Transportery z taśmą modułową – kiedy taśma klasyczna już nie wystarczy

Taśma modułowa jest droższa w zakupie niż TPU o tej samej długości i szerokości, ale inwestycja zwraca się w trzech obszarach.

Pierwszym jest wymiana lokalna. W TPU nacięcie, dziura albo rozwarstwienie powłoki kończy się wymianą całej taśmy: linia stoi, a brygada utrzymania ruchu zgrzewa nową pętlę przez pół zmiany. W taśmie modułowej technik wybija pręt poprzeczny w miejscu uszkodzenia, wyjmuje pojedyncze moduły, wstawia nowe i wkłada pręt z powrotem – to piętnaście do trzydziestu minut pracy. Przy intensywnej eksploatacji różnica się sumuje, a w niektórych zakładach jest warunkiem koniecznym: linia konserw rybnych w godzinach produkcyjnych nie może stać kilku godzin na wymianę taśmy.

Drugim jest brak napięcia wzdłużnego. TPU pracuje w napędzie ciernym z bębna i wymaga stałego naciągu, który zużywa tkaninowy rdzeń, obciąża łożyska bębna napędowego i wymaga okresowej regulacji. Taśma modułowa pracuje w napędzie z zazębieniem kształtowym: koła zębate wchodzą w wybrania w spodniej stronie modułów i przesuwają taśmę bez wzdłużnego napięcia. Nie ma tu klasycznej śruby napinającej ani ryzyka poślizgu na bębnie, a łożyska wałów napędowych pracują w łagodniejszych warunkach, co z czasem przekłada się na mniej przeglądów i mniej części zamiennych.

Trzecim jest elastyczność wymiarowa. TPU dochodzi u producenta do określonej szerokości, typowo 2–4 metrów bez spoiny; powyżej trzeba łączyć taśmę albo godzić się z ograniczeniami. Taśma modułowa rośnie na szerokość przez dokładanie kolejnych modułów, od 100 mm do ponad 3000 mm, bez ograniczeń producenta. Dla linii o nietypowej szerokości (na przykład pasteryzacja konserw w pełnym wymiarze, w układzie kilkupasmowym) jest to jedyne rozsądne rozwiązanie.

Trzeba też znać ryzyka tego typu taśmy. Pierwszym są szczeliny między modułami: taśma modułowa ma między modułami przerwy konstrukcyjne, których nie da się „zamknąć”. Przy produkcie luzem o małej granulacji – orzeszki, drobne ziarna, posypki – część może się przesypywać między moduły i osiadać na zewnętrznej stronie taśmy. Niektóre serie modułów flush grid (gęsta siatka z drobnymi otworami) projektowano specjalnie pod tę sytuację, ale podstawowe rastry nie. Drugim ryzykiem jest masa: taśma modułowa waży więcej od TPU, co oznacza większe momenty na napędzie i konieczność doboru mocniejszego motoreduktora. Trzecim jest hałas – sztywne moduły przechodzące przez koła zębate i ślizgające się po stole nośnym pracują głośniej niż TPU, co wyraźnie słychać w strefie, w której operator pracuje cały dzień blisko transportera.

Moduł – materiał decyduje

Spożywcze moduły powstają z czterech głównych tworzyw, dobieranych pod warunki pracy linii. Wszystkie cztery, w wersjach spożywczych, mają dopuszczenia FDA i są zgodne z rozporządzeniem (UE) nr 10/2011 dla tworzyw w kontakcie z żywnością. Deklaracje zgodności producent dostarcza na żądanie.

Polietylen (PE), najczęściej w wersji UHMWPE (polietylen o ultrawysokiej masie cząsteczkowej), najlepiej z całej grupy znosi niskie temperatury. Pracuje stabilnie do minus 73°C, znosi szoki termiczne, ma niski współczynnik tarcia i bardzo dobrą udarność. To standardowy materiał w komorach mroźniczych, tunelach IQF (individual quick freezing) i zamrażalniach kontaktowych. Jego ograniczeniem jest górny zakres temperatur: powyżej 60–80°C zaczyna tracić właściwości mechaniczne.

Polipropylen (PP) jest najbardziej uniwersalny z tej grupy. Pracuje do 100°C w trybie ciągłym, ma bardzo dobrą odporność chemiczną (zwłaszcza na alkaliczne środki myjące) i jest tańszy od POM – to materiał pierwszego wyboru dla typowej linii pakowania w temperaturze otoczenia. Jego słabszą stroną jest mniejsza udarność niż w PE i wyższy współczynnik tarcia niż w POM.

