BR112020001054B1

BR112020001054B1 - Método para embalar uma carga, e, máquina de embalagem

Info

Publication number: BR112020001054B1
Application number: BR112020001054-5A
Authority: BR
Inventors: Mauro Cere'
Original assignee: Aetna Group S.P.A.
Priority date: 2017-07-20
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2023-12-12
Also published as: BR112020001054A2; WO2019016752A1; CN111094135B; ES2875785T3; CN111094135A; US20200231312A1; EP3655333B1; US11345493B2; IT201700082727A1; EP3655333A1

Abstract

Um método para embalar uma carga (100) com uma película (50) por meio de uma máquina de embalar (1) provida de um aparelho de desenrolamento (10) compreendendo um carretel (51) de película (50), um par de rolos de pré-estiramento (4, 5) para desenrolar e esticar a dita película (50), pelo menos um rolo de retorno (8) disposto para desviar a película (50) em direção à carga (100) e pelo menos um sensor de força (9) associado ao rolo de retorno (8) e disposto para medir uma força de enrolamento da dita película (50) que está engatado no rolo de retorno (8) e enrolar em torno da carga (100), compreendendo as seguintes etapas: - girar o aparelho de desenrolamento (10) e a carga (100) um em relação ao outro em torno de um eixo geométrico geométrico de embalagem (W) com uma velocidade de rotação (ômega) e desenrolar a película (50) a partir do carretel (51) girando os rolos de pré-estiramento (4, 5), a fim de embalar a dita carga (100) com uma série de bandas de película (50) (etapa 1); medir uma força de embalagem efetiva (Fm) da película (50) pelo sensor de força (9) (etapa 2); - filtrar a força de embalagem efetiva (Fm) por um primeiro filtro com uma primeira faixa passante (delta F) que é uma função de uma força de embalagem definida (Fd) e um erro (...).

Description

[001] A invenção se refere às máquinas e métodos para embalar uma carga com película ou folha de plástico, em particular os esticáveis a frio. Em particular, a invenção se refere a um método para controlar e ajustar a embalagem de película em torno de uma carga em uma máquina de embalagem e a uma máquina de embalagem que implementa esse método de embalagem.

[002] As máquinas de embalagem conhecidas compreendem um aparelho de desenrolamento que suporta um carretel a partir do qual a película é desenrolada para ser enrolada em torno da carga de modo a formar uma série de tiras ou faixas com um arranjo helicoidal, graças à combinação de movimentos lineares e giratórios relativos entre o aparelho de desenrolamento e a carga, este último tipicamente formado por um ou mais produtos, por exemplo, agrupados em um palete ou paleta.

[003] Nas máquinas de embalagem providas de uma mesa giratória para suportar a carga, esta é girada em torno de um eixo geométrico vertical de embalagem, enquanto o aparelho de desenrolamento é movido verticalmente com movimento recíproco ao longo de uma coluna fixa da máquina.

[004] Nas máquinas de embalagem providas com um anel giratório horizontal ou um braço giratório, a carga permanece fixa durante a embalagem, enquanto o aparelho de desenrolamento é movido em relação a este último, girando em torno de um eixo geométrico de embalagem vertical e movendo-se em uma direção paralela através do último. Para este fim, o aparelho de desenrolamento é fixado a uma estrutura em anel ou a um braço suportado rotativamente pela estrutura da máquina, a fim de girar em torno da carga.

[005] Em particular, nas máquinas de embalagem por anel horizontal, o aparelho de desenrolamento é fixo à estrutura do anel, ou anel giratório, que é suportado rotativamente por uma estrutura ou carro móvel, de modo a girar em torno de um eixo geométrico de embalagem vertical. O carro móvel, por sua vez, é montado de maneira deslizante em uma estrutura fixa da máquina de embalagem, de modo a se mover paralelamente ao eixo geométrico de embalagem vertical. Nas máquinas de embalagem com um braço giratório, o aparelho de embalagem é fixado de forma deslizante ao braço, de modo a ser deslocado linearmente ao longo do último, paralelo ao eixo geométrico de embalagem. Ao fazer isso, em ambos os tipos de máquinas, o aparelho de desenrolamento de película é móvel ao longo e em torno do eixo geométrico de embalagem, enquanto a carga a ser embalada permanece fixa.

[006] Nas máquinas de embalagem em anel vertical, a carga é movida horizontalmente através do anel giratório, enquanto o aparelho de desenrolamento gira com o último em torno de um eixo geométrico de embalagem horizontal. Nesse caso, o anel rotativo é suportado rotativamente pela estrutura principal fixada na máquina de embalagem.

[007] O aparelho de desenrolamento é geralmente provido com um par de rolos de pré-estiramento, compreendendo um rolo lento e um rolo rápido, respectivamente a montante e a jusante, com referência ao movimento da película, a fim de esticar e desenrolar a película elástica e um ou mais rolos de desvio ou retorno para desviar a película em direção à carga durante o desenrolamento.

[008] Pelo ajuste adequado da diferença entre a velocidade de rotação dos dois rolos de pré-estiramento, é assim possível esticar ou alongar uma quantidade definida, de acordo com uma porcentagem determinada de pré-estiramento ou alongamento, a película na saída do aparelho de desenrolamento antes de ser enrolado em torno da carga, para aproveitar melhor a película disponível e alterar as características mecânicas do material da própria película, em relação ao produto a ser embalado. Pelo ajuste da velocidade de rotação dos rolos de pré-estiramento, também é possível variar a velocidade de desenrolamento da película do carretel ou a velocidade com que a película sai do aparelho de desenrolamento.

