Korea Ever-Power · Application Engineering Guide
Wormwieloverbrenging voor indexeeraandrijvingen van verpakkingsmachines
In een verpakkingshal met 12 machines die gelijktijdig draaien, mag het geluidsniveau gedurende 8 uur per dag onder de 85 dB(A) blijven. Elke machine heeft een budget van 78 dB(A). Elke machine heeft 6 tot 10 geluidsbronnen. Het tandwielpaar van de indexeeraandrijving heeft een geluidslimiet van 65 tot 68 dB(A) – en of dit budget gehaald wordt, hangt af van één specificatie: de oppervlakteafwerking van de wormwieloverbrenging.
Neem contact op met een engineer van een verpakkingsafdeling →
Verpakkingsmachines — kartonneermachines, dozenverpakkers, vormvul-sluitmachines, flowwrappers en krimptunnels — gebruiken wormwieloverbrengingen voor de indexeeraandrijvingen die het product in nauwkeurige start-stop-startcycli door de machine bewegen. De methode voor het toewijzen van het geluidsbudget is het specificatie-instrument dat de maximale toegestane geluidsnorm voor verpakkingshallen (85 dB(A) volgens OSHA, 80 dB(A) volgens de EU-richtlijn) koppelt aan de individuele geluidsbijdrage van de wormwieloverbrenging. Met 6 tot 10 geluidsbronnen per machine wordt aan elke bron 65 tot 68 dB(A) toegewezen — haalbaar met een geslepen wormwiel met een Ra van 0,4 µm, maar niet met een getand wormwiel met een Ra van 1,6 µm (dat 70 tot 76 dB(A) produceert). Indexeeraandrijvingen in verpakkingsmachines verschillen van toepassingen met continue beweging door hun start-stopwerking: 60 tot 200 indexeercycli per minuut creëren koppelpieken door acceleratie en deceleratie bij elke cyclus, waardoor een servicefactor van 1,5 tot 2,0 vereist is. Wormwieloverbrengingen met één aanloop zorgen voor positionering tussen de indexeringen (de doos blijft op zijn plaats tijdens het vullen, sealen of etiketteren); overbrengingen met twee aanloophelften verbeteren de efficiëntie bij stations met continue beweging waar positionering niet nodig is.
Waarom verpakkingsmachines wormwieloverbrengingen gebruiken voor indexeeraandrijvingen
Een verpakkingsmachine voert een product door een reeks bewerkingen: het opzetten van een doos, het plaatsen van het product erin, het sluiten van de flappen, het lijmen of sealen, het afdrukken van een datumcode en het groeperen in dozen. Elke bewerking vereist dat het product even stilstaat (50 tot 200 milliseconden) terwijl de bewerking wordt uitgevoerd, waarna het doorgaat naar het volgende station. Deze start-stop-doorgangbeweging wordt indexeren genoemd.
De wormwieloverbrenging is de geprefereerde indexeeraandrijving omdat deze het product tijdens de bewerkingsfase stilhoudt (zelfvergrendelend), soepel vooruit beweegt tijdens de transportfase (lage trillingen) en compact in het machineframe past (90 graden motororiëntatie). Deze drie eigenschappen maken de wormwieloverbrenging de standaard voor het indexeren van verpakkingen met snelheden tot 200 indexeringen per minuut.
Zelfvergrendeling houdt de transportband of draaitoren stil tussen de indexeringen. Het product blijft nauwkeurig gepositioneerd onder de vulkop, sealbalk of etiketteermachine zonder aparte rem of mechanische vergrendeling.
Het inherente glijdende contact van het wormwielpaar zorgt voor een vloeiende acceleratiecurve zonder de trillingen die rechte of schuine tandwielen bij elke tandaangrijping veroorzaken. Dit is belangrijk omdat trillingen op het moment van indexering de positie van het product in de doos of op de transportband kunnen verschuiven.
Een verpakkingshal met 8 tot 20 machines moet onder de wettelijke geluidsnormen blijven voor werknemers die 8 uur per dag aan het apparaat worden blootgesteld. Het geluid van de glijdende vertanding van de wormwieloverbrenging is 8 tot 15 dB(A) lager dan het geluid van een vergelijkbare rechte vertanding – een belangrijke bijdrage aan het totale geluidsbudget van de hal.
Toewijzing van het geluidsbudget — van zaallimiet tot streefwaarde voor het wormwielpaar
De geluidsbudgetmethode werkt achterwaarts, van de wettelijke limiet naar de toewijzing van het geluid van de individuele componenten. De logica is gebaseerd op de regel voor het optellen van decibels: N identieke bronnen op niveau L produceren elk een gecombineerd niveau van L + 10 × log₁₀(N). Achterwaarts werkend: het niveau van elke individuele bron moet L_totaal − 10 × log₁₀(N) zijn.
