Festo en PCE Automatisering biedt Frugalpac™ oplossing voor lastig probleem

De samenwerking tussen Festo en PCE Automation heeft Frugalpac Limited, experts in recyclebare verpakkingen, geholpen de hoge verwerkingscapaciteit en precisie-assemblage te verwezenlijken die nodig zijn om te voldoen aan de toegenomen vraag naar hun innovatieve kartonnen Frugal Bottle.

Frugal Bottle is de eerste papieren fles voor wijn en sterkedrank ter wereld. De buitenkant van dit innovatieve ontwerp bestaat voor 94% uit gerecycled karton en heeft een binnenzak van voedingsmiddelenkwaliteit. Frugal Bottle is volledig recyclebaar, is vijf keer lichter dan glas en heeft een veel kleinere CO₂-voetafdruk dan traditionele wijnflessen. Verder biedt het 360-graden branding voor een grotere impact in het schap.

Succesvol in flessen

Na de introductie in juni 2020 bleek Frugal Bottle bij klanten zeer populair te zijn. De eerste wijn die in deze fles 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. Deze recyclebare fles biedt mogelijkheden voor het verpakken van olijfolie, mineraalwater en andere consumptieartikelen. En daarom zocht Frugalpac naar een manier om sneller en zonder kwaliteitsverlies meer flessen te produceren.

PCE Automation en 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.

Ronan Quinn, projectmanager bij PCE, vertelt: “Het lijmproces was complexer dan wat we tot dan toe hadden meegemaakt. 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 is complex en 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.

Frugalpac had een duidelijk concept voor het vereiste productieproces, maar had partners nodig om het ontwerp voor de machine te realiseren. Er waren al eerder proeven gedaan met een bedrijf in lijmsystemen, maar deze leverancier kon de gewenste cyclustijden niet halen. Daarom heeft Frugalpac contact opgenomen met Festo om te kijken of zij met hun combinatie van expertise in automatisering en pneumatische producten van voedingsmiddelenkwaliteit wel aan hun complexe eisen konden voldoen.

Als machinebouwer beval Festo samenwerking aan met PCE Automation, een bedrijf waarmee ze al lange tijd een relatie hebben. Frugalpac ging akkoord en de drie bedrijven – eindgebruiker, machinebouwer en automatiseringsspecialist – werkten samen aan de optimale oplossing.

Josh Roberts, Business Development Consultant bij Festo, zegt hierover: “Dankzij de nauwe samenwerking konden we een complete automatiseringsoplossing ontwikkelen en leveren met de benodigde snelheid voor deze complexe taak.”

Resultaat

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 heeft PCE Automation optimaal gebruik gemaakt van de Festo Handling Guide Online (HGO). Dit gratis 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. Met slechts een paar klikken levert de HGO het juiste standaardhandlingsysteem, inclusief CAD-model, animatie en volledige EPLAN schemadocumentatie. De afzonderlijke stappen (waaronder offerteaanvraag, lay-out, offerte en CAD-ontwerp) 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 unieke 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. Ook de pneumatische kernproducten, ventielterminals en procesventielen van Festo worden volop gebruikt in het gehele lijm- en bevochtigingssysteem.

Andrew Colling, hoofdontwerper PCE bij het project: “’De volledig uitgewerkte handlingoplossing van Festo is een heel mooi pakket geworden, dat naadloos in de automatiseringscel past. Het heeft ons tijd bespaard en het PCE-team ruimte gegeven om zich te richten op andere aspecten van het project. Hierdoor konden we een complete oplossing leveren die voldoet aan de eisen die Frugalpac stelt aan de productie van recyclebare flessen.”

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.

John-Paul Grogan, Product Director bij Frugalpac: “Frugalpac zet zich in voor de ontwikkeling van duurzamere verpakkingen. De toepassing van automatisering bij de productie van Frugal Bottle gaat ons helpen ons doel te bereiken: minder koolstof in verpakkingen voor wijn en sterkedrank.”

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.