독립 수송 시스템, 유연하고 부드러운 수송 구현하다
  • 김관모 기자
  • 승인 2020.06.10 14:42
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포장업체 Wolf, SuperTrak 시스템 통해 업그레이드된 FSS 기계 제공

[B&R 제공] 제품의 짧은 수명주기와 지속적인 개별화 추세로 인해 기존의 조립‧생산 기계들은 한계에 몰리고 있다. 이 문제는 새로운 포장 유형과 재료를 수용해야 하기 때문에 더욱 복잡해진다. 독일 포장 기계 제조업체인 Wolf는 이 새로운 기계로 어떻게 B&R 기술이 전례 없는 유연성과 부드러운 핸들링으로 라인을 통해서 제품을 수송할 수 있는지를 보여준다.

메인사진 독일 포장 기계 제조업체 인 Wolf는 새로운 기계를 사용해 B&R 기술이 전례없는 유연성과 부드러운 핸들링으로 라인을 통해 제품을 어떻게 이동할 수 있는지 보여준다. [사진=B&R]
메인사진 독일 포장 기계 제조업체인 Wolf는 새로운 기계를 사용해 B&R 기술이 전례없는 유연성과 부드러운 핸들링으로 라인을 통해 제품을 어떻게 이동할 수 있는지 보여준다. [사진=B&R]

Wolf의 설계 및 엔지니어링 책임자 Markus Schmachtel은 “포장 산업에 있어서 주요 유통 체인 및 글로벌 기업들은 향후 수 년 내에 환경 친화적인 포장으로의 전환을 완료하는 것을 목표로 한다”고 밝혔다. Wolf는 1988년 설립된 이래로 3,000대 이상의 충진 및 포장 기계를 공급해 왔으며, 특히 식품 산업에서 명성을 얻었다. 포장 기술 분야에서 오랫동안 일해 온 Schmachtel 책임은 “일반적으로 설계 엔지니어는 기계적인 접근방식으로 새로운 요구사항을 해결하려고 한다. 그러나 포장 유형이 다양해지고 재료가 계속 증가함에 따라 포장 기계는 지금까지 널리 보급됐던 순수 기계식 체인 운전 컨베이어 보다 제품에 더욱 유연하고 부드러운 수송 솔루션을 필요로 한다”고 말했다.

Wolf는 수직형 폼 충진 씰(Form Fill Seal, 이하 FFS) 기계를 제공한다. 이는 가장자리가 밀봉된 스탠드업 포장백 뿐만 아니라 플랫 백이나 거세트(gusset) 백을 포함해 모든 일반적으로 사용되는 포장백 유형간의 전환이 쉽다. 지금까지 FFS 기계에 연결된 탑 클로징 기계는 결합된 체인을 이용해 제품을 수송했으며, 포장 백의 구획을 형성하는 푸셔 도그 부착장치가 특징이다. 이러한 디자인으로 포장용 백은 FFS 기계의 타이밍과 모두 동기화되어 전체 수송 메커니즘과 함께 세워진 채로 밀려나간다. 포장용 백이 움직이면서 그 밑바닥이 수송 시스템의 플레이트 위로 미끄러진다.

울프는 B&R의 SuperTrak 롱-스테이터 리니어 모터 시스템을 기반으로 하는 독립수송솔루션으로 고성능 범위를 위해 탑 클로징 기계를 개발했다. [사진=B&R]
울프는 B&R의 SuperTrak 롱-스테이터 리니어 모터 시스템을 기반으로 하는 독립수송솔루션으로 고성능 범위를 위해 탑 클로징 기계를 개발했다. [사진=B&R]

민감한 에코-포장의 부드러운 수송

마케팅과 환경적인 요인이 결합되면서 종이가 포장재로 인기를 얻고 있다. 그러나 상당히 빠르게 이뤄지는 수송 과정에서 종이백의 바닥이 너무 심하게 변형되거나 전단력으로 인해 백 자체가 변형될 수 있다. 특히 굵고 뻣뻣한 용지들은 이러한 문제에 특히 취약하다.

Schmachtel 책임은 “이런 변형되는 표면에 특수 코팅을 통해 포장 백 변형 문제를 최소화할 수는 있다”며, “그것은 시간이 지남에 닳아 벗겨지고, 생산 환경을 오염시키게 된다. 점점 많은 기업들이 생산 라인에서 이러한 코팅을 금지하고 있기 때문에 우리 고객들은 사실상 마모가 없는 우리의 제품 수송 솔루션을 환영할 것”이라고 설명했다.

