ES2875785T3 - Método y máquina para envolver una carga con película - Google Patents

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Abstract

Método para envolver una carga (100) con una película (50) mediante una máquina envolvedora (1) provista con un aparato de desbobinado (10) que comprende un carrete (51) de película (50), una pareja de rodillos de preestiramiento (4, 5) para desbobinar y estirar dicha película (50), al menos un rodillo deflector (8) dispuesto para desviar dicha película (50) hacia dicha carga (100) y al menos un sensor de fuerza (9) asociado a dicho rodillo deflector (8) y dispuesto para medir una fuerza de envoltura de dicha película (50) que se acopla a dicho rodillo deflector (8) y se envuelve alrededor de dicha carga (100), comprendiendo dicho método las siguientes etapas: - rotar dicho aparato de desbobinado (10) y dicha carga (100) entre sí alrededor de un eje de envoltura (W) con una velocidad de rotación (Ω) y desbobinar dicha película (50) de dicho carrete (51) rotando dichos rodillos de preestiramiento (4, 5) para envolver dicha carga (100) con una serie de bandas de película (50) (etapa 1); - medir una fuerza de envoltura efectiva (Fm) de dicha película (50) mediante dicho sensor de fuerza (9) (etapa 2); - filtrar dicha fuerza de envoltura efectiva (Fm) mediante un primer filtro con una primera banda de paso (ΔF) que es función de una fuerza de envoltura fijada (Fd) y un error de lectura máximo establecido (err) de dicho sensor de fuerza (9), para obtener una fuerza de envoltura filtrada (Fmf) (etapa 3); - calcular mediante un algoritmo de control PID una longitud de película instantánea (Li) a suministrar por rotación de dicho aparato de desbobinado (10) o dicha carga (100) basándose en dicha fuerza de envoltura filtrada (Fmf) (etapa 4); - filtrar dicha longitud de película instantánea (Li) mediante un segundo filtro con una segunda banda de paso (ΔL) que comprende un intervalo de valores admisibles de dicha longitud de película instantánea a suministrar (etapa 5); - calcular una velocidad de rotación instantánea (ω1, ω2) de al menos un rodillo de preestiramiento (4, 5) de dicha pareja de rodillos de preestiramiento basándose en dicha longitud de película filtrada instantánea (Lif) y al menos en dicha velocidad de rotación (Ω) (etapa 6); - rotar dicho al menos un rodillo de preestiramiento (4, 5) de dicha pareja de rodillos de preestiramiento alrededor de un eje longitudinal respectivo con dicha velocidad de rotación instantánea (ωj, ω2) (etapa 7).

Description

DESCRIPCIÓN
Método y máquina para envolver una carga con película
La invención se refiere a máquinas y métodos para envolver una carga con película o lámina de plástico, en particular las estirables en frío. En particular, la invención se refiere a un método para controlar y ajustar el envoltorio de película alrededor de una carga en una máquina envolvedora, y a una máquina envolvedora que implementa este método para envolver.
Las máquinas envolvedoras conocidas comprenden un aparato de desbobinado que soporta un carrete desde el que se desbobina la película a envolver alrededor de la carga de un modo tal que forme una serie de tiras o bandas que tengan una disposición helicoidal, gracias a la combinación de movimientos relativos lineales y rotacionales entre el aparato de desbobinado y la carga, la última formada habitualmente por uno o más productos, por ejemplo agrupados en un palé o paleta.
En las máquinas envolvedoras provistas con una mesa rotatoria para soportar la carga, la última se rota alrededor de un eje de envoltura vertical, mientras que el aparato de desbobinado se mueve verticalmente con movimiento recíproco a lo largo de una columna fija de la máquina.
En las máquinas envolvedoras provistas con un anillo rotatorio horizontal o un brazo rotatorio, la carga permanece fija durante la envoltura, mientras que el aparato de desbobinado se mueve con respecto a la última tanto por giro alrededor de un eje de envoltura vertical como por movimiento en dirección paralela a través del último. Para este fin, el aparato de desbobinado se fija a una estructura anular o a un brazo soportado de forma rotatoria por el marco de la máquina de modo que gire alrededor de la carga.
En particular, en las máquinas envolvedoras de anillo horizontal, el aparato de desbobinado está fijado a la estructura anular, o anillo rotatorio, que está soportado de forma rotatoria mediante un marco o carro móvil para rotar alrededor de un eje de envoltura vertical. El carro móvil a su vez está montado de forma deslizante en un marco fijo de la máquina envolvedora para moverse paralelo al eje de envoltura principal. En las máquinas envolvedoras con un brazo rotatorio, el aparato envolvedor está fijado de forma deslizante al brazo de un modo tal que se mueva linealmente a lo largo del último, paralelo al eje de envoltura. Al hacerlo de ese modo, en ambos tipos de máquinas, el aparato de desbobinado de película puede moverse a lo largo, y alrededor, del eje de envoltura mientras que la carga a envolver permanece fija. En las máquinas envolvedoras de anillo vertical, la carga se mueve horizontalmente a través del anillo rotatorio, mientras que el aparato de desbobinado rota con la última alrededor de un eje de envoltura horizontal. En este caso, el anillo rotatorio está soportado de forma rotatoria por el marco principal fijado a la máquina envolvedora.
El aparato de desbobinado está provisto generalmente con una pareja de rodillos de preestiramiento, que comprenden un rodillo lento y un rodillo rápido, corriente arriba y corriente abajo, respectivamente, con respecto al movimiento de la película, para estirar y desbobinar la película estirable, y uno o más rodillos de desviación o retorno para desviar la película hacia la carga durante el desbobinado.
