Palletising - Isomo-platen (ISOMO)
16/11/2011
Wat waarschijnlijk weinig lezers nog weten is dat Isomo staat voor ISOlation MOderne. Het is een gekend merk van geëxpandeerde polystyreenplaten en in België een generieke soortnaam voor wat ook wel ‘piepschuim’ wordt genoemd. Het productiebedrijf van de Isomo-platen ligt in Kortrijk, is opgestart in 1956 en nog steeds eigendom van de familie Vereecke.
Isomo verkoopt veertig procent van haar productie in België. Daarnaast is Frankrijk een belangrijk afzetgebied en een potentiële groeimarkt, waarbij de opportuniteit in de kleine formaten ligt. Deze markt zag men vorig jaar snel toenemen en moest dus zo snel mogelijk genomen worden. Probleem was dat de bestaande verpakkingslijn voor kleine formaten een bottleneck werd en dus niet toeliet hierin rendabel mee te spelen. Toch werd eerst met man en macht gewerkt om semimanueel snel te verpakken, waardoor men de nieuwe markt kon aanboren. Sinds augustus 2011 functioneert een nieuwe gerobotiseerde lijn die snel en rendabel kleine formaten verpakt. Naast een verdubbeling van de verpakkingscapaciteit (en vermits het de bottleneck was, dus ook de productiecapaciteit) kon deze afdeling overgaan van drie naar twee shifts. Het resultaat is dat met deze investering van een half miljoen euro de stijgende afzetmarkt in Frankrijk zich vertaalt in belangrijke bedrijfsresultaten.
Productie van Isomo-platen
De grondstof voor Isomo-platen is geëxpandeerd polystyreen. Dit bestanddeel is een uitvinding van BASF daterend van de jaren 50, maar sinds het patent is verlopen wordt het op de markt gebracht door verschillende bedrijven. Er zijn twee basissoorten: de witte zuivere polystyreen en de zwarte polystyreen met koolstof in verwerkt. Deze laatste heeft betere isolerende eigenschappen (ook qua geluidsisolatie). In functie van de eindeigenschappen zijn bij het polystyreen toevoegstoffen gevoegd (bijvoorbeeld om brandbestendige types te realiseren...).
Het basisproduct dat wordt aangeleverd zijn microcellen ter grootte van suikerpoeder met een buitenwand in polystyreen en met daarin pentaangas als blaasmiddel. Bij het opwarmen kan het blaasmiddel de cellen tot vijftig maal doen uitzetten, waarbij lucht in de cellen wordt gezogen. Dat poeder wordt in een eerste batchproductiestap via stoominjectie in een silo geëxpandeerd tot grotere holle polystyreenkorrels, waarbij de grootte van de korrel functie is van de stoom die men toevoert tijdens het expanderen. Het expansieniveau dat men realiseert is functie van de dichtheid die de toekomstige plaat moet hebben. Deze korrels worden na een eerste geforceerde droging gedurende een specifieke tijd opgeslagen in opslagsilo’s voor verdere droging.
In een tweede stap wordt via een luchttransport vanuit de opslagsilo het juiste gewicht aan korrels in een matrijs gebracht. En deze korrels worden opnieuw via stoominjectie verder geëxpandeerd. Door het beperkte volume (de matrijsholte heeft een grootte van 6 x 1,2 m x 1m) worden de expanderende korrels tegen elkaar aan geduwd en smelten ze samen tot een homogene blok bestaande uit veel lucht (zo’n 95% van het volume) vastgehouden binnen de tegen elkaar klevende, gesloten polystyreenkorrels.