[009] O aparelho de desenrolamento geralmente compreende um motor elétrico capaz de girar um dos dois rolos de pré-estiramento que atua como um rolo de acionamento (mestre) (normalmente o rolo rápido) e que aciona, através de um grupo de transmissão mecânica, o outro rolo de pré- estiramento que atua como um rolo acionado (escravo), normalmente o rolo lento. Desse modo, uma taxa de transmissão é fixada entre o rolo rápido e o rolo lento com base no pré-estiramento ou alongamento que deve ser aplicado à película.

[0010] Também existem aparelhos de desenrolamento conhecidos providos com um par de motores elétricos, dispostos para operar os dois rolos de pré-estiramento separadamente e independentemente, de modo a possibilitar variar o alongamento da película, ou seja, a porcentagem de pré- estiramento ou alongamento, mesmo durante a embalagem da carga.

[0011] Na operação das máquinas de embalagem, sabe-se que é difícil manter uma força constante ou tensão de embalagem da película ao redor da carga durante a embalagem, a fim de garantir um valor da dita força de embalagem adequada e apropriada para o tipo de carga a ser embalada. Também é conhecida a necessidade de controlar e limitar a força de embalagem para evitar a quebra da película.

[0012] De fato, a força de embalagem varia para cada rotação da embalagem em relação ao tamanho, forma ou seção transversal da carga a ser embalada, sua posição em relação ao eixo geométrico de embalagem, isto é, a posição angular relativa entre a carga e o aparelho de desenrolamento. As variações na força de embalagem também podem ser marcadas consideravelmente, especialmente no caso de cargas com seções estreitas e longas ou seções largas e curtas.

[0013] Existem máquinas e métodos de embalagem conhecidos que preveem manter a força de embalagem quase constante, variando adequadamente a velocidade na qual a película desenrola, isto é, sua velocidade de saída do aparelho de desenrolamento através do controle de realimentação da velocidade de rotação dos rolos de pré-estiramento.

[0014] Existem sensores providos para esse fim (por exemplo, sensores de posição angular associados aos rolos dançarinos, codificadores montados em rolos de retorno, sensores de torque montados em motores) que são capazes de medir direta ou indiretamente a força da película e enviar um sinal para uma unidade de controle da máquina de embalagem, sendo a referida unidade de controle capaz de intervir no motor ou nos motores dos rolos de pré-estiramento para aumentar ou diminuir sua velocidade de rotação.

[0015] Esses sistemas de controle de realimentação, além de serem caros e difíceis de ajustar e regular, nem sempre são capazes de garantir ajustes precisos e força de embalagem precisa. De fato, no controle de realimentação da velocidade dos rolos de pré-estiramento, esses sistemas de controle geralmente não levam em consideração a velocidade de rotação relativa entre o aparelho de desenrolamento e a carga sobre o eixo geométrico de embalagem vertical. No entanto, a velocidade de rotação do aparelho de desenrolamento também afeta significativamente a tensão da película durante a embalagem.

[0016] Além disso, no caso de máquinas de embalagem de alto desempenho, devido às altas velocidades de rotação do aparelho de desenrolamento, os sistemas de controle conhecidos não permitem um ajuste de realimentação eficaz e oportuno da velocidade com que a película se desenrola do rolo em relação às variações da tensão ou força da embalagem da película.

[0017] Essa desvantagem é ainda mais acentuada e evidente no caso de máquinas de embalar por anel com um motor ou motores que acionam os rolos de pré-estiramento montados na estrutura e não no aparelho de desenrolamento. Nesse caso, os meios de transmissão de movimento necessários para conectar o motor a um dos rolos de pré-estiramento, devido ao seu comprimento e complexidade, criam um atraso adicional no controle de realimentação dos rolos de pré-estiramento, como para tornar o sistema inadequado para operação em altas velocidades de rotação do anel e do aparelho de desenrolamento.

[0018] Existem máquinas e métodos de embalagem conhecidos que preveem controlar a velocidade do desenrolamento da película e/ou a quantidade de película a desenrolar a cada rotação do aparelho de desenrolamento em torno da carga ou vice-versa, dependendo do tamanho do último.

[0019] A patente US 5123230 descreve uma máquina de embalagem por anel vertical em que está previsto o ajuste e controle da velocidade de rotação de um rolo para desenrolar a película, a fim de manter uma tensão de embalagem desejada da película em torno da carga, com base em uma sequência de valores calculada por uma unidade de controle da máquina a partir do tamanho da própria carga.

[0020] Estas máquinas de embalagem e os métodos de embalagem relacionados, no entanto, não garantem qualidade satisfatória na embalagem da película para qualquer velocidade de rotação do aparelho de desenrolamento ao redor da carga. Em particular, elas não garantem uma tensão constante de enrolamento da película ao redor da carga a qualquer velocidade de rotação. Além disso, ao desenrolar uma quantidade predefinida de película para cada rotação, são detectadas variações na tensão de enrolamento entre a faixa ou faixas de película enroladas com movimento helicoidal na porção central da carga e aquelas enroladas com movimento circular nas porções das extremidades superior e inferior da carga. A fim de estabilizar a carga e consolidar a embalagem, é de fato conhecido embalar as ditas porções de extremidade com uma pluralidade de bandas de película sobrepostas.