De ese modo, es posible, ajustando de forma adecuada la diferencia entre la velocidad de rotación de los dos rodillos de preestiramiento, estirar o alargar una cantidad definida, de acuerdo con un porcentaje determinado de preestiramiento o elongación, la película que sale del aparato de desbobinado antes de envolverse alrededor de la carga, para hacer el mejor uso de la película disponible y cambiar las características mecánicas del material de la propia película, con respecto al producto a envolver. También es posible, ajustando la velocidad de rotación de los rodillos de preestiramiento, variar la velocidad de desbobinado de la película del carrete o la velocidad con la que la película sale del aparato de desbobinado.
El aparato de desbobinado comprende generalmente un motor eléctrico capaz de rotar uno de los dos rodillos de preestiramiento que actúa como rodillo impulsor (maestro) (habitualmente el rodillo rápido) y que acciona, través de un grupo de transmisión mecánico, el otro rodillo de preestiramiento que actúa como rodillo impulsado (esclavo), habitualmente el rodillo lento. De esta forma, se fija la relación de transmisión entre el rodillo rápido y el rodillo lento basándose en el preestiramiento o elongación que debe aplicarse a la película.
También se conocen aparatos de desbobinado provistos con una pareja de motores eléctricos dispuesta para operar los dos rodillos de preestiramiento separada e independientemente, para hacer posible variar la elongación de la película, es decir, el porcentaje de preestiramiento o elongación, incluso durante la envoltura de la carga.
En la operación de las máquinas envolvedoras, se conoce que es difícil mantener una fuerza o tensión de envoltura constante de la película alrededor de la carga durante la envoltura para asegurar un valor de dicha fuerza de envoltura que sea adecuado y apropiado para el tipo de carga a envolver. T ambién se conoce la necesidad de controlar y limitar la fuerza de envoltura para evitar la ruptura de la película.
De hecho, la fuerza de envoltura varía para cada rotación de la envoltura con respecto al tamaño, forma y sección transversal de la carga a envolver, su posición con respecto al eje de envoltura, es decir, la posición angular relativa entre la carga y el aparato envolvedor. Las variaciones en la fuerza de envoltura también pueden considerarse notables, en especial en el caso de cargas con secciones estrechas y largas o secciones anchas y cortas.
Se conocen máquinas y métodos para envolver que conciben mantener la fuerza de envoltura casi constante variando adecuadamente la velocidad a la que se desenvuelve la película, es decir, la velocidad de salida del aparato de desbobinado a través del control de retroalimentación de la velocidad de rotación de los rodillos de preestiramiento.
Existen sensores provistos para este fin (un ejemplo, sensores de posición angular asociados a rodillos compensadores, codificadores montados en rodillos deflectores, sensores de torsión montados en motores) que son capaces de medir directa o indirectamente la fuerza de la película y enviar una señal a una unidad de control de la máquina envolvedora, pudiendo dicha unidad de control intervenir el motor o motores de los rodillos de preestiramiento para aumentar o disminuir su velocidad de rotación.
Estos sistemas de control de retroalimentación, además de ser caros y difíciles de ajustar y configurar de forma precisa, no siempre pueden asegurar un ajuste preciso y una fuerza de envoltura exacta. De hecho, en el control de retroalimentación de la velocidad de los rodillos de preestiramiento, estos sistemas de control generalmente no tienen en cuenta la velocidad rotacional relativa entre el aparato de desbobinado y la carga alrededor del eje de envoltura vertical. Sin embargo, la velocidad de rotación del aparato de desbobinado también afecta significativamente a la tensión de la película durante la envoltura.
Además, en el caso de máquinas envolvedoras de alto rendimiento, debido a las elevadas velocidades de rotación del aparato de desbobinado, los sistemas de control conocidos no permiten el ajuste de retroalimentación de forma eficaz y a tiempo de la velocidad a la que se desenvuelve la película del carrete con respecto a las variaciones de la tensión o fuerza de la envoltura de película.
Esta desventaja es incluso más notoria y evidente en el caso de máquinas envolvedoras de anillo con un motor o motores que accionan los rodillos de preestiramiento montados en el marco y no en el aparato de desbobinado. En este caso, el medio de transmisión de movimiento necesario para conectar el motor al de los rodillos de preestiramiento, debido a su longitud y complejidad, crea un retraso adicional en el control de retroalimentación de los rodillos de preestiramiento, de modo que hace el sistema inadecuado para la operación a altas velocidades de rotación del anillo y el aparato de desbobinado.
Se conocen máquinas y métodos para envolver que conciben controlar la velocidad de desbobinado de la película y/o la cantidad de película que se desbobina por cada rotación del aparato de desbobinado alrededor de la carga, o viceversa, dependiendo del tipo de la última.
El documento de Patente US 5123230 describe una máquina envolvedora de anillo vertical en donde se concibe el ajuste y control de la velocidad de rotación de un rodillo para el desbobinado de la película, para mantener una tensión de envoltura deseada de la película alrededor de la carga, basándose en una secuencia de valores calculados mediante una unidad de control de la máquina comenzando desde el tamaño de la propia carga.