De tabel hieronder laat zien hoe het geluidsbudget van het wormwielpaar verandert met het aantal machines in de hal en de toegepaste wettelijke norm.
De tabel onthult een cruciaal inzicht: een wormwieloverbrenging die perfect acceptabel is in een OSHA-hal met 4 machines (Ra 0,8 µm gefreesde worm met een budget van 71 dB) voldoet niet meer aan de eisen in een EU-hal met 20 machines (waarvoor een Ra 0,2 µm geslepen worm plus POM-wiel nodig is met een budget van 57 dB). Dezelfde specificatie voor wormwieloverbrengingen kan niet in alle verpakkingshallen worden toegepast – het geluidsbudget hangt af van het aantal machines dat de ruimte deelt. Fabrikanten van verpakkingsmachines die wereldwijd verkopen, hebben minstens twee geluidsklassen voor wormwieloverbrengingen nodig: standaard (Ra 0,4 tot 0,8 µm) voor kleine tot middelgrote hallen en premium (Ra 0,2 µm + POM) voor grote, aan de EU-regelgeving voldoenende hallen.
Start-stop-indexering - acceleratiekoppel en servicefactor
Aandrijvingen voor verpakkingsindexering verschillen fundamenteel van aandrijvingen met continue beweging: de motor versnelt de transportband van nul naar volle snelheid, verplaatst deze één indexstap (50 tot 300 mm) en vertraagt vervolgens terug naar nul — 60 tot 200 keer per minuut. Elke versnellingsfase genereert een koppelpiek van 1,5 tot 2,5 keer het koppel bij constante snelheid, afhankelijk van de productmassa, de indexstap en de versnellingstijd.
Servicefactor voor indexeringsheffing. Standaardcatalogi voor wormwieloverbrengingen voor continu gebruik gaan uit van een stationaire werking. Voor indexeerwerkzaamheden is een servicefactor van 1,5 tot 2,0 vereist, toegepast op het piekkoppel (niet het gemiddelde koppel). Voor een kartonneermachine die indexeert met 150 cycli per minuut, met een productmassa van 0,5 kg per station en 20 stations op de transportband: de totale bewegende massa is ongeveer 10 kg plus de massa van de transportketting (doorgaans 5 tot 15 kg). Bij een acceleratietijd van 0,1 seconde tot een indexeersnelheid van 0,5 m/s is het acceleratiekoppel ruwweg 1,8 keer het wrijvingskoppel. Met een servicefactor van 1,5 voor indexeerwerkzaamheden moet de wormwieloverbrenging geschikt zijn voor 2,7 keer het wrijvingskoppel – bijna drie keer de waarde die een eenvoudige berekening op basis van alleen de bandspanning zou suggereren.
Eén startpunt versus twee startpunten voor indexering. Indexeerstations die tijdens de stilstandfase op hun plaats moeten blijven (vulkoppen, sealbalken, labelapplicators) vereisen zelfvergrendelende wormwieloverbrengingen met één aanloop. Stations met continue beweging (aanvoerbanden, transportbanden) kunnen gebruikmaken van wormwieloverbrengingen met twee aanlopen voor een 15 tot 25 procentpunt hogere efficiëntie. Een typische verpakkingsmachine heeft 2 tot 3 indexeerwormwieloverbrengingen (één aanloop) en 1 tot 2 aandrijvingen voor continue beweging (twee aanlopen) — de juiste specificatie is per station, niet per machine.