[0021] Se a quantidade predefinida de película for tal que assegure a tensão correta da película nas porções de extremidade, a tensão de embalagem na porção central pode ser alta e levar a uma contração excessiva da altura da película, com um consequente aumento no consumo deste último. Vice-versa, se a tensão de embalagem na porção central estiver correta, a tensão de enrolamento nas porções de extremidade pode ser insuficiente, levando a um afrouxamento das bandas.

[0022] Além disso, para a embalagem correta da carga, é necessário conhecer com precisão a forma e o tamanho e a mesma é ajustada (ou seja, não há saliências) e centrada em relação ao eixo geométrico de embalagem.

[0023] Um objetivo da invenção é melhorar os métodos conhecidos para embalar uma carga com uma película de material plástico em máquinas de embalagem.

[0024] Outro objetivo é prover um método de embalagem que permita monitorar e manter uma força substancialmente constante de embalagem da película enrolada em torno da carga, mesmo para altas velocidades de rotação de um aparelho de desenrolamento de película em relação à carga e/ou independentemente do tamanho e formato da carga e sua posição dentro da máquina.

[0025] Um outro objetivo é prover uma máquina de embalagem e um método de embalagem que garantam alta qualidade na embalagem da película ao redor do produto.

[0026] Em um primeiro aspecto da invenção, está previsto um método para embalar uma carga com uma máquina de embalagem de acordo com a reivindicação 1.

[0027] Em um segundo aspecto da invenção, está prevista uma máquina de embalagem que utiliza o método do primeiro aspecto e de acordo com a reivindicação 11.

[0028] A invenção pode ser melhor compreendida e implementada com referência aos desenhos anexos que ilustram uma modalidade, a título de exemplo não limitador, em que: - Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma máquina de embalagem de acordo com a invenção e associada com uma carga a ser embalada; - Figura 2 é uma vista em planta esquemática de um aparelho de desenrolamento de película da máquina de embalagem na figura 1; - Figura 3 é um diagrama de blocos que ilustra componentes da máquina de embalagem na figura 1; - Figura 4 é um diagrama de blocos que ilustra o método da invenção para controlar um processo de desenrolamento realizado pela máquina de embalagem da figura 1.

[0029] Com referência à figura 1, a máquina de embalagem 1 de acordo com a invenção é esquematicamente ilustrada, disposta para envolver um produto ou carga 100 com uma película plástico 50, em particular uma película plástico extensível a frio.

[0030] Na modalidade mostrada a título de exemplo não limitativo, a máquina de embalagem 1 compreende um anel giratório horizontal 11, adaptado para girar em torno de um eixo geométrico de embalagem W, substancialmente vertical e suportado rotativamente por um carro de suporte 12 que é móvel linearmente ao longo de uma direção de movimento T substancialmente paralela ao eixo geométrico de embalagem W. O carro de suporte 12 é suportado de forma deslizante, por exemplo, por um par de pilares ou colunas 13.

[0031] A máquina de embalagem 100 é provida de um aparelho de desenrolamento 10 da película 50 fixo ao anel giratório 11 e compreendendo um carretel 51 de película 50, um par de rolos de pré-estiramento 4, 5 para desenrolar e estirar a película 50, pelo menos um rolo de retorno 8 disposto para desviar a película 50 em direção à carga 100 e pelo menos um sensor de força 9 associado ao rolo de retorno 8 e disposto para detectar uma força de embalagem da película 50 que está engatado no dito rolo de retorno 8 e enrolar em torno da carga 100.

[0032] O anel giratório 11 é girado em torno da carga 100 e do eixo geométrico de embalagem W com uma velocidade de rotação Q, enquanto o carro de suporte 12 é movido ao longo da direção de movimento T com uma velocidade de movimento linear Vt. Desta forma, o aparelho de desenrolamento 10 torna possível envolver a carga 100 e formar uma série de bandas de película 50 com uma disposição helicoidal.

[0033] O aparelho de desenrolamento 10 compreende uma placa de suporte 22 fixada ao anel giratório 11 e disposta para suportar rotativamente o carretel 51 da película 50, um primeiro rolo de pré-estiramento 4 e um segundo rolo de pré-estiramento 5 cooperando para desenrolar e pré-estirar a película 50, um primeiro motor 6 e um segundo motor 7, respectivamente, acoplados ao primeiro rolo de pré-estiramento 4 e ao segundo rolo de pré- estiramento 5 e destinados a girar separadamente o último em torno dos respectivos eixo geométricos longitudinais. O primeiro rolo de pré- estiramento 4, o chamado rolo rápido, que em relação ao movimento da película 50 é colocada a jusante do segundo rolo de pré-estiramento 5, o chamado rolo lento, gira mais rápido que o segundo rolo de pré-estiramento 5 para permitir que uma quantidade ou porcentagem definida da película 50 seja estirada ou alongada.

[0034] O primeiro rolo de pré-estiramento 4 é girado pelo primeiro motor 6, por exemplo, por meio de uma respectiva correia fechada em um laço nas polias conectadas a um eixo geométrico de suporte do primeiro rolo de pré-estiramento 4 e ao primeiro motor 6. De modo similar, o segundo rolo de pré-estiramento 5 é girado pelo segundo motor 7, por exemplo, por meio de uma respectiva correia fechada em um laço nas polias conectadas a um respectivo eixo geométrico de suporte do segundo rolo de pré-estiramento 5 e ao segundo motor 7.

