Applications
La ligne d’extrusion de films soufflé est une solution industrielle pour la production continue de films plastiques par un procédé d’extrusion et de soufflage. Contrairement à l’extrusion traditionnelle, ici le polymère est fondu par une ou plusieurs extrudeuses en parallèle et poussé à travers une matrice circulaire puis soufflé sous haute pression pour former un tube fin et souple qui, en se gonflant comme une bulle, est étalé en film. Ce procédé est utilisé pour produire des films plastiques destinés à l’emballage tels que des sachets de différentes tailles ou des pellicules de protection.
Besoins:
Contrôle du processus d'extrusion
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Thermorégulation
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Mesure de la température et de la pression de fusion
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Tension de l’unité de traction
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Ouverture longitudinale et transversale du convoyeur
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Monitoring of the hydraulic circuit
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Enhancing Production Data
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Déchargement des enrouleurs
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Besoin:
Contrôle du processus d'extrusion
Le processus d’extrusion de film soufflé nécessite un équilibre continu entre des variables interdépendantes : vitesse de rotation de la vis, température de plusieurs zones, pression du polymère fondu et synchronisation avec les actionneurs auxiliaires. Le système de contrôle doit être en mesure de gérer des recettes complexes, de s’adapter à des changements rapides de matériaux, d’offrir des diagnostics intégrés et de fournir une réponse rapide en cas d’écarts.
Panneau de navigation multitouch
Contrôleur d'automatisation modulaire
Solution:
G-Mation est la plate-forme de contrôle complet, synchrone et intégrée du processus d’extrusion de film soufflé. Le cœur du système est le processeur G-Mation P6, associé à des modules distants G3 avec communication par bus EtherCAT. Le contrôle thermique est confié à des régulateurs PID intégrés, tout comme la gestion des entraînements, qui ne nécessite pas l’utilisation de passerelles externes. L’interface utilisateur est gérée via un serveur Web intégré et affichée via les panneaux du navigateur G-Mation W55, qui permettent l’affichage de tableaux de bord personnalisables.
Principales caractéristiques de la Plate-forme :
- Modèles d’applications préconfigurés et personnalisables
- Technologie Docker pour l’installation d’applications telles que les tableaux de bord IoT, la maintenance prédictive ou l’intégration à des systèmes MES et ERP
- Architecture ouverte et prévue pour l’edge computing
Besoin:
Thermorégulation
Un comportement rhéologique stable et par conséquent l’obtention d’une constance dimensionnelle de l’extrudé à travers une thermorégulation correcte. Il est essentiel d’assurer la stabilité thermique de ces zones afin que le système puisse répondre rapidement aux variations de charge thermique ou de processus, en évitant les défauts potentiels (instabilités de surface, variations d’épaisseur ou altérations de la qualité optique du produit).
La technologie Gefran pour le contrôle thermique des extrudeuses est basée sur des relais statiques, des régulateurs PID et des thermocouples :
- Chaque résistance est gérée en boucle fermée via une régulation PID, intégrée dans l’automate ou confiée à des contrôleurs dédiés comme le 1250, qui permet de maintenir la température de la matière fondue à ±0,5 °C de la valeur de consigne, garantissant une viscosité constante et l’absence de défauts de surface ou dimensionnels
- Le relais statique GRP-H, compact et doté d’un dissipateur thermique intégré, assure un contrôle précis du courant jusqu’à 120 A. La communication IO-Link permet également une réduction des cartes E/S, grâce à la gestion intégrée de commandes, alarmes et consommation de courant
La solution est évolutive et compatible avec les PID intégrés dans les automates ou sur des modules distants. Les fonctions de mémorisation des recettes et d’historique des tendances prennent en charge les changements de production rapides et l’amélioration continue de la qualité.
Besoin:
Mesure de la température et de la pression de fusion
La température et la pression effective du polymère fondu sont des paramètres critiques dans le processus d’extrusion, car elles influencent directement la viscosité du matériau et ses propriétés finales, tant mécaniques qu’optiques. La mesure de la température en contact direct avec la masse fondue, plutôt que sur la surface du cylindre, permet d’obtenir une représentation plus précise des conditions réelles du processus et, combinée à la mesure continue de la pression, offre un avantage significatif en matière de contrôle rhéologique.
Sans Fluide - Niveau de performance 'c' - Sortie 4...20mA
Industrie des matières plastiques
Gefran propose une solution intégrée pour le contrôle de la pression et de la température du polymère fondu, combinant la précision des capteurs de pression de la série Impact avec la fiabilité des thermocouples Melt TCM.
Les capteurs TCM, avec gaine en acier inoxydable ou Hastelloy pour les polymères corrosifs, permettent la mesure directe de la température du fusible de fusion et sont disponibles avec des thermocouples :
- Type K (NiCr-NiAl) – jusqu’à 850 °C, réponse rapide.
- Type J (Fe-CuNi) – jusqu’à 400 °C, pour les environnements moins agressifs.