앞으로 당면한 도전을 준비하기 위해 Wolf는 새로운 탑 클로징 기계를 개발하기로 결정했다. 그리고 페이로드, 셔틀 핸들링, 그리고 공급자 지원과 관련해 다양한 종류의 분리된 수송 시스템을 테스트했다. 그 과정에서 높은 성능 범위를 위해 특별히 설계된 긴 고정자 리니어 모터에 기반한 B&R의 SuperTrak 시스템이 큰 역할을 맡았다. 하나 또는 두 개의 FFS 기계와 해당 투약 장치를 결합해 탑 클로징 기계의 단일 변형의 목표는 분당 최대 80개의 포장백을 생산, 충진 및 밀봉할 수 있도록 하는 것이다. 이중 변형의 경우에는 분당 최대 130개의 포장백을 목표로 했다.

탑 클로징 기계의 운송 시스템은 각각의 백을 처리 스테이션으로 개별 이동시킨다. [사진=B&R]
탑 클로징 기계의 운송 시스템은 각각의 백을 처리 스테이션으로 개별 이동시킨다. [사진=B&R]

최소의 노력으로 전환

Wolf의 또 다른 목표는 기계가 전환을 위해 가능한 한 적은 노력으로 광범위한 포장백 타입과 재료, 밀봉 방법을 처리할 수 있도록 하는 것이었다. 이를 통해 플랜트 운영자는 시장 요구사항에 유연하게 대응하고 라벨 마감, 게이블 마감, 라이더 상단 또는 클립 마감과 같은 다양한 마감 변형을 선택할 수 있다. 이렇게 하려면 FFS 기계에 의해서 성형, 충진 및 밀봉된 포장백들을 탑 클로징 기계의 수송 시스템으로 전달해야 하며, 이를 통해 다양한 가공 스테이션으로 보낼 수 있다.

라벨 마감이 있는 블록 하단 백의 경우에는 이 스테이션들이 상단을 성형하고, 압축하고, 자르고, 밀봉한 뒤 접어서 상단에 불필요한 공간이 전혀 없는 콤팩트한 백을 만든다. 마지막으로 접힌 상단은 라벨이 달린 블록 모양의 백에 부착된다. 이를 위해 Wolf는 B&R의 SuperTrak에 기반한 분리된 수송 솔루션으로 특히 고성능 범위를 위해 탑 클로징 기계를 개발했다.

유연성 극대화를 위한 독립 셔틀

SuperTrak 시스템은 고정 커플링이 있는 체인 구동 컨베이어와 달리, 독립적으로 제어되는 셔틀에 장착된 카트리지로 포장백을 수송한다. 이것은 셔틀이 FFS 기계를 떠나는 속도와 무관하게 탑 클로징 기계의 공정 스테이션을 통과할 수 있도록 한다.

Schmachtel 책임은 “포장백이 카트리지에서 기계를 통과하기 때문에 백의 바닥에 받는 전단력이 없다”며, “각 셔틀은 개별적으로 프로그래밍하고 제어할 수 있다. 이를 통해 이동 프로파일을 다른 포장 유형과 내용물에 따라서 맞춤 제작할 수 있어 그 어느때 보다 더 효율적이고 부드럽게 생산할 수 있다”고 말했다.

셔틀은 또한 뒤로도 이동할 수 있다. Wolf의 설계자는 이 옵션을 사용해 진동 이동을 탑 클로징 기계의 이동 프로파일 속으로 통합했다. 이로 인해 Wolf는 벌크 재료를 압축하기 위해 백을 진동시키는 별도의 스테이션이 필요 없게 됐으며, 그 공간은 다른 용도로 사용할 수 있다. 진동 프로세스는 더 이상 특정 시간 내에 완료할 필요가 없어 더 부드럽고 더 효과적으로 구현할 수 있다. 사용자는 서로 다른 제품 변형에 따라 맞춤형 진동 기능으로 다양한 이동 프로파일을 구현한다.

SuperTrak의 자유롭게 프로그래밍 가능한 이동 프로파일 덕분에 설계자는 처리 스테이션을 자유롭게 배치 할 수 있으며, 필요에 따라 스테이션을 건너뛰거나 추가 할 수 있다. [사진=B&R]
SuperTrak의 자유롭게 프로그래밍 가능한 이동 프로파일 덕분에 설계자는 처리 스테이션을 자유롭게 배치 할 수 있으며, 필요에 따라 스테이션을 건너뛰거나 추가 할 수 있다. [사진=B&R]

생산량 증가

자유로운 프로그래밍 가능한 이동 프로파일 덕분에 설계자는 프로세스 스테이션을 자유롭게 배치할 수 있으며, 필요에 따라 스테이션을 건너뛰거나 추가할 수 있다. 이를 활용하는 한 가지 방법은 출력을 높이거나 목표 사이클 타임을 맞추기 위해 시간 민감 스테이션(time-critical stations)을 두 배로 늘리는 것이다. 고정 체인 컨베이어 시스템과 같이 각각 다른 스테이션 두 개를 둘 필요 없이 이 작업을 수행할 수 있다.