[0035] Alternativamente, os rolos de pré-estiramento 4 e 5 podem ser acionados ou girados por um respectivo motor 6, 7 por meio de correntes, grupos de engrenagens e sistemas equivalentes para a transmissão de movimento.

[0036] Ainda alternativamente, os dois motores 6, 7 podem ser montados no carro de suporte 12 e acionar os respectivos rolos de pré- alongamento 4, 5 por meio de meios de transmissão compreendendo, por exemplo, elementos flexíveis, como correias ou correntes.

[0037] Em uma alternativa adicional, o aparelho de desenrolamento 10 pode compreender um único motor, montado no próprio aparelho de desenrolamento 10 ou no carro de suporte 12 e acionar um dos dois rolos de pré-estiramento, por exemplo, o primeiro rolo rápido de pré-estiramento 4, que, por sua vez, aciona o outro rolo de pré-estiramento através de um grupo de transmissão/redução de movimento.

[0038] A placa de suporte 22 do aparelho de desenrolamento 10 suporta rotativamente uma pluralidade de rolos de retorno 8, por exemplo três, dispostos para desviar a película 50 desenrolado do carretel 51 em direção aos rolos de pré-esticamento 4, 5 e em direção à carga 100.

[0039] Um dos rolos de retorno 8, por exemplo, o imediatamente a jusante do primeiro rolo de pré-estiramento 4 com referência à direção de desenrolamento da película 50, é montado na placa de suporte 22 pela interposição do sensor de força 9, que é portanto, capaz de medir a força ou tensão de embalagem da película 50 durante o processo de embalagem da carga 100. O módulo de transmissão 15 para transmissão sem fio de dados é montado no aparelho de desenrolamento 10 e conectado ao sensor de força 9 para receber dos últimos sinais relacionados às forças de embalagem efetivas Fm medidos e enviados a um módulo receptor 18 de uma unidade de controle 16 da máquina de embalagem 1.

[0040] O sensor de força 9 compreende, por exemplo, pelo menos uma célula de carga provida com medidores de esforço ou elementos sensíveis piezoelétricos, ou um sensor de força do tipo resistivo, ou outros sensores e dispositivos equivalentes capazes de detectar e medir uma força aplicada pela película 50 no rolo de retorno 8.

[0041] A unidade de controle 16, que compreende, por exemplo, um computador industrial do tipo PLC ou um computador pessoal PC, é capaz de gerenciar e controlar a operação de toda a máquina de embalagem 1 e, em particular, executar o procedimento ou método de embalagem da invenção descrito abaixo.

[0042] A máquina de embalagem 1 também compreende um módulo de acionamento 17 conectado e controlado pela unidade de controle 16 e disposto para operar e controlar os vários motores elétricos e/ou atuadores da dita máquina, incluindo os motores 6, 7 que giram os rolos de pré-estiramento 4, 5.

[0043] Com referência específica ao diagrama da figura 4, o método de embalagem para embalar uma carga 100 com uma película 50 por meio de uma máquina de embalagem 1 de acordo com a invenção provê as seguintes etapas: - girar o aparelho de desenrolamento 10 e a carga 100 um em relação ao outro em torno de um eixo geométrico de embalagem W com uma velocidade de rotação Q e desenrolar a película 50 a partir do carretel 51 girando os rolos de pré-estiramento 4, 5 do aparelho de desenrolamento 10 para embalar a carga 100 com uma série de bandas de película (etapa 1); - medir uma força de embalagem efetiva Fm da película 50 por meio do sensor de força 9 (etapa 2); - filtrar a força de embalagem efetiva (Fm) por meio de um primeiro filtro, por exemplo faixa passante, com uma primeira faixa passante ΔF que é uma função de uma força de embalagem definida Fd e um erro de leitura máximo estabelecido err do dito sensor de força 9, de modo a obter uma força de embalagem filtrada Fmf (etapa 3); - calcular por meio de um algoritmo de controle PID um comprimento instantâneo de película (Li) a ser dispensado por rotação do aparelho de desenrolamento 10 ou da carga 100 com base na força de embalagem filtrada Fmf (etapa 4); - filtrar o comprimento da película instantâneo Li por meio de um segundo filtro, por exemplo, uma faixa passante, com uma segunda faixa passante ΔL compreendendo uma faixa de valores admissíveis do comprimento da película instantânea a ser fornecida, de modo a obter um comprimento instantâneo da película filtrada Lif ( etapa 5); - calcular uma velocidade de rotação instantânea (W1, ay) de pelo menos um rolo de pré-estiramento 4, 5 do dito par de rolos de pré- estiramento com base no comprimento de película filtrada instantânea (Lif) e pelo menos na dita velocidade de rotação (H) (etapa 6); - girar o pelo menos um rolo de pré-estiramento 4, 5 do dito par de rolos de pré-estiramento com a dita velocidade de rotação instantânea (a1, a2) (etapa 7).

[0044] O método prevê a repetição da sequência de etapas de 2 a 7, que define um ciclo de detecção e cálculo, com uma determinada frequência ou intervalo de amostragem (por exemplo, a cada 100 ms) durante a embalagem da carga 100, a fim de ajustar a velocidade de rotação instantânea dos rolos de pré-esticamento 4, 5 e, portanto, a força de embalagem de maneira rápida e eficaz.