Een Koreaans cosmeticabedrijf dat acht kartonneermachines in een verpakkingshal van 1200 m² gebruikt, heeft een geluidsoverlastwaarschuwing van KOSHA (Koreaans Agentschap voor Arbeidsveiligheid en -gezondheid) ontvangen: een tijdgewogen gemiddelde van 87,2 dB(A) bij de bedieningsstations – waarmee de limiet van 85 dB(A) werd overschreden. Het bedrijf onderzocht aanvankelijk de mogelijkheden voor geluidsisolatie rondom elke machine, met een geschatte kostprijs van 4500 USD per machine (36.000 USD in totaal voor acht machines). Voordat het bedrijf verder ging, mat de onderhoudstechnicus het geluid van de afzonderlijke componenten en constateerde dat de wormwielparen op zes van de acht machines een gefreesde afwerking hadden (Ra 1,2 tot 1,6 µm), die elk 72 tot 76 dB(A) bijdroegen. Het vervangen van alle indexeerwormwielparen (18 paren verdeeld over 6 machines) door geslepen paren (Ra 0,4 µm) verminderde het geluid per machine met 6 tot 8 dB(A) — waardoor de TWA in de hal daalde van 87,2 naar ongeveer 81 dB(A), ruim onder de limiet van 85 dB. De kosten voor het vervangen van de wormwielparen bedroegen 18 paren × 95 USD = 1.710 USD. De akoestische behuizingen werden geannuleerd. De geluidsnorm werd gehaald voor 1.710 USD in plaats van 36.000 USD — een kostenbesparing van 95 procent. De les: controleer voordat u akoestische behuizingen op machineniveau specificeert voor een lawaaierige verpakkingshal of de wormwielparen gefreesd of geslepen zijn. Een verbetering van de oppervlakteafwerking van de wormwielparen alleen al kan het geluidsprobleem oplossen voor slechts 5 procent van de kosten van de behuizing.
Specificatiegevallen van drie wormwieloverbrengingparen voor verpakkingsmachines
Casus 1 — Koreaanse cosmetica-kartonneermachine: 120 stuks per minuut, hal met 8 machines, geluidsgestuurde specificatie
Een Koreaanse contractverpakker van cosmetica heeft wormwieloverbrengingen gespecificeerd voor 3 indexeeraandrijvingen per kartonneermachine (hoofdbandindexering, kartonopzetmachine, klepsluitmachine) verdeeld over 8 machines. Indexeersnelheid: 120 dozen per minuut. Gewicht van de doos: 85 g (inclusief product). Massa van de transportband: 12 kg. Indexeerafstand: 120 mm. Acceleratietijd: 0,08 seconden. Maximaal acceleratiekoppel: 28 N·m. SF voor indexeerfunctie: 1,5. Benodigd koppel: 42 N·m per aandrijving. Geluidsniveau met 8 machines in de hal: 66 dB(A) per bron (OSHA-limiet van 85 dB). Wormwieloverbrenging: enkelvoudig, module 2, hartafstand 50 mm, overbrengingsverhouding 20:1, geslepen Ra 0,4 µm. Gemeten geluid: 62 dB(A) per paar — binnen het budget van 66 dB(A) met een marge van 4 dB. Materiaal: verzinkte worm, fosforbrons tandwiel. Kosten per paar: 68 USD. Kosten voor 3 aandrijvingen × 8 machines = 24 paren: 1.632 USD. Hall-ruis na vervanging van gefreesde paren door aarding: 81 dB(A) TWA — voldoet aan de norm.
Casus 2 — Japanse farmaceutische blisterverpakkingsmachine: 180 stuks per minuut, nabij cleanroom, lage trillingen
Een Japans farmaceutisch verpakkingsbedrijf specificeerde wormwieloverbrengingen voor de thermoform-indexaandrijving van een blisterverpakkingsmachine met een snelheid van 180 blisters per minuut. De machine stond in een ruimte grenzend aan een ISO Klasse 8 cleanroom. Twee eisen, naast de standaardverpakkingseisen, waren: lage trillingen (het thermoformstation is warmtegevoelig – trillingen veroorzaken ongelijkmatige verwarming van het PVC) en farmaceutische documentatie (EN 10204 Type 2.2 certificaten, NSF H1-vet). Wormwieloverbrenging: enkelvoudige start, module 2, hartafstand 50 mm, overbrengingsverhouding 15:1, geslepen Ra 0,4 µm, AISI 304 worm, fosforbrons wiel. NSF H1 synthetisch vet. Gemeten trillingen bij het thermoformstation: 0,03 mm/s RMS – binnen de limiet van 0,08 mm/s die het vormproces tolereert. Geluidsniveau: 60 dB(A) op 1 m. Kosten per paar: 125 USD (inclusief toeslag voor farmaceutische documentatie). Bekijken wormwielreductor voor verpakkingen Opties ontworpen voor geluidsgecontroleerde en cleanroom-achtige verpakkingstoepassingen.
