Che cos'è una pesatrice multitesta nel settore dell'imballaggio?

Le pesatrici multitesta sono pesatrici ad alta velocità, di qualità e quantitative in cui un microcontrollore gestisce diverse unità di pesatura e utilizza la matematica combinatoria per determinare e rilasciare il peso ottimale di un prodotto. A differenza delle bilance lineari, che sono quantitative e riempiono un singolo secchio fino al raggiungimento di un peso prestabilito, le pesatrici multitesta suddividono il prodotto sfuso in porzioni più piccole, le pesano in diverse tramogge e selezionano una serie di tramogge per soddisfare il peso target di una produzione.

Negli impianti di confezionamento alimentare automatizzati di diversi settori, una pesatrice multitesta funge da centro di distribuzione principale per i materiali e da processore di controllo principale per l'intero flusso di prodotti. È più di una pesatrice; le pesatrici multitesta controllano il flusso, la velocità e la precisione delle linee di produzione. La macchina confezionatrice nei sistemi verticali di riempimento e sigillatura e di inscatolamento ad alta velocità può lavorare solo con la stessa velocità e precisione delle pesatrici multitesta.

Le piccole e medie imprese (PMI) del settore dell'imballaggio a livello globale probabilmente daranno priorità a investimenti intenzionali e strategici, automatizzando completamente la produzione ad alta precisione e passando da operazioni manuali a operazioni semi-automatizzate. Il vantaggio finanziario più significativo di una pesatrice multitesta è la capacità di ridurre al minimo il "giveaway". Il "giveaway" è la quantità di prodotto in eccesso inclusa in una confezione per rispettare le normative nazionali, in base alle quali ogni confezione deve avere un determinato peso minimo, definito per legge. Nel caso della pesatura manuale, i dipendenti riempiono la confezione di alcuni grammi in più per evitare di essere penalizzati per una pesatura inferiore. Nel corso di milioni di confezioni, questo può diventare devastante. Una pesatrice multitesta riduce questo intervallo di riempimento eccessivo a frazioni di grammo. È per questo che è così efficiente dal punto di vista dei costi, in quanto converte il risparmio di tempo in profitto e offre un periodo di ammortamento estremamente rapido per il capitale investito.

Componenti principali di un sistema di pesatura multitesta

Per i responsabili degli impianti, nell'ambito della valutazione dell'affidabilità dell'apparecchiatura e della sua capacità di soddisfare gli standard igienico-sanitari, è utile avere una conoscenza di base dell'ingegneria strutturale del dispositivo per comprendere appieno il principio di funzionamento delle pesatrici multitesta. In una pesatrice multitesta di alta qualità, i diversi componenti individuali possono essere un buon esempio di stretta integrazione tra componenti fisici ed elettronici.

• In alto Cono: Essendo la sezione più alta della macchina, il cono superiore serve come primo punto di contatto e riceve il materiale sfuso da un trasportatore inclinato a monte o da un elevatore a Z. Il cono superiore utilizza vibrazioni continue e controllate, regolandone l'ampiezza, per favorire la dispersione radiale a 360 gradi del prodotto sfuso verso i dosatori lineari.
• Lineare Alimentatore Padelle: Queste vasche di alimentazione, situate radialmente attorno al cono superiore e all'imbuto di alimentazione, raccolgono il prodotto sparso. Ogni vasca è dotata di un sistema vibrante indipendente, i cui parametri sono controllati per creare un flusso continuo e uniforme di prodotto verso le singole unità di alimentazione. Il design di ciascuna di queste vasche viene regolato per adattarsi alle particolari caratteristiche di flusso del prodotto trattato.
• Secchi di alimentazione (secchi di mantenimento): Questi secchi sono situati immediatamente sotto le vaschette di alimentazione lineare e, come unità di stoccaggio temporaneo, servono a mettere in scena il materiale. Nel momento in cui la tramoggia di pesatura al di sotto di una delle sue impostazioni si abbassa, il secchio di alimentazione apre i suoi cancelli per rifornire il secchio di pesatura. Questo sistema di stoccaggio evita che il cono superiore attenda il ciclo di ciascun secchio, facilitando così il funzionamento continuo.
• Pesare i secchi: In questa parte del processo di pesatura, la cosa più importante è la misurazione della massa. Nei telai delle macchine, e in tutte le parti che entrano in contatto con gli alimenti, viene utilizzato acciaio inox alimentare 304 o 316 di spessore compreso tra 1,5 e 2 mm. Le specifiche uniche di questi materiali garantiscono che non si verifichino microfratture durante anni di vibrazioni continue ad alta frequenza. Inoltre, i materiali utilizzati sono sicuri e presentano la massima resistenza alla corrosione causata dal contatto con acidi o sali.
• Celle di carico: La tecnologia delle celle di carico costituisce il sensore più importante di questa macchina. Ciascuno dei secchi di pesatura è dotato di 1 cella di carico estensimetrica che misura la forza verso il basso esercitata dall'articolo e la traduce in una misura di peso. I sensori sono in grado di rilevare le variazioni di peso in 1 millisecondo e possono misurare gli articoli con una precisione di 0,1g - 1,5g, a seconda del volume o del peso dei singoli pezzi.
• Motori passo-passo: Ciascuna benna viene aperta e chiusa con un controllo specifico dell'angolo, della velocità e della forza di chiusura mediante motori passo-passo. Rispetto all'altra opzione che prevede l'uso di cilindri pneumatici, i motori passo-passo consentono un controllo migliore, in quanto sono in grado di controllare e regolare la posizione della paratoia della benna per evitare lo schiacciamento del prodotto.