Sin embargo, estas máquinas envolvedoras y los métodos para envolver relacionados no aseguran una calidad satisfactoria en la envoltura de la película para cualquier velocidad de rotación del aparato de desbobinado alrededor de la carga. En particular, no garantizan una tensión de envoltura constante de la película alrededor de la carga a cualquier velocidad de rotación. Además, al desbobinar una cantidad predefinida de película para cada rotación, se detectan variaciones en la tensión de envoltura entre la banda o bandas de película envueltas con movimiento helicoidal en la parte central de la carga y las envueltas con movimiento circular en las partes de los extremos superior inferior de la carga. De hecho, para estabilizar la carga y consolidar la envoltura, se conoce que dichas partes extremas se envuelven con una pluralidad de bandas de película superpuesta.
Si la cantidad predefinida de película es tal que asegura la tensión correcta de la película en las partes extremas, la tensión de envoltura en la parte central puede ser elevada y conducir a una contracción excesiva de la altura de la película con un aumento consecuente en el consumo de la última. Por el contrario, si la tensión de envoltura en la parte central es correcta, la tensión de envoltura las partes extremas puede ser insuficiente, conduciendo al aflojamiento de las bandas.
Además, para la envoltura correcta de la carga, es necesario conocer de forma precisa la forma y tamaño y que la misma esté ajustada (es decir, no estén presentes protrusiones) y centrada con respecto al eje de envoltura.
Un objeto de la invención es mejorar los métodos conocidos para envolver una carga de una película de material plástico en máquinas envolvedoras.
Otro objeto es proporcionar un método para envolver que haga posible monitorizar y mantener una fuerza básicamente constante de envoltura de la película envuelta alrededor de la carga incluso para velocidades elevadas de rotación de un aparato de desbobinado de película con respecto a la carga y/o independientemente del tamaño y forma de la carga y su posición en el interior de la máquina.
Un objeto adicional es proporcionar una máquina envolvedora y un método para envolver que aseguren una alta calidad en la envoltura de la película alrededor del producto.
En un primer aspecto de la invención, se concibe un método para envolver una carga con una máquina envolvedora de acuerdo con la reivindicación 1.
En un segundo aspecto de la invención, se concibe una máquina envolvedora que usa el método del primer aspecto y de acuerdo con la reivindicación 11.
La invención puede comprenderse mejor e implementarse por referencia a los dibujos adjuntos que ilustran una realización, a modo de ejemplo no limitante, en la que:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de una máquina envolvedora de acuerdo con la invención y asociada con una carga a envolver;
- la figura 2 es una vista en planta esquemática de un aparato de desbobinado de película de la máquina envolvedora de la figura 1;
- la figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra componentes de la máquina envolvedora de la figura 1;
- la figura 4 es un diagrama de bloques que ilustra el método de la invención para controlar un proceso de desbobinado realizado por la máquina envolvedora de la figura 1.
Por referencia a la figura 1, se ilustra esquemáticamente la máquina envolvedora 1 de acuerdo con la invención, dispuesta para envolver un producto o carga 100 con una película de plástico 50, en particular una película de plástico estirable en frío.
En la realización mostrada a modo de ejemplo no limitante, la máquina envolvedora 1 comprende un anillo rotatorio horizontal 11, adaptado para rotar alrededor de un eje de envoltura W, básicamente vertical, y está soportada de forma rotatoria por un carro de soporte 12 que puede moverse linealmente a lo largo de una dirección de movimiento T básicamente paralela al eje de envoltura W. El carro de soporte 12 está soportado de forma deslizable, por ejemplo por una pareja de postes o columnas 13.
La máquina envolvedora 100 está provista con un aparato de desbobinado 10 de la película 50 fijado al anillo rotatorio 11 y que comprende un carrete 51 de película 50, una pareja de rodillos de preestiramiento 4, 5 para desbobinar y estirar la película 50, al menos un rodillo deflector 8 dispuesto para desviar la película 50 hacia la carga 100 y al menos un sensor de fuerza 9 asociado al rodillo deflector 8 y dispuesto para detectar una fuerza de envoltura de la película 50 que se acopla a dicho rodillo deflector 8 y se envuelve alrededor de la carga 100.
El anillo rotatorio 11 se rota alrededor de la carga 100 y el eje de envoltura W con una velocidad de rotación O, mientras que el carro de soporte 12 se mueve a lo largo de la dirección de movimiento T con una velocidad de movimiento lineal Vt. De esta forma, el aparato de desbobinado 10 hace posible envolver la carga 100 y formar una serie de bandas de película 50 con una disposición helicoidal.
El aparato de desbobinado 10 comprende una placa de soporte 22 fijada al anillo rotatorio 11 y dispuesta para soportar de forma rotatoria el carrete 51 de película 50, cooperando un primer rodillo de preestiramiento 4 y un segundo rodillo de preestiramiento 5 para desbobinar y preestirar la película 50, un primer motor 6 y un segundo motor 6 acoplados respectivamente al primer rodillo de preestiramiento 4 y al segundo rodillo de preestiramiento 5 y destinados a rotar por separado los últimos alrededor de ejes longitudinales respectivos. El primer rodillo de preestiramiento 4, denominado rodillo rápido, que con respecto al movimiento de la película 50 está situado corriente abajo del segundo rodillo de preestiramiento 5, denominado rodillo lento, rota más rápido que el segundo rodillo de preestiramiento 5 para permitir que se estire o alargue una cantidad o porcentaje definido de la película 50. El primer motor 6 rota el primer rodillo de preestiramiento 4, por ejemplo, mediante una cinta respectiva cerrada en un bucle sobre las poleas conectadas a un eje de soporte del primer rodillo de preestiramiento 4 y al primer motor 6. Del mismo modo, el segundo motor 7 rota el segundo rodillo de preestiramiento 5, por ejemplo mediante una cinta respectiva cerrada en un bucle sobre las poleas conectadas a un eje de soporte respectivo del segundo rodillo de preestiramiento 5 y al segundo motor 7.
