120 FFP2-maskers per minuut volledig automatisch vervaardigen en verpakken

"Van de fleece naar de verpakking" - de innovatieve productielijn maakt het mogelijk om 120 hoogwaardige FFP2-maskers per minuut volledig automatisch te produceren en te verpakken. (Beeldbron: Schneider Technologies)

De standaardomzetter die voor het contourlassen wordt gebruikt, is speciaal ontwikkeld voor de continue lasmodus. Een compensatiecontour aan de rand van de baan zorgt voor een stabiele amplitude. (Beeldbron: Schneider Technologies)

In de productielijn kunnen maskers worden vervaardigd uit maximaal vijf non-woven lagen. (Beeldbron: Schneider Technologies)

Bij het lassen van de oorbangers zorgen de speciale constructie van de lasstations en de afstelling van de trilsystemen en sonotroden voor de juiste uitvoering van elk afzonderlijk laspunt. (Beeldbron: Schneider Technologies)

Voor het lassen van de L-naad, dat opnieuw in continue processen wordt uitgevoerd, worden de mallen gedraaid. (Beeldbron: Schneider Technologies)

Van idee tot ingebruikname van het meest geavanceerde productiesysteem ter wereld voor FFP2-beschermmaskers verstrijken slechts tien maanden. De installatie met ultrasoonoplossingen voor het continue en getimede ultrasone lassen van Weber Ultrasonics stelt ons in staat om 120 maskers per minuut volledig automatisch te produceren en te verpakken.

Het is paaszondag 2020, de eerste coronagolf heeft de wereld in haar greep, als Stephan Schneider een rapport leest over het maskerschandaal: ademhalings- en FFP2-maskers zijn in Europa praktisch niet beschikbaar en als ze er zijn, alleen tegen exorbitante prijzen uit Azië en in soms twijfelachtige kwaliteit. De bijdrage brengt de diploma-ingenieur en gepassioneerd machinebouwer op het idee om zelf een FFP2-masker en de daarvoor benodigde productietechniek te ontwikkelen en daarmee op lange termijn een veilige en concurrerende maskermarkt "Made in Germany" op te bouwen. De in 1998 opgerichte Schneider Technologies GmbH + Co. KG is gespecialiseerd in de ontwikkeling, constructie en bouw van speciale machines en productielijnen voor een breed klantenbestand, bijvoorbeeld uit de automobiel-, elektro-, sanitair- en chemische industrie. Een kerncompetentie ligt in automatisering en rationalisering van productie en montage.

Masker en installatietechniek parallel ontwikkeld

Met de productie van persoonlijke beschermingsmiddelen en het ultrasoonlassen, dat bij de productie van de maskers een cruciale stap is, heeft het bedrijf nieuw terrein betreden. "Om überhaupt een gevoel te krijgen voor het thermoplastische materiaal, de zogenaamde nonwovens, waaruit de maskers bestaan, de verwerking ervan en waar op te letten, hebben alle projectbetrokkenen een training gevolgd bij het Institut für Textiltechnik (ITA) van de RWTH Aachen. Samen met het ITA is ook het maskermodel ontwikkeld, dat is aangepast aan Europese hoofden," vertelt Stephan Schneider.

Ook de planning van de productielijn pakte de directeur pragmatisch aan. Gedetailleerde onderzoeken naar de op de markt aangeboden machines gaven aanwijzingen waar men moest beginnen om op het gebied van kwaliteit, prestaties en beschikbaarheid een aanzienlijk betere oplossing te vinden. Dienovereenkomstig moest de productietechniek hoogautomatisch en bijna mensloos functioneren. Het doel was om in plaats van de tot nu toe maximale productiecapaciteit van 60 maskers per minuut, 120 stuks te produceren. Een hoge beschikbaarheid van de installatie, een stabiele constructie en geïntegreerde verpakking hadden eveneens de hoogste prioriteit. Deze eisen en de expertise uit meer dan 400 gerealiseerde speciale installaties werden meegenomen in de conceptie van de productietechniek. "Omdat de lasprocessen en vooral het lassen van de oorklemmen kwaliteitsbepalende processen zijn, zochten we voor deze sleutelcomponenten een partner met ervaring in maskerlassen," legt de directeur uit.

