione. La vera sfida è nel coordinamento dei due sistemi di accumulo, in modo che la caduta di tensione possa essere colmata in ogni caso e il ciclo completato in modo controllato. Questo compito viene svolto da aXos 9, il controllo macchina per stampaggio a iniezione. “Cycle Guard offre ai produttori che stampano a iniezione vantaggi notevoli” dichiara Wolfgang Kapp, sales manager Keba per la Svizzera. “Il sistema controlla costantemente l’alimentazione elettrica e, in caso di guasto, assicura sufficiente energia per completare la produzione in modo controllato. Cycle Guard non richiede batterie o accumulatori, serve poca manutenzione ed è particolarmente vantaggioso in termini economici”.

Una partnership di lunga durata

Con oltre 14 anni di collaborazione Netstal e Keba, dopo il successo della soluzione Cycle Guard, stanno già discutendo in merito a progetti futuri con un programma di conversione delle serie di prodotti Elion ed Elios integrando i moduli di azionamento KeDrive D3 di Keba.

Keba Industrial Automation – www.keba.com/industrial-automation

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