Poliacetal (POM, znany też jako Delrin) ma najlepsze właściwości mechaniczne w grupie. Pracuje w zakresie od minus 43°C do plus 95°C, ma najniższy współczynnik tarcia (mniejsze obciążenie napędu i mniejsze nagrzewanie się elementów ślizgowych), najwyższą wytrzymałość na rozciąganie i dobrą stabilność wymiarową, ale jest droższy od PP i PE. To standardowy wybór do taśm side-flexing pracujących w łukach (obciążenia mechaniczne są tam wyraźnie wyższe niż w taśmie prostej) oraz wszędzie tam, gdzie wymagania wytrzymałościowe są najwyższe.

Poliamid (PA, nylon) to materiał wysokotemperaturowy: pracuje do 120°C w trybie ciągłym (wersje wzmocnione wyżej), z dobrą wytrzymałością mechaniczną. Stosuje się go w taśmach do gorących linii pakowania (hot-fill), w procesach po sterylizacji i w pasteryzatorach. PA jest higroskopijny – wchłania wilgoć z otoczenia, co przy długich postojach może lekko wpływać na wymiary modułów. Tam, gdzie potrzebna jest jeszcze wyższa wytrzymałość mechaniczna, sięga się po wersję wzmocnioną włóknem szklanym (PA-GF).

Tam, gdzie linia ma detekcję ciał obcych – a takich linii w nowoczesnym przetwórstwie przybywa – używa się modułów w wersjach wykrywalnych. Warto tu rozróżnić dwie odrębne kategorie, bo nieraz się je upraszcza. Pierwsza to materiały metal-detectable: moduły z dodatkiem (najczęściej tlenków metali), które standardowy wykrywacz metali odróżnia od żywności. Druga to materiały X-ray detectable, gęstsze, przeznaczone do detekcji aparatem rentgenowskim. To rozwiązanie wchodzi do nowoczesnych linii mięsnych i drobiarskich, bo aparat rentgenowski wykrywa też kości, kamienie, szkło i plastik o odpowiedniej gęstości, czego wykrywacz metali nie zauważy. Niektórzy producenci oferują wersje dual-detectable, działające z oboma metodami jednocześnie. Wybór zależy od tego, jakie urządzenia kontrolne zakład już ma albo planuje.

Pręty łączące moduły

Moduły łączą poprzeczne pręty przechodzące przez osie zawiasów po obu stronach modułów. Pręty wykonuje się typowo z polipropylenu, POM, poliamidu albo – przy najwyższych wymaganiach wytrzymałościowych – ze stali nierdzewnej. Pręt da się jednym ruchem wybić z jednej strony taśmy, wyjąć moduł i wstawić nowy. Stąd słynna „wymiana piętnastominutowa”.

Rodzaj pręta dobiera się pod konkretne warunki. Pręt stalowy nierdzewny ma największą wytrzymałość, ale jest droższy i przewodzi ciepło – w taśmach pracujących w tunelach mrożących może lokalnie wychładzać moduły. W liniach z detekcją metalu pręt stalowy nie wchodzi w grę: używa się prętów z tworzywa albo w wersji wykrywalnej.

Open hinge, closed hinge, dynamic open hinge – typ zawiasu

To decyzja, której często nie poświęca się dość uwagi, a która wprost rzutuje na higienę. Konstrukcja zawiasu między modułami przesądza o tym, jak łatwo da się go umyć, a zawias to jedno z głównych miejsc, w których w zakładzie spożywczym gromadzą się bakterie.

Closed hinge to zawias zamknięty, w którym pręt jest osłonięty z obu stron przez konstrukcję modułu. Ma większą wytrzymałość mechaniczną i lepszą odporność na ścieranie, ale utrudnia dostęp środka myjącego do wnętrza zawiasu. To standardowy wybór poza przemysłem spożywczym, do ciężkich obciążeń; w zakładach spożywczych stosuje się go tylko wtedy, gdy wymagania higieniczne są niskie, a obciążenia bardzo wysokie.

Open hinge to zawias otwarty: między modułami zostaje widoczna przerwa, przez którą widać pręt i można dotrzeć do niego strumieniem wody. Zasada „co widać, da się umyć”. To dzisiejszy standard spożywczy – open hinge usuwa wodę i resztki produktu grawitacyjnie, dobrze myje się natryskiem i ogranicza ryzyko zaschniętego osadu organicznego.