Principio di funzionamento della pesatrice multitesta Passo dopo Passo

Per avere una vera padronanza dell'imballaggio, è necessario comprendere il principio di funzionamento della pesatrice multitesta in azione.

Fase 1: Alimentazione e distribuzione del materiale

Il processo inizia con un elevatore a Z a monte che rilascia le materie prime sul cono superiore. Un sensore fotoelettrico situato sopra il cono superiore determina lo spessore del letto di prodotto. Se lo spessore è troppo sottile, il sensore ordina all'elevatore di erogare più prodotto, ottimizzando la velocità di alimentazione. Se lo spessore è eccessivo, il sensore ordina all'elevatore di fermarsi. Questo ciclo di feedback previene i danni strutturali e la pressione costante del materiale. Con l'aiuto delle vibrazioni, il cono superiore distribuisce il prodotto alle vaschette di alimentazione lineare. Queste vasche, grazie all'uso di specifiche frequenze di vibrazione, distribuiscono e separano uniformemente il prodotto, creando un flusso costante. Le vibrazioni dei vassoi fanno sì che il materiale venga raschiato dal bordo, consentendo di farlo cadere attraverso un imbuto o direttamente nell'area di stoccaggio dei secchi di alimentazione.

Fase 2: pesatura indipendente nelle tramogge

Quando i secchi di alimentazione contengono il materiale stagnato, i loro cancelli inferiori si aprono contemporaneamente, rilasciando il prodotto nei moduli della tramoggia di pesatura situata direttamente sotto. È qui che viene misurato il prodotto. Ogni tramoggia di pesatura è dotata di celle di carico ad alta precisione che misurano istantaneamente il valore del materiale nelle tramogge. I sensori sono sottoposti a un processo chiamato stabilizzazione in una frazione di secondo. Il processo filtra qualsiasi rumore di vibrazione meccanica circostante proveniente dalla fabbrica attraverso un meccanismo chiamato filtro passa-basso digitale. Quindi i sensori inviano il valore della massa alla scheda principale dell'MCU centrale. Esempio: il sistema rileva che la tramoggia A ha 25 g, la tramoggia B ha 32 g, la tramoggia C ha 18 g e così via, per l'intero numero di capi. I sistemi più sofisticati dispongono di una funzione di autostop. Se i sensori rilevano che troppe tramogge sono vuote, il sistema interrompe il ciclo di pesatura per consentire al flusso di stabilizzarsi ed evitare miscele parziali.

Fase 3: La magia dell'algoritmo di combinazione

La vera magia del principio di funzionamento della pesatrice multitesta deriva dalla potenza degli algoritmi di pesatura combinati al computer. Supponiamo che la linea di produzione abbia un obiettivo di peso della confezione di 100g. La CPU centrale invia i pesi di tutte le tramogge al controllore della testa e il microcomputer non tenta di riempire una singola tramoggia fino a 100 g esatti. Al contrario, il microcomputer calcola istantaneamente tutte le possibili combinazioni matematiche delle tramogge.