Deze blok isolatiemateriaal wordt verschillende dagen in het magazijn opgeslagen, tot het geheel is uitgereageerd. De derde stap is het versnijden van dat blok. Drie stappen: eerst op dikte. Men levert een brede variatie aan diktes in functie van de klant en de toepassing: van enkele mm (voor isolerend behangpapier) tot een tiental cm dikte (voor o.a. gevelisolatie). Meestal zal men trachten per blok dezelfde plaatdiktes te handhaven of zich te beperken tot maximaal drie diktes. Vervolgens in de gewenste breedte (breedte is normaal 1,2 m of 1 m en sinds kort 0,6 m). Op de laatste werkpost worden de juiste lengtes gesneden, vroeger vooral lengtes van 2 m, nu ook meer en meer van een variatie van lengtes vanaf 33 cm. Dat snijden gebeurt machinaal met behulp van gespannen koperen draden die via hun elektrische weerstand worden verhit. Men ‘smelt’ dus de strak gespannen draad door de blok, waardoor gelijktijdig de snijlaag dichtgelast wordt en men een egaal oppervlak bekomt. De instelling van de positie van die draden gebeurt manueel. De blokken gaan via een gestuurde transportband door de drie werkposten en worden automatisch gesneden.
Op basis van referenties
De volgende stap is verpakken. Vroeger had men voornamelijk platen van 2 m lengte (veelal gebruikt als spouwisolatie) en voor het verpakken hiervan (het omtrekken met een plastiekfolie van een aantal platen samen om gemakkelijk te transporteren) was eind jaren negentig een machine aangekocht. Via een transportbaan werden de gesneden blokken getransporteerd tot vlak bij de verpakkingsmachine. Daar werden de platen afgeladen en manueel op de foliemachine gelegd, de folie werd errond gebracht en gelast. De pakketten werden er dan manueel afgehaald en op een pallet gelegd.
In Frankrijk ontstond een belangrijke markt van doe-het-zelvers die kleinere plaatformaten en kleinere verpakkingen vragen. Ook toepassingen zoals renovaties en gevelisolatie werken met kleinere plaatgroottes. Waar men voor de grote platen een cadans haalde van 60 m³/uur, daalde deze snelheid voor kleine platen tot slechts 30 m³/uur. Dat zorgde ervoor dat de snijmachine meer moest stilstaan. Met andere woorden: de volledige productieoutput daalde te sterk en de kostprijs van de kleine formaten werd hierdoor te duur, wat men niet voldoende kon doorrekenen in de verkoopprijs.
Om deze markt toch niet te moeten laten liggen, werd eind 2010 besloten voor die kleine formaten een specifieke lijn op te zetten. Via Desco, de leverancier van de eerste verpakkingsmachine waar men tevreden van was, kwam Isomo in contact met Fraxinus. Deze ontwierp en bouwde op basis van de Desco-verpakkingsmachine een robotinstallatie waarmee men drie diktes door elkaar kan verpakken.
Twee robots op rij
De nieuwe robotlijn heeft twee robotposities, beide uitgerust met een Fanuc M-410iB/300 robot (maximale polsbelasting 300 kg). De robotkeuze is mede bepaald door het maximale gewicht, het werkgebied en de verschillende krachten die de robot moet kunnen verwerken. De gesneden pakken - bestaande uit verschillende stapels achter elkaar, elk met een aantal platen (waarbij de plaatdiktes kunnen verschillen) - worden vanaf de snijmachine op een transportband aangevoerd. Bij de eerste robotpositie wordt stapel per stapel overgezet op een volgende rollenbaan die deze stapel tot op de ontstapelpositie brengt. De robot neemt er met zijn grijper telkens het juiste aantal platen van de stapel af en zet deze af op de rollenbaan naar de verpakkingsmachine. Is het aantal platen van de aangeboden dikte op de stapel minder dan de hoeveelheid die in een verpakking gaat, dan worden ze door de robot op een van de wachtposities gelegd. Zijn er op een specifieke wachtpositie voldoende platen van deze dikte voor een pak, dan zet de robot dat pakket door vanuit de wachtpositie naar de inpakmachine.