[0045] O método prevê ainda, na etapa 1, mover o aparelho de desenrolamento 10 ao longo da direção de movimento T, paralela ao dito eixo geométrico de embalagem W, com uma velocidade de movimento linear Vt, de modo a embalar a carga 100 e formar uma série de bandas da película 50 com um arranjo helicoidal.

[0046] No exemplo ilustrado nas figuras, o aparelho de desenrolamento 10 é fixo ao anel giratório 11 que gira com a velocidade de rotação Q em torno do eixo geométrico de embalagem W e a carga 100 que é estática e é movida pelo carro de suporte 12 ao longo da direção do movimento T com a velocidade de movimento Vt. O método prevê determinar as duas velocidades de rotação instantâneas WI, ay dos dois rolos de pré- esticamento 4, 5 e depois girar o último com as velocidades de rotação instantânea definidas a1, a2.

[0047] O erro de leitura máximo estabelecido err é, por exemplo, igual a ± 15-35% da força de embalagem definida Fd, sendo esta última selecionada pelo operador de acordo com o tipo de carga 100 a ser embalada e/ou as características da máquina de embalagem 1 e/ou a película plástica 50.

[0048] O método prevê, na etapa 3, filtrar a força de embalagem efetiva Fm para que esta última seja associada à força de embalagem filtrada Fmf quando pertencer à primeira faixa passante ΔF ou for descartada quando não pertencer à primeira faixa passante. Neste último caso, a força de embalagem filtrada Fmf está associada ou é igual a um valor limite inferior da força Finf ou um valor limite superior da força Fsup da primeira faixa passante ΔF. Mais precisamente, se a força de embalagem efetiva Fm for maior que os valores definidos pela primeira faixa passante ΔF, a força de embalagem filtrada Fmf será associada ao valor limite superior da força Fsup da primeira faixa passante ΔF. Vice-versa, se a força de embalagem efetiva Fm for menor que os valores definidos pela primeira faixa passante ΔF, a força de embalagem filtrada Fmf será associada ao valor limite inferior da força Finf da primeira faixa passante ΔF.

[0049] A primeira faixa passante ΔF compreende uma faixa de valores admissíveis da força de embalagem que é definida pela seguinte fórmula: (eq. 1.)

[0050] Dessa forma, é possível filtrar as forças efetivas de embalagem Fm medidas pelo sensor de força 9, descartando os valores das forças devido aos movimentos e/ou vibrações da máquina de embalagem 1 durante a operação e/ou devido à interferência na sinais das forças detectadas, para evitar instabilidade no controle da embalagem.

[0051] O método prevê, na etapa 4, calcular um comprimento instantâneo de película Li pelo algoritmo de controle PID de embalagem, que compreende a seguinte fórmula: (eq. 2) sendo que: en é o erro calculado como a diferença entre a dita força de embalagem filtrada (Fmf) e a força de embalagem definida (Fd) no momento da amostragem n (en= Fmf - Fd); en-1 é o erro calculado no momento de amostragem anterior n- 1; Kp é o coeficiente proporcional; Ki é o coeficiente integral; e Kd é o coeficiente de derivada.

[0052] O valor calculado pelo algoritmo de controle PID no instante de amostragem n é, portanto, o comprimento ou quantidade instantânea da película Li, expresso em metros e referente a uma rotação do aparelho de embalagem 10 ou da carga 100, que deve ser fornecida para trazer a força de embalagem efetiva Fm para coincidir com a força de embalagem definida Fd no próximo instante de amostragem n + 1.

[0053] De fato, como é conhecido, compensar um aumento na tensão ou força de embalagem da película, isto é, uma maior demanda de película pela carga durante a embalagem, requer o fornecimento de uma quantidade maior (ou comprimento) de película. Vice-versa, compensar uma diminuição na tensão ou força de embalagem da película, isto é, uma demanda reduzida de película pela carga, requer o fornecimento de uma quantidade menor de película. A tensão e a quantidade de película fornecida por rotação são de fato correlacionadas.

[0054] Deve-se observar que o valor calculado pelo algoritmo de controle PID é independente da velocidade de rotação Q do aparelho de desenrolamento 10 (ou da carga 100) em torno do eixo geométrico de embalagem W ou da velocidade de rotação dos rolos de pré-estiramento 4, 5 tomada individualmente, mas está ligado à razão entre a dita velocidade de rotação Q e a dita velocidade de rotação dos rolos de pré-estiramento, isto é, está ligado à razão do eixo geométrico elétrico na velocidade dos motores que movem o aparelho de desenrolamento e os rolos de pré-estiramento. Dessa maneira, o algoritmo de controle PID permite calcular uma quantidade de película a ser dispensada para compensar a variação na tensão ou força de embalagem do película, independentemente da rotação dos rolos de pré- estiramento e do aparelho de desenrolamento.

[0055] Os coeficientes proporcional Kp, integral Ki e derivado Kd do algoritmo de controle são parâmetros calculados empiricamente por procedimentos de calibração apropriados de um tipo conhecido, por exemplo, com os métodos de Ziegler-Nichols.