Dynamic open hinge to kolejna generacja. Geometria zawiasu jest taka, że gdy taśma przechodzi przez koło zębate i moduły chwilowo się od siebie odchylają, zawias otwiera się dodatkowo. Pręt jest wtedy maksymalnie odsłonięty, co pozwala bardzo skutecznie umyć go strumieniem natrysku, zwłaszcza dyszami zamontowanymi pod taśmą w strefie powrotu. To rozwiązanie stosowane w nowoczesnych liniach o najwyższych wymaganiach higienicznych: drób, ryby, świeże mięso, gotowe wyroby do spożycia (RTE – ready to eat).

W projektach o najwyższych wymaganiach higienicznych decyduje się dziś świadomie między open hinge a dynamic open hinge, zależnie od tego, czy linia ma system mycia podtaśmowego, i od ryzyka mikrobiologicznego w tej konkretnej instalacji.

Raster (pitch) modułów

Raster, czyli odległość między osiami sąsiednich zawiasów, to drugi po materiale parametr decydujący o charakterze taśmy. Na rynku europejskim występuje typowo w przedziale od 12,7 mm (0,5 cala) dla taśm bardzo gęstych do 63,5 mm (2,5 cala) dla najcięższych zastosowań.

Mały raster (12–25 mm) daje gładszą powierzchnię nośną, lepsze podparcie małych produktów, mniejsze szczeliny między modułami i – przy taśmach side-flexing – możliwość pracy w mniejszych promieniach łuku. Sprawdza się przy małych opakowaniach jednostkowych, drobnych produktach luzem i przy precyzyjnym pozycjonowaniu pod kamerą.

Średni raster (25–38 mm) to branżowy standard dla przetwórstwa spożywczego: do pakowania konserw i transportu opakowań jednostkowych w strefie pakowania.

Duży raster (38–63 mm) zmniejsza masę taśmy, zwiększa udział otwartej powierzchni (ważny dla chłodzenia, mycia i drenażu) i pozwala na lżejszą konstrukcję napędu. Sprawdza się w taśmach do procesów termicznych – chłodzenia, schładzania, suszenia – oraz w taśmach mocno otworowanych do mycia produktu wodą lub środkami chemicznymi.

W praktyce wybór rastera wynika z tego, jaki jest produkt i co się z nim na taśmie dzieje. Małe owoce na suszarni potrzebują małego rastera, żeby się nie zgubiły. Krzaczki brokułów na schładzaczu wodnym mogą iść po dużym rasterze, bo woda musi przepływać. Pakowanie konserw rybnych to średni raster – kompromis między stabilnością opakowania a masą taśmy.

Typy powierzchni modułu

Typ powierzchni to trzeci wymiar wyboru, obok materiału i rastera.

Flat top (gładki pełny) to pełna, zamknięta powierzchnia, bez szczelin w obrębie modułu – standard do transportu opakowań jednostkowych, kartonów i opakowań zbiorczych.

Flush grid (gęsta siatka z drobnymi otworami) daje częściowe odpowietrzanie i odprowadzanie wilgoci, ale produkt nie wpada w otwory. Wybiera się go tam, gdzie potrzebny jest średni stopień otwartości.

Raised rib / open hinge (z poprzecznymi grzbietami i otwartymi zawiasami) ma wysoki procentowy udział otwartej powierzchni – standard do chłodzenia tunelowego, schładzania wodnego i pakowania w atmosferze modyfikowanej.

Perforated (perforowana, z gęstymi okrągłymi lub kwadratowymi otworami) zapewnia maksymalną przepuszczalność dla powietrza i cieczy. Sprawdza się w procesach z natryskiem mycia produktu na taśmie albo z silnym strumieniem powietrza chłodzącego od dołu.

Flights (z poprzeczkami) to moduł ze wspawaną poprzeczną listwą o określonej wysokości, zatrzymującą produkt na wzniesieniu – standard w modułowych taśmach elewacyjnych.

Side walls (ze ściankami bocznymi) to moduł z wystającą do góry ścianką boczną, zapobiegającą wypadaniu produktu poza krawędź taśmy. Stosuje się go przy transporcie drobnych produktów albo w taśmach elewacyjnych.