프로그램 가능한 이동 프로파일은 특정한 백에 대한 처리 단계를 간단히 추가하거나 건너뛰는 것만으로 동일 라인상에서 여러 포장 유형 또는 재료를 최소한의 노력만으로 처리할 수 있다. 이는 SuperTrak 기반의 탑 클로징 기계를 Wolf의 유연한 FFS 기계의 이상적인 시스템으로 만들었다. Schmachtel 책임은 “SuperTrak은 최소한의 추가비용만으로 생산량을 늘리거나 제품 변형을 추가할 수 있다”며, “사용자 생산 라인에 쉽게 통합할 수 있으며, 고객 맞춤형 이송 프로파일을 통해 FFS 기계 또는 포장기를 위한 수송 스테이션 위치 선정에서 더욱 많은 자유를 제공한다. 전체 시스템 레이아웃은 현장 상황에 쉽게 적응할 수 있다”고 전했다.

또한, 고속 SuperTrak 시스템의 가이드 레일의 모듈화된 설계는 기계제작자에게 기계 레이아웃 설계에 대한 추가적인 자유도를 제공한다. Schmachtel 책임은 “탑 클로징 기계를 쉽게 늘리거나 줄일 수 있으며, 필요에 따라 셔틀의 개수도 조정할 수 있다”며, “전체 이동 방향을 변경할 수 있는 유연성으로 새로운 요구에 쉽게 적응할 수 있다”고 말했다.

탑 클로징 기계의 수송 시스템은 각각의 포장백을 개별적으로 프로세스 스테이션으로 이동시킨다. SuperTrak의 자유로운 프로그래밍 이동 프로파일 덕분에 설계자는 프로세스 스테이션을 자유롭게 배치할 수 있고, 필요에 따라 스테이션을 건너뛰거나 추가할 수 있다.

SuperTrak

B&R의 SuperTrak은 열악한 산업 환경에서 연중무휴 가동을 위해 특별히 개발됐다. 신뢰할 수 있고 안전하며, 매우 높은 페이로드를 지원한다. 또한, SuperTrak은 동일한 라인에서 다양한 제품을 제조할 때 전환 시간을 최적화한다. 운영자가 다른 옵션을 선택하는 순간, 수송 시스템은 자동적으로 제품 흐름을 조절한다. 셔틀은 트랙을 분해하지 않고도 쉽게 교체할 수 있다. 따라서 평균 수리 시간은 매우 낮아지고, 전체 플랜트의 생산성은 향상된다.

SuperTrak을 사용하면 셔틀과 포장백 카트리지만 이동시키면 된다. 이는 영구적으로 결합된 수송 시스템보다 질량이 매우 적기 때문에 더 적은 전력만으로 가속 및 제동이 가능하다는 것을 의미한다.

자유도 높은 시스템 레이아웃

Wolf에서 제작한 첫번째 차세대 기계에서는 2개의 180도 곡면 세그먼트와 각 1미터인 6개의 직선 세그먼트로 구성된 단순한 SuperTrak 타원형만으로 사양을 충족하기에 충분했다. SuperTrak의 곡면 세그먼트를 처리공정에 사용할 수 있기 때문에 큰 부분을 담당할 수 있었다. Wolf는 심지어 시스템 수명주기 후반부에나 찾아올 미래의 추가 스테이션을 수용하기에 충분한 공간을 확보할 것을 계획했다.

Wolf, Markus Schmachtel 설계 및 엔지니어링 책임자
Wolf, Markus Schmachtel 설계 및 엔지니어링 책임자

이에 대해 Schmachtel 책임은 “B&R의 시뮬레이터 도구는 현재 설계 및 어떤 향후의 확장이 목표 사이클타임을 충족할 수 있는지 여부를 미리 확인할 수 있도록 했다”며, “각각의 포장백 유형을 처리하기 위해 정확한 수의 셔틀과 병렬 처리 스테이션을 식별할 수 있었다. 그렇게 해서 우리는 불필요한 투자를 피하고, 개발 리스크를 최소화했다”고 설명했다.

또한 이 시스템의 높은 전력 효율은 운영자 비용을 줄여준다. SuperTrak 솔루션을 사용하면 셔틀과 포장백 카트리지만 이동하면 된다. 이는 영구적으로 결합된 수송 시스템보다 휠씬 적은 질량이며, 이는 더 적은 전력으로 가속과 제동이 가능하다는 것을 의미한다. 제동 에너지마저 회수해 셔틀을 가속하는데 사용한다.

혁신을 위한 비옥한 토대

새로운 수송 솔루션의 가능성은 소진되지 않았으며, Wolf에게 미래 혁신을 위한 공간을 제공한다. Schmachtel 책임은 “우리는 단지 SuperTrak의 가능성을 탐색하기 시작했을 뿐이다. 예를 들어, 2개의 셔틀이 포장백을 잡고 스테이션 사이를 이동할 때 백을 열거나 또는 페이로드를 증가시키기 위해 셔틀을 결합하는 것이 가능하다. 이런 것들이 획기적인 새로운 충진과 포장 기계를 설계할 수 있는 새로운 가능성을 열어 준다”고 강조했다.


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