[0056] Deve-se notar que, se o erro en no instante de amostragem n for igual a zero, o valor do comprimento ou quantidade instantânea da película Li, calculado pela fórmula da eq. 2 do algoritmo de controle PID são dados pelos componentes integrais e derivados: (eq. 2)

[0057] O método da invenção prevê, na etapa 5, filtrar os valores do comprimento da película instantânea Li pelo segundo filtro com a segunda faixa passante ΔL, em particular associando o comprimento da película instantânea Li com o comprimento da película instantânea filtrada Lif quando o comprimento da película instantânea Li pertence à segunda faixa passante ΔL ou descartando esse comprimento de película instantânea Li quando não pertence à segunda faixa passante ΔL. Neste último caso, o comprimento instantâneo da película filtrada Lif está associado a um valor limite inferior da película Linf ou a um valor limite superior da película Lsup da segunda faixa passante ΔL. Mais precisamente, se o comprimento da película instantânea Li for superior aos valores definidos pela primeira faixa passante ΔL, o comprimento da película instantânea filtrada Lif será associada ao valor limite superior da película Lsup da segunda faixa passante ΔL. Vice-versa, se o comprimento da película instantânea Li for menor que os valores definidos pela segunda faixa passante ΔF, o comprimento de película instantânea filtrada Lif é associada ao valor limite inferior do película Linf da segunda faixa passante ΔF. Este último inclui a faixa de valores admissíveis do comprimento da película instantânea a ser fornecida e é definida pela seguinte fórmula: (eq. 3) sendo que: Sf é um comprimento da película inicial por rotação do aparelho de desenrolamento 10 ou da carga 100, determinado com base no tamanho e/ou a formato da última; A é um parâmetro igual a uma porcentagem definida do comprimento inicial da película.

[0058] Em outras palavras, a segunda faixa passante ΔL define o limite inferior e o limite superior do comprimento da película para desenrolar.

[0059] Deve-se observar que, ao definir a amplitude desta segunda faixa de passagem ΔL, é possível selecionar o modo de trabalho da máquina de embalagem 1.

[0060] Ao reduzir esse intervalo ΔL, é obtida a operação da máquina de embalagem, que é essencialmente semelhante à que pode ser obtida definindo-se um comprimento da película substancialmente constante a ser fornecida. Deve-se observar que este comprimento é, no entanto, variado durante a embalagem da carga 100 em relação aos valores efetivos, medidos em tempo real, da velocidade de rotação Q do anel giratório 11 e da velocidade de movimento Vt do carro de suporte 12.

[0061] Essa configuração é vantajosa ao embalar cargas ou produtos com o mesmo tamanho e/ou formato regular e com altas velocidades de rotação do anel giratório 11.

[0062] Pelo contrário, aumentando a amplitude da faixa de valores admissíveis do comprimento da película instantânea a ser fornecida, ou seja, a partir da segunda faixa passante ΔL, é possível variar cada vez mais o comprimento da película fornecida, pois essa variabilidade no fornecimento da película é adequada por exemplo, quando lotes de cargas ou produtos têm formas e tamanhos diferentes entre eles e/ou cargas irregulares, por exemplo, com uma seção estreita e alongada.

[0063] Também neste caso, ao limitar ainda mais os valores permitidos dos comprimentos da película a serem desembrulhados, é possível filtrar e eliminar valores excessivos dos comprimentos da película que podem não ser instantaneamente fornecidos pelos rolos de pré-estiramento 4, 5, impedindo assim instabilidade no controle da embalagem.

[0064] O método também prevê o cálculo da velocidade de rotação instantânea ©1, ©2 de pelo menos um dos rolos de pré-estiramento 4, 5 (ambos no exemplo mostrado), também com base na velocidade de movimento Vt do aparelho de desenrolamento 10 ao longo a direção do movimento T.

[0065] A velocidade de movimento linear Vt do aparelho de desenrolamento 10 é calculada pela fórmula: (eq. 4) onde: Hb é a altura (mm) do dito carretel 51 de película; Sr é a sobreposição (mm) exigida pelas bandas de película; Ω é a velocidade de rotação (rad/s) do aparelho de desenrolamento 10 ou da carga 100 ao redor do eixo geométrico de embalagem W.

[0066] A rotação dos rolos de pré-estiramento compreende, em particular, o controle e operação de pelo menos um motor 6, 7 disposto para girar pelo menos um respectivo rolo de pré-estiramento 4, 5 com a velocidade de rotação instantânea W1, W2.

[0067] A modalidade ilustrada da máquina de embalagem 1 prevê controlar e operar separadamente e independentemente, tanto o primeiro motor 6 que gira o primeiro rolo de pré-estiramento 4 quanto o segundo motor 7 que gira o segundo rolo de pré-estiramento 5.

[0068] Graças ao método de embalagem da invenção, é, portanto, possível controlar e manter uma tensão ou força de embalagem substancialmente constante da película 50 enrolada em torno da carga 100, também para altas velocidades de rotação H do aparelho de desenrolamento 10 ou da carga 100 e/ou independentemente do tamanho e formato da carga 100 e sua posição dentro da máquina de embalagem 1.