Alternativamente, los rodillos de preestiramiento 4 y 5 pueden accionarse o rotar mediante un motor respectivo 6, 7 por medio de cadenas, grupos de engranajes y sistemas equivalentes para la transmisión de movimiento.
Además, alternativamente, los dos motores 6, 7 pueden estar montados en el carro de soporte 12 y accionar los respectivos rodillos de preestiramiento 4, 5 mediante un medio de transmisión que comprende, por ejemplo, elementos flexibles tales como correas o cadenas.
En otra alternativa, el aparato de desbobinado 10 puede comprender un único motor, montado en el propio aparato de desbobinado 10 o en el carro de soporte 12 y que acciona uno de los dos rodillos de preestiramiento, por ejemplo el primer rodillo de preestiramiento rápido 4, que a su vez impulsa el otro rodillo de preestiramiento a través de un grupo de transmisión/reducción de movimiento. La placa de soporte 22 del aparato de desbobinado 10 soporta de forma rotatoria una pluralidad de rodillos deflectores 8, por ejemplo tres, dispuestos para desviar la película 50 desenvuelta del carrete 51 hacia los rodillos de preestiramiento 4, 5 y hacia la carga 100.
Uno de los rodillos deflectores 8, por ejemplo el que está inmediatamente corriente abajo del primer rodillo de preestiramiento 4 con respecto a la dirección de desbobinado de la película 50, está montado en la placa de soporte 22 con la interposición del sensor de fuerza 9, que de ese modo es capaz de medir la fuerza o tensión de envoltura de la película 50 durante el proceso de envoltura de la carga 100. Un módulo de transmisión 15 para transmisión inalámbrica de datos está montado en el aparato de desbobinado 10 y conectado al sensor de fuerza 9 para recibir del mismo las señales relativas a las fuerzas de envoltura efectivas F m medidas y enviarlas a un módulo receptor 18 de una unidad de control 16 de la máquina envolvedora 1.
El sensor de fuerza 9 comprende, por ejemplo, al menos una celda de carga provista con extensómetros o elementos sensores piezoeléctricos, o un sensor de fuerza de tipo resistivo, u otro sensor o dispositivo equivalente capaz de detectar y medir una fuerza aplicada mediante la película 50 en el rodillo deflector 8.
La unidad de control 16, que comprende, por ejemplo, un computador industrial de tipo PLC o un computador personal PC, es capaz de gestionar y controlar la operación de toda la máquina envolvedora 1 y, en particular, realizar el procedimiento o método para envolver de la invención descrito posteriormente.
La máquina envolvedora 1 también comprende un módulo de impulsión 17 conectado a y controlado por la unidad de control 16 y dispuesto para operar y controlar los diversos motores eléctricos y/o accionadores de dicha máquina, incluyendo los motores 6, 7 que rotan los rodillos de preestiramiento 4, 5.
Por referencia particular al diagrama de la figura 4, el método de envoltura para envolver una carga 100 con una película 50 mediante una máquina envolvedora 1 de acuerdo con la invención proporciona las siguientes etapas:
- rotar el aparato de desbobinado 10 y la carga 100, entre sí, alrededor de un eje de envoltura W con una velocidad de rotación O y desbobinar la película 50 del carrete 51, rotando los rodillos de preestiramiento 4, 5 del aparato de desbobinado 10 para envolver la carga 100 con una serie de bandas de película (etapa 1);
- medir una fuerza de envoltura efectiva F m de la película 50 mediante el sensor de fuerza 9 (etapa 2);
- filtrar la fuerza de envoltura efectiva F m mediante un primer filtro, por ejemplo de banda de paso, con una primera banda de paso AF que es función de una fuerza de envoltura fijada F d y un error de lectura máximo establecido err del sensor de fuerza 9, para obtener una fuerza de envoltura filtrada F mf (etapa 3);
- calcular mediante un algoritmo de control PID una longitud de película instantánea L i a dispensar por rotación del aparato de desbobinado 10 o la carga 100 basándose en la fuerza de envoltura filtrada F mf (etapa 4);
- filtrar la longitud de película instantánea L i mediante un segundo filtro, por ejemplo de banda de paso, con una segunda banda de paso AL que comprende un intervalo de valores admisibles de la longitud de película instantánea a suministrar, para obtener una longitud de película filtrada instantánea L f (etapa 5);
- calcular una velocidad de rotación instantánea wi, W2 de al menos un rodillo de preestiramiento 4, 5 de dicha pareja de rodillos de preestiramiento basándose en la longitud de película filtrada instantánea L f y al menos en dicha velocidad de rotación O (etapa 6);
- rotar al menos un rodillo de preestiramiento 4, 5 de dicha pareja de rodillos de preestiramiento con dicha velocidad de rotación instantánea wi, W2 (etapa 7).
El método concibe repetir la secuencia de etapas de 2 a 7, que define un ciclo de detección y cálculo, con una frecuencia dada o un intervalo de muestreo dado (por ejemplo, cada 100 ms) durante la envoltura de la carga 100 para ajustar la velocidad de rotación instantánea de los rodillos de preestiramiento 4, 5 y por lo tanto la fuerza de envoltura de forma rápida y eficaz.