Per una tipica pesatrice a 14 teste, in meno di un decimo di secondo il microcontrollore valuta migliaia di combinazioni di peso. Il microcontrollore cerca di identificare la combinazione che produce 100 g, o il peso più vicino possibile a 100 g (ad esempio, 100,2 g), evitando e scartando rigorosamente tutte le combinazioni che non raggiungono il peso desiderato, in conformità con le leggi sulla tutela dei consumatori. Quando il sistema calcola che Hopper A (25g) + Hopper D (31g) + Hopper G (44g) sono 100g, il microcontrollore ha una soluzione matematica perfetta. Il microcontrollore invia un segnale di controllo ai motori passo-passo delle tramogge A, D e G e gli otturatori si aprono. I 100 g di materiale vengono scaricati in modo pulito attraverso lo scivolo di scarico centrale verso la lattina, i contenitori più grandi, il tubo di carta composita o la busta preconfezionata pronta per l'uso con una confezionatrice rotativa.

Tipi di pesatrici multitesta per diversi materiali

Poiché le fabbriche lavorano un'ampia gamma di prodotti, le bilance combinate offrono un'immensa versatilità.

Modelli ad alta velocità per granuli e snack secchi

Progettati per la precisione e la velocità, questi modelli eccellono in ambienti ad alto volume e alta precisione che trattano granuli. I prodotti includono frutta secca, cibo secco per animali, snack estrusi, cereali, caffè e riso. Le superfici di contatto delle vaschette e delle tramogge lineari sono costituite da superfici micro-tagliate standard o da acciaio inox liscio standard, a seconda del coefficiente di attrito del prodotto. La superficie a fossette riduce l'area di contatto e quindi garantisce che i granuli oleosi o umidi non diventino appiccicosi. Il design complessivo garantisce un flusso rapido del prodotto e una stabilizzazione istantanea delle celle di carico. Questo tipo di pesa in testa è stato progettato per adattarsi alla velocità di macchine per l'aggraffatura ad alta velocità delle lattine o insaccatori VFFS per garantire che l'apparecchiatura a valle sia pienamente utilizzata e funzioni al meglio.

Modelli a bassa caduta per snack fragili

I prodotti da imballaggio come frutta liofilizzata, biscotti da forno e patatine possono perdere la loro integrità e rompersi facilmente durante il confezionamento. Le comuni cadute per gravità portano il prodotto a rompersi quando tocca le pareti metalliche della tramoggia di confezionamento, causando rotture inaccettabili e polvere nell'area di confezionamento. Le pesatrici multitesta a bassa caduta alimentano il prodotto in modo da ridurre l'energia cinetica del prodotto. In sostanza, la progettazione modifica la geometria interna della macchina. Gli angoli di scorrimento degli scivoli di scarico vengono resi molto meno profondi e la distanza verticale viene compressa al massimo tra il cono superiore, i secchi di alimentazione e i secchi di pesatura. In questo modo, il design della macchina favorisce lo scorrimento del prodotto e non la sua caduta libera. Questo design ha lo scopo di proteggere il prodotto durante le diverse fasi, dall'alimentazione alla rinfusa al confezionamento.

Dosatori a vite per alimenti appiccicosi

La maggior parte delle pesatrici multitesta standard a vibrazione fallisce quando si maneggiano prodotti appiccicosi o prodotti freschi umidi, viscosi o fortemente marinati. I prodotti che rientrano in questa categoria sono i pezzetti di cibo umido per animali domestici, i piatti pronti, la carne fresca tagliata a cubetti e la frutta conservata appiccicosa. Questi prodotti si attaccano alle pentole in acciaio inossidabile e le vibrazioni li fanno comprimere e rimanere nella pentola invece di avanzare. Per risolvere questo problema di fluidodinamica, i sistemi a vite sono stati integrati per sostituire l'alimentazione lineare a vibrazione. Al loro posto, nelle vaschette di alimentazione sono installate coclee motorizzate. Queste coclee spingono e prelevano attivamente il prodotto appiccicoso, assicurando che i secchi di alimentazione siano completamente riempiti e che la quantità di prodotto fornita sia la stessa, indipendentemente dal grado di umidità o di appiccicosità del prodotto.