Casus 3 — Vietnamese krimpfoliemachine voor dranken: 80 stuks per minuut, kosteneffectief, hal met 4 machines
Een Vietnamees drankenbedrijf specificeerde wormwieloverbrengingen voor 2 indexeeraandrijvingen per krimpfoliemachine (invoerindex en folieaanvoerindex) voor 4 machines. Indexeersnelheid: 80 verpakkingen per minuut. Verpakkingsgewicht: 6 kg (12 × 500 ml PET-flessen). Indexeerafstand: 250 mm. Acceleratietijd: 0,15 seconden. Maximaal acceleratiekoppel: 85 N·m (zware verpakking). SF voor indexering: 2,0 (zware belasting, hoge acceleratie). Benodigd koppel: 170 N·m. Geluidsbudget met 4 machines, OSHA 85 dB: 71 dB(A) per bron — haalbaar met wormwieloverbrengingen met een vertanding bij Ra 0,8 µm (gemeten 68 dB(A)). Het hogere geluidsbudget maakte een geslepen afwerking overbodig, wat een besparing van ongeveer 22 USD per paar opleverde. Wormwielpaar: enkelvoudige aandrijving, module 3, hartafstand 63 mm, overbrengingsverhouding 25:1, vertanding Ra 0,8 µm. Materiaal: verzinkte worm, fosforbrons tandwiel. Kosten per paar: 58 USD. Kosten voor 2 aandrijvingen × 4 machines = 8 paren: 464 USD. Deze casus laat zien dat de geluidsbudgetmethode soms de goedkopere vertanding van de worm rechtvaardigt – niet elke verpakkingstoepassing vereist een geslepen afwerking.
Veelgestelde vragen
V: Hoe meet ik de geluidsbijdrage van een wormwielpaar op een bestaande machine?
Meet het totale machinegeluid met alle bronnen in werking (L_totaal). Stop of ontkoppel vervolgens de wormwielaandrijving (indien mechanisch mogelijk) en meet het geluid met alle andere bronnen in werking (L_resterend). De bijdrage van het wormwielpaar wordt berekend met de formule: L_worm = 10 × log₁₀(10^(L_totaal/10) − 10^(L_resterend/10)). Als het wormwielpaar niet kan worden geïsoleerd, gebruik dan een nabijveldmeting met een geluidsintensiteitssonde op een afstand van 50 tot 100 mm van de wormwielbehuizing. Dit geeft het bronspecifieke niveau met minder interferentie van andere bronnen. Vergelijk het gemeten geluid van het wormwielpaar met de geluidsbudgettoewijzing voor de specifieke halconfiguratie.
V: Neemt het geluid van het wormwielpaar toe met de indexeersnelheid?
Ja, het geluid van tandwieloverbrengingen neemt met ongeveer 3 dB(A) toe bij een verdubbeling van de rotatiesnelheid. Een wormwielpaar dat 62 dB(A) produceert bij 60 omwentelingen per minuut, produceert ongeveer 65 dB(A) bij 120 omwentelingen per minuut en 68 dB(A) bij 240 omwentelingen per minuut. Deze relatie tussen snelheid en geluid betekent dat het geluidsbudget bij lage snelheid kan worden gehaald, maar bij hoge snelheid op dezelfde machine kan worden overschreden. Verpakkingsmachines met een variabele snelheid moeten worden getest op de maximaal toegestane snelheid, niet op de gebruikelijke bedrijfssnelheid – het geluidsbudget moet worden gehaald in het slechtste geval.
V: Kan ik een servomotor met een wormwieloverbrenging gebruiken voor het positioneren van verpakkingen?
Ja, servomotoren met encoderfeedback worden steeds vaker gebruikt voor zeer nauwkeurige positionering van verpakkingen. Het wormwielpaar zorgt voor de mechanische overbrengingsverhouding en zelfvergrendeling; de servomotor zorgt voor nauwkeurige positiecontrole met programmeerbare acceleratieprofielen. Deze combinatie maakt mechanische nokkenas-aangedreven indexeerders (Geneefse mechanismen, tonnokken) overbodig, die beperkt zijn tot vaste indexeerafstanden. Een servo-wormwielcombinatie kan de indexeerafstand, het acceleratieprofiel en de stilstandtijd wijzigen via softwareaanpassingen, waardoor snel tussen productformaten kan worden gewisseld. De speling van het wormwielpaar moet aan de onderkant van het bereik worden gespecificeerd (minder dan 8 boogminuten) bij gebruik met servoaandrijvingen, omdat de positielus van de servocontroller kan oscilleren als de speling de ingestelde dode zone overschrijdt.
V: Hoe lang gaan wormwieloverbrengingen in verpakkingsmachines doorgaans mee?