El método concibe además, en la etapa 1, mover el aparato de desbobinado 10 a lo largo de la dirección de movimiento T, paralela al eje de envoltura W, con una velocidad de movimiento lineal V t para envolver la carga 100 y formar una serie de bandas de película 50 con una disposición helicoidal. En el ejemplo ilustrado en las figuras, el aparato de desbobinado 10 está fijado al anillo rotatorio 11 que rota con la velocidad de rotación O alrededor del eje de envoltura W y la carga 100 que está estática y se mueve mediante el carro de soporte 12 a lo largo de la dirección de movimiento T con la velocidad de movimiento V t . El método concibe determinar las dos velocidades de rotación instantáneas w i , W2 de los dos rodillos de preestiramiento 4, 5 y a continuación rotar los últimos con las velocidades de rotación instantáneas definidas w i , W2.
El error de lectura máximo establecido err es, por ejemplo, igual a ± 15-35 % de la fuerza de envoltura fijada F d , seleccionándose la última por el operador de acuerdo con el tipo de carga 100 a envolver y/o las características de la máquina envolvedora 1 y/o la película de plástico 50.
El método concibe, en la etapa 3, filtrar la fuerza de envoltura efectiva F m de modo que esta última esté asociada a la fuerza de envoltura filtrada F mf cuando pertenezca a la primera banda de paso AF o se descarte cuando no pertenezca a la primera banda de paso. En este último caso, la fuerza de envoltura filtrada F mf está asociada, o es igual, a un valor límite inferior de la fuerza F inf o un valor límite superior F sup de la fuerza de la primera banda de paso AF. Más precisamente, si la fuerza de envoltura efectiva F m es mayor que los valores definidos por la primera banda de paso AF, la fuerza de envoltura filtrada F mf está asociada al valor límite superior de fuerza F sup de la primera anda de paso AF. Por el contrario, si la fuerza de envoltura efectiva F m es menor que los valores definidos por la primera banda de paso AF, la fuerza de envoltura filtrada F mf está asociada al valor límite inferior de fuerza Fi nf de la primera banda de paso AF.
La primera banda de paso AF comprende un intervalo de valores admisibles de la fuerza de envoltura que está definido por la siguiente fórmula:
Ap— Fd ± err (ec. 1)
De esta forma, es posible filtrar las fuerzas de envoltura efectivas F m medidas por el sensor de fuerza 9, descartar los valores de las fuerzas debido a los movimientos y/o vibraciones de la máquina envolvedora 1 durante la operación y/o debido a la interferencia en las señales de las fuerzas detectadas, para evitar inestabilidad en el control de la envoltura.
El método concibe, en la etapa 4, calcular una longitud de película instantánea L mediante el algoritmo de control PID de la envoltura que comprende la siguiente fórmula:
k = KP*en Ki l k =o ek Kd * (en - en. { ) (ec. 2)
en donde:
en es el error calculado como diferencia entre la fuerza de envoltura filtrada F mf y la fuerza de envoltura fijada F d en el instante de muestreo n (en = F mf - F d );
e n -1 es el error calculado en el instante de muestreo previo n-1;
K p es el coeficiente de proporcionalidad
K i es el coeficiente de integración; y
K d es el coeficiente de derivación.
El valor calculado mediante el algoritmo de control PID en el instante de muestreo n es por lo tanto la longitud o cantidad instantánea de película Li, expresada en metros y referida a una rotación del aparato envolvedor 10 o la carga 100, que debe suministrarse para hacer que la fuerza de envoltura efectiva F m coincida con la fuerza de envoltura fijada F d en el siguiente instante de muestreo n+1.
De hecho, como se conoce, compensar un aumento en la tensión o fuerza de envoltura de la película, es decir, una mayor demanda de película por parte de la carga durante la envoltura, requiere suministrar una mayor cantidad (o longitud) de película. Por el contrario, compensar una disminución en la tensión o fuerza de envoltura de la película, es decir, una demanda reducida de película por parte de la carga, requiere suministrar una menor cantidad de película. De hecho, la tensión y la cantidad de película suministrada por rotación están correlacionadas.
Se ha de observar que el valor calculado por el algoritmo de control PID depende de la velocidad de rotación O del aparato de desbobinado 10 (o la carga 100) alrededor del eje de envoltura W o la velocidad de rotación de los rodillos de preestiramiento 4, 5 tomados individualmente, pero está relacionada con la relación entre dicha velocidad de rotación O y dicha velocidad de rotación de los rodillos de preestiramiento, es decir, está relacionada con la relación del eje eléctrico en la velocidad de los motores que mueve el aparato de desbobinado y los rodillos de preestiramiento. De esta forma, el algoritmo de control PID hace posible calcular la cantidad de película a dispensar para compensar la variación en la tensión o fuerza de envoltura de la película, independientemente de la rotación de los rodillos de preestiramiento y el aparato de desbobinado.
Los coeficientes de proporcionalidad K p , integración K i y derivación K d del algoritmo de control son parámetros calculados empíricamente mediante procedimientos de calibración apropiados de tipo conocido, por ejemplo con los métodos de Ziegler-Nichols.
