Caffè da asporto con azionamenti AC ad elevata dinamica

Il caffè “da asporto” sa di chicchi appena macinati.

La bevanda calda riscalda lo stomaco senza bruciare le dita e può essere gustata senza versare una sola goccia. Anche se spesso non prestiamo molta attenzione ai bicchieri di carta, devono soddisfare giorno dopo giorno elevati standard di qualità. Allo stesso tempo, miliardi di prodotti identici devono essere realizzati in modo efficiente in termini di costi. Le macchine che consentono di soddisfare queste esigenze sono fornite da Michael Hörauf Maschinenfabrik GmbH and Co. KG, un'azienda tradizionale con sede nella città sveva di Donzdorf. Oltre alle macchine di fascia alta per la produzione efficiente di bicchieri di carta, il portafoglio dell'azienda comprende anche soluzioni specifiche per aziende di marca per la produzione interna di imballaggi in carta laminata. La BMP 100 Compact della serie di macchine BMP 100 è progettata per produrre in modo economico tazze per bevande calde e fredde (ad es. caffè). Al contrario, la BMP 100 Super è progettata per produrre tazze da imballaggio di grandi volumi (ad es. per snack, popcorn, noodles). Entrambe le macchine possono lavorare sia sul fustellato che sul rotolo. A seconda delle dimensioni, è possibile raggiungere velocità di ciclo fino a 180 tazze al minuto. La competenza dell'azienda si basa su molti anni di esperienza e una vasta conoscenza nel campo della risagomatura e giunzione di carta o composito di carta.

Le sfide d’ingegnerizzazione dell’azionamento

Il fulcro della macchina è l'unità a forma di coppa o "stella". Questa unità ha un diametro di circa 1 m ed è dotata di punte centrali. L'unità deve essere accelerata e decelerata durante ognuno dei 180 cicli al minuto. Questo compito di azionamento meccanicamente impegnativo è gestito da un motore asincrono. In passato, due problemi si sono verificati frequentemente a causa degli stati operativi rigenerativi durante i processi di frenatura: in primo luogo, i picchi di tensione hanno messo a dura prova gli azionamenti e quindi hanno portato a guasti. In secondo luogo, l'energia rigenerativa è stata convertita in calore durante la frenata, per cui la temperatura della resistenza di frenatura è salita a 80°C. A causa dell'utilizzo di carta altamente infiammabile, non è stato possibile installare le resistenze di frenatura all'esterno dei quadri elettrici. Il calore in eccesso doveva quindi essere scaricato dai quadri elettrici con un costo significativo. Alla luce di questa situazione, i progettisti Hörauf hanno deciso di trovare una soluzione di azionamento adeguata che soddisfacesse gli elevati requisiti meccanici senza generare calore.

Soluzione: inverter con controllo vettoriale ad anello aperto

Gli ingegneri di Yaskawa avevano proprio quello che l’azienda stava cercando. L'inverter GA700, introdotto per la prima volta nel 2015, offre i consueti vantaggi degli inverter Yaskawa con una serie di caratteristiche supplementari: capacità di carico, longevità e qualità sono garantite grazie al design delle unità. Le unità sono progettate per resistere a dieci anni di funzionamento continuo ad un carico dell'80% della sua capacità massima. Gli azionamenti funzionano a temperature fino a 50°C senza perdita di prestazioni. Gli utenti beneficiano di percentuali di guasto molto basse e di un impegno di manutenzione minimo. In questo caso, l'uso di un controllo vettoriale di corrente altamente dinamico (controllo vettoriale ad anello aperto) ha anche minimizzato l'overshoot della meccanica, nonché gli effetti generativi e i picchi di tensione. In termini concreti, i picchi di tensione sono stati ridotti del 30%, con di conseguenza un minore sviluppo di energia rigenerativa. La temperatura delle resistenze di frenatura corrisponde ora alla temperatura ambiente. I motori a induzione e i motori sincroni a magneti permanenti raggiungono la piena coppia anche a velocità molto basse senza feedback dell'encoder, grazie al controllo vettoriale ad anello aperto. Come mostra l'esempio del BMP 100 Compact, il motore a induzione dimostra un'elevata precisione di controllo. La funzionalità del GA700 in abbinamento con i motori sincroni a magneti permanenti riflette persino quella dei servoazionamenti.

Convertitore di frequenza GA700

Oltre alla maggiore velocità del controllo vettoriale ad anello aperto, l'inverter GA700 ottimizza continuamente i parametri dell'applicazione durante il funzionamento. Pertanto, Yaskawa supporta gli ingegneri nella pianificazione, messa in servizio e funzionamento attraverso una varietà di funzioni intelligenti.

In termini di nuove funzionalità, GA700 ha uno slot per schede SD, interfaccia Bluetooth e orologio in tempo reale. Ciò consente, ad esempio, la registrazione accurata dei profili di carico o offre supporto al tecnico dell'assistenza durante il troubleshooting.

GA700 può essere avviato rapidamente e facilmente tramite il pannello di controllo, un PC o uno smartphone. L'app mobile Yaskawa DriveWizard consente inoltre di salvare i parametri nel cloud o di condividerli con altri collaboratori. Questo fa sì che che i dispositivi della serie 700 possano essere installati e messi in funzione nel minor tempo possibile senza la necessità di conoscenze specialistiche. Possono anche essere utilizzati molto facilmente senza una notevole esperienza precedente.

Grazie a caratteristiche integrate come il filtro EMC, l'alimentazione DC 24 V interna con ulteriori 150 mA per alimentare sensori esterni (ad es. sensori di temperatura o pressione) e la sicurezza funzionale secondo lo standard STO SIL3, GA700 può essere utilizzato anche in applicazioni ad alto rischio senza la necessità di misure di sicurezza esterne.

In conclusione

Quando una pesante unità a tazza con un diametro di 1 m viene accelerata e frenata 180 volte al minuto, il risultato sono carichi meccanici elevati e temperature particolarmente elevate. Utilizzando il convertitore di frequenza GA700 di Yaskawa, Michael Hörauf Maschinenfabrik è riuscito a superare questa sfida. L'uso di questi azionamenti a inverter ha comportato una riduzione del 30% dei picchi di tensione del ciclo e una riduzione delle perdite dell'azionamento. Inoltre, il robusto drive GA700 consente di ridurre la temperatura delle resistenze di frenatura alla temperatura ambiente, ottimizzando così le prestazioni di raffreddamento dell'intera macchina.