Via de rollenbaan gaat het naar de foliemachine, waar het pakket met folie wordt omwikkeld en waar de folie wordt dichtgelast. Taktijd van de verpakkingsmachine is acht seconden. Er is bewust niet gekozen voor krimpfolie om zeker geen beschadiging te hebben aan de Isomo-platen (die onder de hogere temperatuur zouden kunnen smelten). De verpakte platen gaan per rollenbaan naar een tweede robot die zorgt voor het stapelen van de pakken volgens het gewenste patroon op het gepaste pallet. Er kunnen tot drie verschillende diktes door elkaar worden verwerkt, en dus op drie verschillende palletten worden gestapeld. Tussen de twee robots is er een labelprinter en –aanbrenger, waardoor het pakket wordt gelabeld zoals het hoort.
PC-PLC-combinatie
Het geheel wordt gestuurd en bediend vanuit een PC. De PC stuurt via ethernet de etikettenprinter, de robotcontrollers, de controller van de inpakmachine en de PLC (Siemens S7) die de rest van de lijn bedient. De PLC stuurt de pneumatisch werkende grijpers aan, alsook de aanvoertransportband en de afvoerrollenbanen. De rollenbanen zijn beide aangedreven met SEW-motorreductor en kettingoverbrenging naar de rollen, in snelheid gestuurd vanuit een Lenze frequentiesturing die via Profibus communiceert met de PLC.
Vandaag moet een operator per aankomende verzaagde blok in de PC een ‘behandelingsrecept’ kiezen. Deze is voorgeprogrammeerd en functie van het type en het snijpatroon van de aankomende blok en het verpakkingspatroon dat men wenst. Voor de toekomst denkt men eraan deze aansturing op basis van barcodelezing op de machine en een centraal ERP-systeem te laten gebeuren. De programmatuur is er reeds op voorzien. Het supervisiesysteem, ontwikkeld door Fraxinus is zeer grafisch en laat toe visueel de werking te volgen, optredende storingen te lokaliseren, enz.
Pneumatische grijpers
De grijpers zijn specifiek op maat ontwikkeld door Fraxinus. Ze hebben een dubbel grijpsysteem: enerzijds twee zijwanden die tegen de Isomo-platen worden gedrukt en in de grijperwanden zitten een extra stel naalden die in de plaat worden gedrukt (waardoor deze niet onderuit kan zakken). De bediening van de zijwanden en de naalden gebeurt met behulp van pneumatische cilinders (Festo).
Er was de mogelijkheid om deze functies via een servo-spindelas te laten gebeuren. Het voordeel was dat men deze had kunnen integreren als zesde as in de robotsturing, maar de kostprijs ervan zou veel duurder geweest zijn, zeker omdat de regelmarge vrij beperkt moest zijn (er zijn vandaag 2 blokbreedtes: 100 en 120 cm).
Gefaseerde opstart
Fraxinus werd in december 2010 gecontacteerd. Op basis van de eerste ontwerpen van de robotlijn (toen nog met één plaatdikte per blok) plaatste Isomo de bestelling in januari 2011. Er werd tijdens het detailontwerp beslist om de flexibiliteit te verhogen door tot drie diktes per pak toe te laten. In maart kon aan de eigenlijke bouw worden begonnen.
De installatie ter plaatse gebeurde in twee delen. Het eerste deel - met de ontstapelrobot en de verpakkingsmachine - werd in dienst genomen op 6 juni 2011. Toen werd nog manueel gestapeld op palletten, maar het eigenlijk verpakken ging toch al snel (nuttig want juni is een drukke maand). Het eindstuk, de stapelrobot, werd in de stilstand van augustus 2011 geplaatst en succesvol opgestart. De snelheidswinst op de verpakkingslijn is groot: men kan met deze lijn 60 m³/uur en voor sommige types tot 80 m³/uur, dus het dubbele van vroeger, aan. Daardoor kan de nachtshift worden uitgeschakeld.