[0069] Com base nas forças de embalagem efetivas Fm medidas em tempo real pelo sensor de força 9, associado a um dos rolos de retorno 8 do aparelho de desenrolamento 10, é de fato possível calcular, usando o algoritmo de controle PID, um comprimento instantâneo Li da película a ser fornecida, que é independente da velocidade de rotação H do aparelho de desenrolamento 10 (ou da carga 100) e da velocidade de rotação dos rolos de pré-estiramento 4, 5 tomados individualmente, mas ligados à relação entre a dita velocidade de rotação Q e a dita velocidade de rotação dos rolos de pré- estiramento. Com base no comprimento da película instantânea, Li calculado dessa forma e subsequentemente filtrado Lif, com a velocidade de rotação Q do aparelho de desenrolamento 10 (ou da carga 100) e possivelmente a velocidade de movimento Vt deste último, a velocidade de rotação instantânea ©1, ©2 dos rolos de pré-estiramento 4, 5 são determinados subsequentemente e os motores elétricos 6, 7 são adequadamente acionados e controlados, o que causa a rotação dos referidos rolos de pré-estiramento 4, 5.

[0070] Dessa maneira, com cada variação na força de embalagem efetiva medida pelo sensor de força 9, e mais especificamente em função de um erro calculado como a diferença entre a força de embalagem filtrada Fmf e a força de embalagem Fd, a unidade de controle 16 da máquina de embalagem 1 é capaz de variar, dependendo da velocidade de rotação Q do aparelho de desenrolamento 10 (ou da carga 100) e possivelmente da velocidade de movimento Vt, a velocidade de rotação instantânea ©1, ©2 dos rolos de pré- estiramento 4, 5, a fim de fornecer o comprimento ou a quantidade necessária de película (comprimento filtrado instantaneamente Lif), de modo a recuperar a força de embalagem definida Fd.

[0071] Esse controle de realimentação é até eficaz para altas velocidades de rotação, Q como filtrar as forças de embalagem efetivas fm com base na primeira faixa passante ΔF (função de uma força de embalagem definida Fd e um erro de leitura máximo estabelecido do sensor de força 9) é possível eliminar os valores de força detectados pelo sensor de força 9 que são anômalos e/ou não indicativos porque são devidos a movimentos e/ou vibrações da máquina de embalagem 1 durante a operação e/ou também devido a interferências no sinal de força detectado. Este arranjo torna possível evitar instabilidade no controle da embalagem e corrigir rápida e eficientemente o fornecimento da película 50, de modo a manter a força de embalagem substancialmente constante.

[0072] Deve-se notar também que a estabilidade do método de controle também é garantida filtrando os comprimentos instantâneos da película Li a serem fornecidos por rotação do aparelho de desenrolamento 10 ou a carga 100 com base na segunda faixa passante ΔL, ou seja, limitando os valores permitidos dos comprimentos da película para desenrolar e eliminar os valores dos comprimentos excessivos de película que podem não ser fornecidos instantaneamente pelos rolos de pré-estiramento 4, 5.

[0073] Além disso, é possível definir vantajosamente a amplitude da segunda faixa de passagem ΔL para selecionar o modo de trabalho da máquina de embalagem 1. Ao reduzir esta segunda faixa passante ΔL, é obtida a operação da máquina de embalagem 1 que é substancialmente semelhante à que pode ser obtida definindo-se um comprimento de película substancialmente constante, enquanto o aumento da amplitude da segunda faixa passante ΔL torna possível variar ainda mais o comprimento da película fornecida, em particular quando lotes de cargas ou produtos têm formas e tamanhos diferentes entre si e/ou cargas irregulares, por exemplo, com seções estreitas e alongadas.

[0074] A máquina de embalagem e o método de embalagem da invenção garantem, assim, envolver a película em torno da carga de uma maneira eficiente e de alta qualidade, independentemente do tamanho e forma do último e também com altas velocidades de rotação do aparelho de desenrolamento 10.

Claims

1. Método para embalar uma carga (100) com uma película (50) por meio de uma máquina de embalar (1) provida de um aparelho de desenrolamento (10) compreendendo um carretel (51) de película (50), um par de rolos de pré-estiramento (4, 5) para desenrolar e esticar a película (50), pelo menos um rolo de retorno (8) disposto para desviar a película (50) em direção à carga (100) e pelo menos um sensor de força (9) associado ao rolo de retorno (8) e disposto para medir uma força de enrolamento da película (50) que está engatada no rolo de retorno (8) e enrolar em torno da carga (100), o dito método caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: - girar o aparelho de desenrolamento (10) e a carga (100) um em relação ao outro em torno de um eixo geométrico de embalagem (W) com uma velocidade de rotação (^) e desenrolar a película (50) a partir do carretel (51) ao girar os rolos de pré-estiramento (4, 5), a fim de embalar a carga (100) com uma série de bandas de película (50) (etapa 1); - medir uma força de embalagem efetiva (Fm) da película (50) por meio do sensor de força (9) (etapa 2); - filtrar a força de embalagem efetiva (Fm) por meio de um primeiro filtro com uma primeira faixa passante (ΔF) que é uma função de uma força de embalagem definida (Fd) e um erro de leitura máximo estabelecido (err) do sensor de força (9), de modo a obter uma força de embalagem filtrada (Fmf) (etapa 3); - calcular por meio de um algoritmo de controle PID um comprimento instantâneo de película (Li) a ser fornecida por rotação do aparelho de desenrolamento (10) ou da carga (100) com base na força de embalagem filtrada (Fmf) (etapa 4); - filtrar o comprimento de película instantânea (Li) por meio de um segundo filtro com uma segunda banda de passagem (ΔL) compreendendo uma faixa de valores admissíveis do comprimento de película instantânea a ser fornecida (etapa 5); - calcular uma velocidade de rotação instantânea (©1, ©2) de pelo menos um rolo de pré-estiramento (4, 5) do par de rolos de pré- estiramento com base no comprimento de película filtrada instantânea (Lif) e pelo menos na velocidade de rotação (^) (etapa 6); - girar o pelo menos um rolo de pré-estiramento (4, 5) do par de rolos de pré-estiramento em torno de um respectivo eixo geométrico longitudinal com a velocidade de rotação instantânea (©1, ©2) (etapa 7).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende a repetição da sequência das etapas 2 a 7, que define um ciclo de detecção e cálculo, com uma determinada frequência ou um determinado intervalo de amostragem durante a embalagem da carga (100).