Se ha de observar que, si el error en en el instante de muestreo n es igual a cero, el valor de la longitud o cantidad instantánea de película Li, calculado mediante la fórmula ec. 2 del algoritmo de control PID viene dada por los componentes de integración y derivación:
Figure imgf000006_0001
El método de la invención concibe, en la etapa 5, filtrar los valores de la longitud de película instantánea L mediante el segundo filtro que tiene la segunda banda de paso AL, en particular asociando la longitud de película instantánea L i a la longitud de película filtrada instantánea Lif cuando la longitud de película instantánea Li pertenece a la segunda banda de paso AL o descartando está longitud de película instantánea Li cuando no pertenece a la segunda banda de paso AL. En este último caso, la longitud de película filtrada instantánea Lif está asociada a un valor límite inferior de película Linf o a un valor límite superior Lsup de película de la segunda banda de paso AL. Más precisamente, si la longitud de película instantánea Li es mayor que los valores definidos por la primera banda de paso AL, la longitud de película filtrada instantánea Linf está asociada al valor límite superior de película Lsup de la segunda banda de paso AL. Por el contrario, si la longitud de película instantánea Li es menor que los valores definidos por la primera banda de paso AL, la longitud de película filtrada instantánea Linf está asociada al valor límite inferior de película Linf de la segunda banda de paso AL. Esta última incluye el intervalo de valores admisibles de la longitud de película instantánea a suministrar y está definida por la siguiente fórmula:
AL =Sf A (ec. 3)
en donde:
Sf es la longitud de película inicial por rotación del aparato de desbobinado 10 o la carga 100, determinada basándose en el tamaño y/o la forma de la última;
A es un parámetro igual a un porcentaje definido de la longitud de película inicial.
En otras palabras, la segunda banda de paso AL define el límite inferior y el límite superior de la longitud de película a desbobinar.
Se ha de observar que, fijando la amplitud de esta segunda banda de paso AL, es posible seleccionar el modo de trabajo de la máquina envolvedora 1.
Reduciendo este intervalo AL, se obtiene que la operación de la máquina envolvedora es esencialmente similar a la que puede obtenerse fijando una longitud de película a suministrar básicamente constante. Sin embargo, se ha de observar que esta longitud varía durante la envoltura de la carga 100 con respecto a los valores efectivos, medidos en tiempo real, de la velocidad de rotación O del anillo rotatorio 11 y la velocidad de movimiento Vt del carro de soporte 12.
Este ajuste es ventajoso cuando se envuelven cargas o productos con el mismo tamaño y/o de una forma regular y con velocidades elevadas de rotación del anillo rotatorio 11.
Por el contrario, aumentando la amplitud del intervalo de valores admisibles de la longitud de película instantánea a suministrar, es decir, de la segunda banda de paso AL, es posible variar crecientemente la longitud de película suministrada, dado que esta variabilidad en el suministro de la película es adecuado, por ejemplo, cuando los lotes de cargas o productos tienen diferentes formas y tamaños entre sí y/o cargas irregulares, por ejemplo con una sección estrecha y alargada.
T ambién en este caso, limitando además los valores permisibles de las longitudes de película a desenvolver, es posible filtrar y eliminar valores excesivos de longitudes de película que no puedan suministrarse instantáneamente desde los rodillos de preestiramiento 4, 5, previniendo de ese modo inestabilidad en el control de la envoltura.
El método también concibe calcular la velocidad de rotación instantánea wi, W2 de al menos uno de los rodillos de preestiramiento 4, 5 (ambos en el ejemplo mostrado), basándose también en la velocidad de movimiento Vt del aparato de desbobinado 10 a lo largo de la dirección de movimiento T.
La velocidad de movimiento lineal Vt del aparato de desbobinado 10 se calcula mediante la fórmula:
Figure imgf000007_0001
en donde:
Hb es la altura (mm) de dicho carrete 51 de película;
Sr es la superposición (mm) requerida por las bandas de película;
Q es la velocidad de rotación (rad/s) del aparato de desbobinado 10 o la carga 100 alrededor del eje de envoltura W.
Rotar los rodillos de preestiramiento 4, 5 comprende, en particular, controlar y operar al menos un motor 6, 7 dispuesto para rotar al menos un rodillo de preestiramiento 4, 5 respectivo con la velocidad de rotación instantánea relativa wi, W2.
La realización ilustrada de la máquina envolvedora 1 concibe controlar y operar separada e independientemente tanto el primer motor 6 que rota el primer rodillo de preestiramiento 4 como el segundo motor 7 que rota el segundo rodillo de preestiramiento 5. Por lo tanto, gracias al método de envoltura de la invención, es posible controlar y mantener una tensión o fuerza de envoltura básicamente constante de la película 50 envuelta alrededor de la carga 100, también para velocidades elevadas de rotación O del aparato de desbobinado o la carga 100 y/o independientemente del tamaño y forma de la carga 100 y su posición en el interior de la máquina envolvedora 1.
De hecho, basándose en las fuerzas de envoltura efectivas F m medidas en tiempo real por el sensor de fuerza 9, asociado a uno de los rodillos deflectores 8 del aparato de desbobinado 10, es posible calcular, usando el algoritmo de control PID, una longitud instantánea L i de la película a suministrar que es independiente de la velocidad de rotación O del aparato de desbobinado 10 (o la carga 100) y la velocidad de rotación de los rodillos de preestiramiento 4, 5 tomados individualmente, pero relacionadas por la relación entre dicha velocidad rotación O y dicha velocidad rotación de los rodillos de preestiramiento. Basándose en la longitud de película instantánea L calculada de ese modo y filtrada posteriormente L if , con la velocidad de rotación O del aparato de desbobinado 10 (o la carga 100) y posiblemente la velocidad de movimiento V t del último, se determinan posteriormente las velocidades de rotación instantáneas wi, w2 de los rodillos de preestiramiento 4, 5 y se accionan y controlan adecuadamente los motores eléctricos 6, 7, que causan la rotación de dichos rodillos de preestiramiento 4, 5.