Technische oplossing, advies en ondersteuning beslissend

Stephan Schneider koos voor ultrasoonapparatuur van Weber Ultrasonics AG, een van 's werelds toonaangevende fabrikanten van ultrasooncomponenten voor lassen, snijden en reinigen, evenals van modulaire oplossingen voor het lassen van oorklemmen. De doorslag gaven het technologische concept van de lasoplossingen, de uitgebreide ervaring van het bedrijf in de verwerking van nonwovens. "Weber biedt generatoren, converters en boosters voor maskerlassen als standaardcomponenten, alleen de sonotroden worden op maat aangepast. Dit stelde ons in staat om in dit gebied snel vooruitgang te boeken zonder kostbare en tijdrovende ontwikkelingswerkzaamheden. Deze factor, evenals het goede, degelijke advies en de zeer open communicatie, bijvoorbeeld over oplossingen voor het lassen van de oorklemmen en de uitlijning van de rollen, hebben ons al bij de eerste ontmoeting onder de indruk gemaakt. We hebben daarom spontaan voor Weber gekozen en niet meer met andere fabrikanten gesproken," voegt Stephan Schneider toe. De componentenleverancier bood ook uitgebreide ondersteuning bij de verificatie van de procesparameters. Dit gebeurde door lasproeven in het technikum bij Weber met het originele maskermateriaal van Schneider. Het bestaat uit drie verschillende nonwovens, waarbij de middelste laag een reeds verbonden combinatiemateriaal is. "Ons doel is niet alleen om met de productielijn hoogwaardige maskers te vervaardigen, maar ook om de productietechniek te verkopen. Om flexibel te kunnen inspelen op klant-specifieke eisen, is de installatie ontworpen voor de verwerking van tot vijf nonwovenslagen," merkt Stephan Schneider op.

Volautomatische productie met continue en getimede lassen

De productielijn is uitgerust met in totaal zeven ultrasoonlasmachines. De Industrie 4.0-geschikte lasgeneratoren Sonic Digital HS3 met elk 2.000 watt vermogen beschikken over vijf lasmodi, zodat zowel continue als getimede lassen betrouwbaar kunnen worden uitgevoerd. Daarnaast zorgen innovatieve functies voor een maximale procesveiligheid. Daartoe behoort bijvoorbeeld de Teach-In, die automatisch de optimale startfrequentie en regelparameters van de aangesloten trilsystemen bepaalt en de juiste bedrijfskleur identificeert via de Sonoscan-functie. De temperatuurregeling berekent frequentieverschuivingen door temperatuursveranderingen en compenseert deze eveneens automatisch.

Na het plaatsen van de nonwovensrollen op de coilers start het volledig automatische proces met het plaatsen van de neusbruggen. Vervolgens worden de contouren van het masker in een continu proces gelast. De hier gebruikte lasconverter, vervaardigd uit titanium, is speciaal ontwikkeld voor ononderbroken toepassingen. Voor een soepele overgang van doorloop- naar getimede processen is een buffer geïntegreerd, van waaruit de maskers eerst worden bedrukt in een drukunit met de specificaties van de fabrikant, CE-markering en controle-nummer. Daarna worden in twee stations de oorklemmen gelast. Hierbij zorgen de speciale constructie van de oorklem-lasstations en de uitlijning van de trilsystemen en sonotroden uit titanium voor de juiste uitvoering van elk laspunt. Hier volgt nog een buffer, omdat de daaropvolgende vormgeving van de maskers en het lassen van de L-Naad weer in continue processen plaatsvinden. In de volgende stap worden de maskers uitgestanst, automatisch overgedragen aan een zakverpakkingsmachine en individueel verpakt. Ten slotte wordt een automatische orderverzameling uitgevoerd van tien of twintig maskers, die vervolgens in verkoopdozen worden verpakt en door een robot in transportdozen worden geplaatst. De ontwerpvereiste "Van nonwoven tot verpakking" is hiermee volledig gerealiseerd.

Alle processtappen worden bewaakt door sensoren en camerasystemen en de verkregen resultaten worden continu vergeleken met de in de besturing vastgelegde, gedefinieerde streefwaarden. Dit maakt het mogelijk dat niet perfect geproduceerde of verpakte maskers automatisch worden uitgesorteerd in sorteerstations vóór en ná de verpakking.

De innovatieve productielijn maakt het mogelijk om in de hoge-loonlanden van Europa tot 100 miljoen kwalitatief hoogwaardige FFP2-maskers per jaar hygiënisch en tegen prijzen te produceren die ook concurrerend zijn ten opzichte van Aziatische aanbieders. "We zijn ervan overtuigd dat de toonaangevende technologie voor maskerlassen en de compromisloze ondersteuning van Weber Ultrasonics ons hebben geholpen om dit project van hoge kwaliteit en in minder dan een jaar te realiseren," concludeert Stephan Schneider.