Come scegliere: 10 vs 14 vs 24 teste

Quando si sceglie la giusta configurazione di bilance combinate, è importante adattare i parametri tecnici della macchina alla produzione prevista della fabbrica, al budget disponibile e ai tipi specifici di materiale da trattare.

Quando si parla di impianti di produzione per PMI, l'investimento più logico è la pesatrice multitesta a 14 teste. Le pesatrici a 14 teste sono modelli standard industriali progettati per pesare con elevata precisione. Pesano in un unico intervallo che va da 10g a 3000g, con una variazione dell'accuratezza di pesatura di soli 0,1g - 2g. A seconda del peso del prodotto, le pesatrici multitesta a 14 teste hanno capacità di tramoggia di 1,6 o 2,5 litri e supportano un riempimento continuo fino a 60-120 confezioni al minuto. La pesa a 14 teste è dotata di servocomandi attivi e di un sistema di controllo intelligente MCU con un pannello a sfioramento da 7 pollici. La pesatrice multitesta a 14 teste è progettata per cambiare rapidamente le linee di produzione. Il sistema consente la produzione di più prodotti senza modifiche manuali. Le linee di produzione possono passare da 50 g di caffè a 500 g di riso in pochi secondi.

Guida alla risoluzione dei problemi comuni per gli ingegneri

Anche le apparecchiature di alto livello con sistemi MCU presentano problemi comuni. La risoluzione dei problemi, la manutenzione e i protocolli operativi sono fondamentali per il miglioramento e l'esperienza dell'utente.

• Pesatura imprecisa: Non rimuovere ancora i sensori di pesatura. Utilizzare la funzione di calibrazione dello zero del software dal touch screen dell'MCU per avviare la calibrazione dello zero.
  • Controllare il pavimento della fabbrica. Le celle di carico sono molto sensibili e possono essere influenzate dalla pressione dell'aria. Assicuratevi che non vi siano forti correnti d'aria provenienti da impianti HVAC o grandi ventilatori industriali che soffiano sui secchi di pesatura.
  • Esaminare le vibrazioni fisiche. Assicuratevi che la pesatrice multitesta sia posizionata su una propria struttura di supporto non collegata alla confezionatrice o all'aggraffatrice a valle, in modo da essere il più possibile esente da grandi vibrazioni.
• Polvere della cella di carico ed errori del sensore: In ambienti che trattano prodotti farmaceutici, materiali in polvere o polverosi, le particelle di polvere fine si incastrano nelle piccole fessure intorno alla cella di carico e causano il blocco dei sensori e la visualizzazione di messaggi di errore.
  • La pulizia è molto importante. Se l'apparecchiatura non ha un grado di impermeabilità IP di alto livello, superiore ai livelli di lavaggio, le squadre di sanificazione non possono utilizzare il lavaggio ad alta pressione in nessun punto dell'apparecchiatura.
  • Gli ingegneri devono utilizzare aria compressa secca e spazzole antistatiche per rimuovere la polvere dagli interstizi del sensore.
• Blocco del materiale nelle tramogge: Se il prodotto non riesce a scaricarsi completamente quando si aprono i portelli della benna, accedere innanzitutto al pannello MCU e verificare i parametri del motore passo-passo. Assicurarsi che l'angolo di apertura programmato e il tempo di permanenza della porta aperta siano sufficienti per il volume e la portata del prodotto.
  • Se la configurazione meccanica è corretta ma il materiale (orsetti gommosi o snack molto salati) si attacca all'acciaio, l'acciaio inox standard 304 non è sufficiente. La risposta ingegneristica consiste nel sostituire le tramogge standard con quelle placcate in teflon (PTFE) o con modelli speciali dotati di fossette che riducono l'attrito superficiale e l'appiccicosità.

Sintesi e passi successivi

Il primo passo per trovare una pesatrice multitesta adatta è la comprensione dei vostri requisiti specifici di movimentazione dei materiali e dei vincoli di spazio. Una pesatrice raggiunge la massima efficienza solo quando è perfettamente integrata in un ecosistema più ampio e performante.

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