De este modo, con cada variación en la fuerza de envoltura efectiva medida por el sensor de fuerza 9, y más específicamente en función de un error calculado como diferencia entre la fuerza de envoltura filtrada F mf y la fuerza de envoltura fijada F d , la unidad de control 16 de la máquina envolvedora 1 puede variar, dependiendo de la velocidad rotación O del aparato de desbobinado 10 (o la carga 100) y posiblemente la velocidad de movimiento V t , la velocidad de rotación instantánea w i , W2 de los rodillos de preestiramiento 4, 5 con el fin de suministrar la longitud o la cantidad requerida de película (longitud filtrada instantánea L if ) para recuperar la fuerza de envoltura fijada Fd .
Este control de retroalimentación es eficaz incluso para velocidades elevadas de rotación O, ya que filtrar las fuerzas de envoltura efectivas f m basándose en la primera banda de paso AF (función de la fuerza de envoltura fijada F d y un error de lectura máximo establecido err del sensor de fuerza 9) hace posible eliminar los valores de fuerza detectados por el sensor de fuerza 9 que son anómalos y/o no indicativos porque se deben a movimientos y/o vibraciones de la máquina envolvedora 1 durante su operación y/o se deben también a interferencias en la señal de fuerza detectada. Esta disposición hace posible evitar inestabilidad en el control de la envoltura y corregir rápida y eficazmente el suministro de la película 50 para mantener la fuerza de envoltura básicamente constante.
También se ha de observar que la estabilidad del método de control se asegura, además, filtrando las longitudes instantáneas de película L i a suministrar por rotación del aparato de desbobinado 10 o la carga 100 basándose en la segunda banda de paso AL, es decir, limitando los valores permisibles de las longitudes de película a desbobinar y eliminando los valores de longitudes de película excesivos que no puedan suministrarse instantáneamente desde los rodillos de preestiramiento 4, 5.
Además, es posible fijar ventajosamente la amplitud de la segunda banda de paso AL para seleccionar el modo de trabajo de la máquina envolvedora 1. Reduciendo esta segunda banda de paso AL, se obtiene que la operación de la máquina envolvedora 1 es básicamente similar a la que se puede obtener fijando una longitud de película básicamente constante, mientras que aumentar la amplitud de la segunda banda de paso AL hace posible variar además la longitud de película suministrada, en particular cuando los lotes de cargas o productos tienen formas y tamaños diferentes entre sí y/o cargas irregulares, por ejemplo con secciones estrechas y alargadas. Por lo tanto, la máquina envolvedora y el método para envolver de la invención aseguran la envoltura de la película alrededor de una carga de forma eficaz y con alta calidad, independientemente del tamaño y forma de esta última y además con velocidades elevadas de rotación del aparato de desbobinado 10.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Método para envolver una carga (100) con una película (50) mediante una máquina envolvedora (1) provista con un aparato de desbobinado (10) que comprende un carrete (51) de película (50), una pareja de rodillos de preestiramiento (4, 5) para desbobinar y estirar dicha película (50), al menos un rodillo deflector (8) dispuesto para desviar dicha película (50) hacia dicha carga (100) y al menos un sensor de fuerza (9) asociado a dicho rodillo deflector (8) y dispuesto para medir una fuerza de envoltura de dicha película (50) que se acopla a dicho rodillo deflector (8) y se envuelve alrededor de dicha carga (100), comprendiendo dicho método las siguientes etapas:
- rotar dicho aparato de desbobinado (10) y dicha carga (100) entre sí alrededor de un eje de envoltura (W) con una velocidad de rotación (O) y desbobinar dicha película (50) de dicho carrete (51) rotando dichos rodillos de preestiramiento (4, 5) para envolver dicha carga (100) con una serie de bandas de película (50) (etapa 1);
- medir una fuerza de envoltura efectiva (Fm) de dicha película (50) mediante dicho sensor de fuerza (9) (etapa 2); - filtrar dicha fuerza de envoltura efectiva (Fm) mediante un primer filtro con una primera banda de paso (úF) que es función de una fuerza de envoltura fijada (F d ) y un error de lectura máximo establecido (err) de dicho sensor de fuerza (9), para obtener una fuerza de envoltura filtrada (F mt ) (etapa 3);
- calcular mediante un algoritmo de control PID una longitud de película instantánea (L) a suministrar por rotación de dicho aparato de desbobinado (10) o dicha carga (100) basándose en dicha fuerza de envoltura filtrada (F mt ) (etapa 4);
- filtrar dicha longitud de película instantánea (L) mediante un segundo filtro con una segunda banda de paso (úL) que comprende un intervalo de valores admisibles de dicha longitud de película instantánea a suministrar (etapa 5);
- calcular una velocidad de rotación instantánea (wi, w í ) de al menos un rodillo de preestiramiento (4, 5) de dicha pareja de rodillos de preestiramiento basándose en dicha longitud de película filtrada instantánea (L t ) y al menos en dicha velocidad de rotación (O) (etapa 6);
- rotar dicho al menos un rodillo de preestiramiento (4, 5) de dicha pareja de rodillos de preestiramiento alrededor de un eje longitudinal respectivo con dicha velocidad de rotación instantánea ( w j , w í ) (etapa 7).
2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende repetir dicha secuencia de etapas de 2 a 7, que define un ciclo de detección y cálculo, con una frecuencia dada o un intervalo de muestreo dado durante la envoltura de dicha carga (100).