Verpakkingsmachines draaien doorgaans in één of twee ploegen (2.000 tot 4.500 uur per jaar) met een indexeringssnelheid van 60 tot 200 cycli per minuut. Bij 120 cycli per minuut en 3.000 uur per jaar bedraagt het jaarlijkse aantal cycli ongeveer 21,6 miljoen – een van de hoogste aantallen cycli voor wormwieloverbrengingen. Ondanks dit hoge aantal cycli is het koppel per cyclus laag (typisch 10 tot 100 N·m), waardoor de cumulatieve vermoeidheidsschade per cyclus beperkt blijft. De levensduur van een bronzen wormwiel bedraagt onder deze omstandigheden 3 tot 6 jaar, waarbij de beperking meer ligt in de toename van speling die de indexeringsnauwkeurigheid beïnvloedt dan in tandbreuk. De levensduur van een stalen wormwiel bedraagt 8 tot 15 jaar. Jaarlijkse spelingmeting is het belangrijkste controlemiddel – plan de vervanging van het wormwiel wanneer de speling de indexeringstolerantie van de machine overschrijdt (doorgaans 0,1 tot 0,3 mm bij de producttransportband).
V: Levert het gebruik van een POM-wormwiel in plaats van een bronzen wormwiel een geluidsvoordeel op bij de verpakking?
Wormwielen van polycarbonaat (POM) produceren 8 tot 12 dB(A) minder geluid dan bronzen wormwielen bij dezelfde snelheid en belasting – de demping van het materiaal absorbeert de trillingsenergie van de tandwielen. Voor verpakkingsmachines die werken in grote, aan de EU-regelgeving onderworpen hallen waar het geluidsniveau per wormwielpaar onder de 60 dB(A) moet blijven, kan een POM-wiel in combinatie met een geslepen of gelapte worm (Ra 0,2 tot 0,4 µm) een geluidsniveau van 48 tot 55 dB(A) bereiken – ruim binnen de krapste budgetten. Het nadeel is de levensduur van het wiel: POM gaat 1,5 tot 3 jaar mee bij het indexeren van verpakkingsonderdelen, tegenover 3 tot 6 jaar voor brons. Bij de lage koppels die typisch zijn voor verpakkingsmachines (10 tot 80 N·m) is POM mechanisch voldoende – de belasting ligt ruim binnen de contactspanningslimiet van POM. Het prijsverschil per wiel (POM 4 tot 8 USD versus brons 15 tot 25 USD) maakt POM, ondanks de kortere vervangingscyclus, een kosteneffectieve oplossing voor geluidsreductie.
De wormwieloverbrengingen van verpakkingsmachines bevinden zich op het snijvlak van geluidsnormen en indexeerprecisie. De methode voor het toewijzen van het geluidsbudget – waarbij wordt teruggerekend van de maximale capaciteit van de hal via het aantal machines en bronnen naar de bijdrage van de individuele wormwieloverbrenging – bepaalt of een gefreesde, geslepen of gelapte oppervlakteafwerking vereist is. Een hal met 4 machines onder de OSHA-limieten kan gefreesde wormwieloverbrengingen met een Ra-waarde van 0,8 µm accepteren; een hal met 20 machines onder de EU-limieten kan gelapte wormwieloverbrengingen met POM-wielen met een Ra-waarde van 0,2 µm vereisen. Indexeerwerkzaamheden met 60 tot 200 cycli per minuut genereren miljoenen start-stopcycli per jaar, waardoor servicefactoren van 1,5 tot 2,0 moeten worden toegepast op het piekkoppel – niet op het gemiddelde koppel tijdens bedrijf. De specificatie is per station: indexeerstations hebben zelfvergrendelende wormwieloverbrengingen met één start nodig; stations met continue beweging profiteren van een efficiëntie met twee starts.
Voor fabrikanten van verpakkingsmachines voert onze engineeringafdeling een geluidsbudgetberekening uit voor uw halconfiguratie en adviseert over de beste kwaliteit van de oppervlakteafwerking. Standaardcatalogus compacte wormwielsets Scheepswielen met een gefreesde, geslepen en gelapte afwerking, verkrijgbaar met bronzen en POM-wielen met een hartafstand van 40 tot 80 mm. Dien een aanvraag in. verpakkingsspecificatie met indexeringspercentage, productgewicht, halafmetingen en geluidslimiet.
Welke wormwieloverbrengingen zijn geschikt voor de indexering van verpakkingsmachines?
Stuur ons de indexeringssnelheid (cpm), het productgewicht, het aantal machines in de hal, de wettelijke geluidsnormen (OSHA, EU, Korea) en of de aandrijving indexerend of continu in beweging is. Wij berekenen het geluidsbudget en adviseren over de juiste oppervlakteafwerking en het juiste wielmateriaal.
Vraag een specificatie voor een verpakkingsaandrijving aan →
Redacteur: Cxm