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o erro de leitura máximo estabelecido (err) é igual a ± 1535% da dita força de embalagem (Fd).

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o filtro da força de embalagem efetiva (Fm) compreende associar a força de embalagem efetiva (Fm) à força de embalagem filtrada (Fmf), quando a força de embalagem efetiva (Fm) pertence à primeira faixa passante (ΔF), ou descartar a força de embalagem efetiva (Fm) e associar a força de embalagem filtrada (Fmf) a um valor limite inferior de força (Finf) ou a um valor limite superior de força (F sup) da primeira faixa passante (ΔF), quando a força de embalagem efetiva (Fm) não pertence à primeira faixa passante (ΔF), esta última compreendendo uma faixa de valores admissíveis da força de embalagem compreendida entre o valor limite inferior da força e o valor limite superior da força e definido pela fórmula: (eq. 1).

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o algoritmo de controle PID inclui a fórmula: (eq. 2) em que: en é o erro calculado como a diferença entre a força de embalagem filtrada (Fmf) e a força de embalagem definida (Fd) no momento da amostragem n (en= Fmf - Fd); en-1 é o erro calculado no momento de amostragem anterior n- 1; Kp é o coeficiente proporcional; Ki é o coeficiente integral; e Kd é o coeficiente de derivada.

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a filtragem do dito comprimento de película instantânea (Li) compreende associar o comprimento de película instantânea (Li) ao comprimento de película instantânea filtrada (Lif), quando o comprimento de película instantânea (Li) pertence à segunda faixa passante (ΔL), ou descartar o comprimento de película instantânea (Li) e associar o comprimento de película instantânea filtrada (Lif) a um valor limite inferior do película (Linf) ou um valor limite superior do película (Lsup) da segunda primeira faixa passante (ΔL), quando o comprimento de película instantânea (Li) não pertence à segunda faixa passante (ΔL), esta última compreendendo uma faixa de valores admissíveis de comprimento de película instantânea a serem fornecidos compreendidos entre o valor limite inferior do película (Linf) e o valor limite superior de película (Lsup) e definido pela fórmula: (eq. 3) em que: Sf é um comprimento de película inicial por rotação do aparelho de desenrolamento (10) ou da carga (100), calculado em conformidade com o tamanho e/ou a forma da carga (100); A é um parâmetro igual a uma porcentagem definida do comprimento inicial de película.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende mover o aparelho de desenrolamento (10) paralelo ao eixo geométrico de embalagem (W), com uma velocidade de movimento linear (Vt), de modo a embalar a carga (100) e formar uma série de bandas da película (50) com um arranjo helicoidal.

8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende determinar a velocidade de rotação instantânea (©1, ©2) de pelo menos um rolo de pré-estiramento (4, 5) do par de rolos de pré- estiramento também com base na referida velocidade de movimento (Vt) do dito aparelho de desenrolamento (10).

9. Método de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a velocidade de movimento (Vt) do aparelho de desenrolamento (10) é calculada usando a fórmula: (eq. 4) onde: Hb é a altura (mm) do carretel (51) de película; Sr é a sobreposição (mm) exigida pelas bandas de película; Ω é a velocidade de rotação (rad/s) do aparelho de desenrolamento (10) ou da carga (100).

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que a rotação dos rolos de pré-estiramento compreende o controle e o acionamento de pelo menos um motor (6, 7) disposto para girar pelo menos um respectivo rolo de pré-estiramento (4, 5) com a velocidade de rotação instantânea (©1, ©2).

11. Máquina de embalagem (1) para embalar uma carga (100) com uma película (50), provida de um aparelho de desenrolamento (10), caracterizada pelo fato de que compreende um carretel (51) de película (50), um par de rolos de pré-estiramento (4, 5) para desenrolar e esticar a película (50), pelo menos um rolo de retorno (8) disposto para desviar a película (50) em direção à carga (100) e pelo menos um sensor de força (9) associado ao rolo de retorno (8) e disposto para medir uma força de enrolamento da película (50) que está engatada no rolo de retorno (8) e enrolar em torno da carga (100), a máquina de embalagem (1) sendo disposta para operar em conformidade com o método de embalagem como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

12. Máquina de embalagem (1) de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que compreende um módulo de transmissão (15) para transmissão sem fio de dados, montado no aparelho de desenrolamento (10) e conectado ao sensor de força (9) para receber dos últimos sinais relacionados às forças de embalagem efetivas (Fm) e enviá-los para um módulo receptor (18) de uma unidade de controle (16), o último sendo disposto para gerenciar e controlar a operação da máquina de embalagem (1).

13. Máquina de embalagem (1) de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que compreende um módulo de acionamento (17) conectado e controlado pela unidade de controle (16) e disposto para acionar e controlar pelo menos um motor (6, 7) adaptado para girar os rolos de pré-estiramento (4, 5).