3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde dicho error de lectura máximo establecido (err) es igual a ± 15-35 % de dicha fuerza de envoltura fijada (Fd).
4. Método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde dicho filtrado de dicha fuerza de envoltura efectiva (Fm) comprende asociar dicha fuerza de envoltura efectiva (Fm) a dicha fuerza de envoltura filtrada (F mt ), cuando dicha fuerza de envoltura efectiva (Fm) pertenece a dicha primera banda de paso (úF), o descartar dicha fuerza de envoltura efectiva (Fm) y asociar dicha fuerza de envoltura filtrada (F mt ) a un valor límite inferior de fuerza (Fnt) o un valor límite superior de fuerza (F sup ) de dicha primera banda de paso (úF), cuando dicha fuerza de envoltura efectiva (Fm) no pertenece a dicha primera banda de paso (úF), comprendiendo la última un intervalo de valores admisibles de fuerza de envoltura comprendidos entre dicho valor límite inferior de fuerza y dicho valor límite superior de fuerza y estando definida por la fórmula:
A F— Fd err (ec. 1)
5. Método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde dicho algoritmo de control PID incluye la fórmula:
Figure imgf000009_0001
(en en - i ) (®c. 2)
en donde:
en es el error calculado como diferencia entre dicha fuerza de envoltura filtrada (F mt ) y dicha fuerza de envoltura fijada (Fd) en el instante de muestreo n (en = F m t - F d );
e n -1 es el error calculado en el instante de muestreo previo n-1;
K p es el coeficiente de proporcionalidad;
K i es el coeficiente de integración; y
K d es el coeficiente de derivación.
6. Método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde dicho filtrado de dicha longitud de película instantánea (L) comprende asociar dicha longitud de película instantánea (L) a dicha longitud de película instantánea filtrada (L t ), cuando dicha longitud de película instantánea (L) pertenece a dicha segunda banda de paso (úL), o descartar dicha longitud de película instantánea (L i ) y asociar dicha longitud de película instantánea filtrada (Lf) a un valor límite inferior de película (Lnf) o un valor límite superior de película (L sup ) de dicha segunda primera banda de paso (AL), cuando dicha longitud de película instantánea (L i ) no pertenece a dicha segunda banda de paso (AL), comprendiendo la última un intervalo de valores admisibles de longitud de película instantánea a suministrar comprendidos entre dicho valor límite inferior de película (Lnf) y dicho valor límite superior de película (L sup ) y estando definida por la fórmula:
A L f = S f A (ec. 3)
en donde:
S f es la longitud de película inicial por rotación de dicho aparato de desbobinado (10) o dicha carga (100), calculada de acuerdo con el tamaño y/o forma de dicha carga (100);
A es un parámetro igual a un porcentaje definido de dicha longitud de película inicial.
7. Método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende mover dicho aparato de desbobinado (10) paralelo a dicho eje de envoltura (W), con una velocidad de movimiento lineal ( V t ) para envolver dicha carga (100) y formar una serie de bandas de dicha película (50) con una disposición helicoidal.
8. Método de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende determinar dicha velocidad de rotación instantánea (wi, w 2 ) de al menos un rodillo de preestiramiento (4, 5) de dicha pareja de rodillos de preestiramiento basándose también en dicha velocidad de movimiento (Vt) de dicho aparato de desbobinado (10).
9. Método de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en donde dicha velocidad de movimiento (Vt) de dicho aparato de desbobinado (10) se calcula usando la fórmula:
Figure imgf000010_0001
en donde:
H b es la altura (mm) de dicho carrete 51 de película;
S r es la superposición (mm) requerida por las bandas de película;
Q es dicha velocidad de rotación (rad/s) de dicho aparato de desbobinado (10) o dicha carga (100).
10. Método de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde dicha rotación de dichos rodillos de preestiramiento comprende controlar y accionar al menos un motor (6, 7) dispuesto para rotar al menos un rodillo de preestiramiento (4, 5) respectivo con dicha velocidad de rotación instantánea (wi, w 2 ).
11. Máquina envolvedora (1) para envolver una carga (100) con una película (50), provista con un aparato de desbobinado (10) que comprende un carrete (51) de película (50), una pareja de rodillos de preestiramiento (4, 5) para desbobinar y estirar dicha película (50), al menos un rodillo deflector (8) dispuesto para desviar dicha película (50) hacia dicha carga (100), y al menos un sensor de fuerza (9) asociado a dicho rodillo deflector (8) y dispuesto para medir una fuerza de envoltura de dicha película (50) que se acopla a dicho rodillo deflector (8) y se envuelve alrededor de dicha carga (100), estando dispuesta dicha máquina envolvedora (1) para operar de acuerdo con el método para envolver de cualquier reivindicación precedente.
12. Máquina envolvedora (1) de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende un módulo de transmisión (15) para transmisión inalámbrica de datos, montado en dicho aparato de desbobinado (10) y conectado a dicho sensor de fuerza (9) para recibir del último señales relacionadas con las fuerzas de envoltura efectivas ( F m ) y enviarlas a un módulo receptor (18) de una unidad de control (16), estando dispuesta la última para gestionar y controlar la operación de dicha máquina envolvedora (1).
13. Máquina envolvedora (1) de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende un módulo de impulsión (17), conectado a y controlado por dicha unidad de control (16) y dispuesto para accionar y controlar al menos un motor (6, 7) adaptado para rotar dichos rodillos de preestiramiento (4, 5).
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