Kombinacje są praktycznie nieograniczone: w jednej taśmie można połączyć środek otwarty (perforated), brzegi zamknięte (flat top), ścianki boczne, a co kilka rastrów wspawane zabieraki. Takiej elastyczności nie daje żaden inny typ taśmy.

Napęd – zazębienie kształtowe

Napęd przenoszą koła zębate wchodzące w wybrania w spodniej stronie modułów. Liczbę kół na wałku napędowym i napinającym dobiera się pod szerokość taśmy, typowo co 150–200 mm w poprzek. Koła wykonuje się z tworzywa (UHMWPE, POM) albo ze stali nierdzewnej: tworzywowe są tańsze i cichsze, stalowe znoszą większe obciążenia i wyższe temperatury.

Brak wzdłużnego napięcia oznacza, że klasycznej śruby napinającej tu nie ma. Wałek napinający kompensuje zmiany długości taśmy wynikające z rozszerzalności termicznej i ze zużycia w czasie – często jest to wałek z pływającym łożyskiem na sprężynach albo na pneumatyce. Konstrukcja jest prostsza niż klasyczny napinacz taśmy TPU i wymaga rzadszych regulacji.

Stół nośny i ślizgi

Pod taśmą modułową, na całej długości, znajduje się stół nośny – typowo blacha nierdzewna ze ślizgami z UHMWPE jako warstwą pośrednią. Ślizgi z UHMWPE są branżowym standardem do taśm modułowych z trzech powodów: bardzo niskiego współczynnika tarcia (mniejsze obciążenie napędu), długiej żywotności (UHMWPE należy do najbardziej odpornych na zużycie tworzyw inżynierskich) i dopuszczenia spożywczego. Ślizgi montuje się jako belki o szerokości 20–40 mm, rozłożone w poprzek, w odstępach 150–300 mm wzdłuż taśmy. Profil belki dobiera się pod obciążenie i typ modułu.

Stół po stronie powrotnej (dolnej) bywa ślizgowy albo rolkowy, w zależności od długości transportera i obciążenia. W krótkich maszynach wystarcza ślizg dolny; przy długich (ponad 5–10 metrów) wprowadza się rolki podporowe, żeby zmniejszyć opory toczenia powracającej taśmy.

Taśma modułowa pod kamerą inspekcyjną zachowuje się inaczej niż TPU. Powierzchnia nie jest jednolita: między modułami są wyraźne szczeliny, a sam moduł ma fakturę (gładką, perforowaną, z grzbietami). Trzeba to uwzględnić przy doborze oświetlenia i konfiguracji algorytmu.

Najczęściej stosowane rozwiązania to oświetlenie kierunkowe pod kątem (likwiduje cienie modułów), oświetlenie tylne (gdy taśma jest perforowana, światło prześwituje przez otwory i widać sylwetkę produktu na jasnym tle, co znacznie ułatwia detekcję) albo oświetlenie strukturalne do wykrywania defektów. Cienie samych modułów eliminuje się też algorytmicznie: przy znanej prędkości taśmy i znanym rastrze algorytm wie, gdzie są szczeliny, i pomija te obszary w analizie.

Druga kwestia to synchronizacja. Napęd z zazębieniem kształtowym nie pozwala na poślizg między napędem a taśmą. Dla pomiarów pozycyjnych z enkoderem to duża zaleta: enkoder na wałku napędowym jednoznacznie odpowiada pozycji taśmy, bez drobnych dryfów, które bywają problemem w TPU napędzanej ciernie. Dla kamer linijkowych i precyzyjnych pomiarów pozycji produktu na taśmie to wyraźna przewaga. Z drugiej strony taśma modułowa drga inaczej niż TPU: każde przejście modułu przez koło zębate to drobne uderzenie mechaniczne. Iloczyn rastra modułów i prędkości taśmy daje charakterystyczną częstotliwość drgań, którą konstrukcja ramy musi tłumić – zwłaszcza dla kamery linijkowej, dla której drgania o niewłaściwej częstotliwości rozmywają obraz.

Tam, gdzie wymagana jest najwyższa precyzja pozycjonowania produktu – kiedy każdy karton musi trafić w ustalone miejsce pod ramieniem robota pakującego albo linia odczytuje kody DataMatrix z prędkością kilkudziesięciu sztuk na sekundę – modułowa z zazębieniem kształtowym osiąga dokładność, której TPU napędzany ciernie nie osiągnie.