Intégrables dans une configuration compacte avec la série Impact, ils garantissent des mesures cohérentes précises et des installations simplifiées. Les capteurs Impact, sans fluide de transmission, assurent une stabilité thermique <1 % FS jusqu’à 350 °C et sont disponibles dans la version IEPLc certifiée PLc pour les systèmes de sécurité.
Besoin:
Tension de l’unité de traction
Une étape cruciale du processus d’extrusion de film soufflé est la fermeture de la bulle, réalisée par deux rouleaux positionnés en haut de la ligne. Ces rouleaux fournissent la traction nécessaire pour soutenir et tendre le film. La tension doit être surveillée avec une grande précision et maintenue dans les limites pour assurer une tension uniforme du film et ainsi éviter tout phénomène d’affaissement ou de rupture.
Solution:
Deux cellules de charge Gefran TR, installées sur les côtés des rouleaux de traction, mesurent avec une grande précision la force exercée lors de la traction de la bulle. Leur intégration mécanique et électronique est conçue pour assurer fiabilité et facilité d’installation :
- Double fonction : Détection précise de la force de tension et support mécanique des composants rotatifs.
- Signal et communication : Les signaux de force analogiques acquis sont traités en temps réel par des amplificateurs dédiés, fournissant une sortie stable, linéarisée et filtrée, optimale pour l’intégration au système de contrôle de ligne.
- Contrôle dynamique : Cette configuration permet au système de gestion d’ajuster rapidement et précisément la tension de l’unité de traction via les entraînements du moteur, garantissant ainsi la stabilité de la bulle et évitant les défauts de surface et de structure du film.
Besoin:
Ouverture longitudinale et transversale du convoyeur
Le réglage du convoyeur d’écrasement de la bulle s’effectue généralement de manière discontinue, notamment lors des opérations de changement de format. De plus, dans les grands systèmes, les guides peuvent avoir des ouvertures qui s’étendent sur plusieurs mètres. Il est donc nécessaire de disposer d’un système de détection de position capable de surveiller précisément la course du guide pendant les phases de fonctionnement, garantissant ainsi un bon positionnement.
Capteur à câble pour la mesure de position linéaire avec une plage de mesure de 1,8 à 8,3 m, disponible avec sorties analogiques et numériques.
Magnéto-restrictif avancé sans contact - Tige filetée AISI 316 - Sortie analogique
Pour surveiller à la fois l’ouverture transversale et longitudinale du convoyeur, différentes solutions peuvent être utilisées en fonction de la taille du convoyeur :
- Le capteur d’extension GSH-S, basé sur la technologie à effet Hall, est particulièrement adapté aux grandes applications telles que les films agricoles car il peut couvrir des courses allant jusqu’à 18 mètres linéaires tout en conservant un design compact et un faible encombrement mécanique. Le capteur offre une sortie analogique de tension et de courant.
- Le capteur de position WRA avec technologie HYPERWAVE et sortie numérique ou analogique permet de fournir un retour précis et répétitif sur la position des guides latéraux du convoyeur ou sur son ouverture dans des applications de taille réduite.
Besoin:
Monitoring of the hydraulic circuit
Dans le processus d’extrusion de film soufflé, le circuit hydraulique intervient dans le mouvement contrôlé de composants fondamentaux tels que la position des rouleaux ou du convoyeur. La surveillance de la pression n’est pas seulement utilisée pour détecter les anomalies, mais constitue un indicateur direct de cohérence entre une commande et sa réponse. Ce retour d’information est donc essentiel non seulement dans le contrôle du processus, mais également pour la sécurité de l’opérateur et la protection de la machine.
Solution:
Les capteurs KS offrent une solution fiable pour la surveillance de la pression dans les circuits hydrauliques, alliant compacité, précision et logique de sécurité. De plus, les capteurs de pression Gefran permettent d’associer des seuils de pression à des commandes machine, offrant ainsi la possibilité de contrôles croisés pour éviter les mouvements inattendus ou manqués, améliorant ainsi la sécurité et la fiabilité opérationnelle du système
Principales caractéristiques :
- Plage de mesure : de 1 à 1 000 bar
- Sorties : analogiques 4…20 mA ou 0…10 V
- Technologie Thick film avec membrane en acier inoxydable
- Certification SIL2, adaptée aux circuits de sécurité
- Version KS-I avec IO-Link pour diagnostic avancé
- Haute résistance mécanique et indice de protection IP67
Besoin:
Enhancing Production Data
Dans l’industrie moderne, les entreprises recherchent des outils capables de maximiser la valeur des données générées par leurs installations afin d’améliorer leurs performances globales. Il est donc essentiel de surveiller le fonctionnement des machines en temps réel, de prévenir les pannes grâce à l’analyse prédictive et d’optimiser la consommation d’énergie. Parallèlement, il existe un besoin croissant d’accompagner les opérateurs et les responsables en leur fournissant des informations contextuelles et des réponses intelligentes qui facilitent la prise de décision au quotidien. L’objectif est de bâtir une industrie de plus en plus connectée, réactive et durable.
Assistant conversationnel d’IA pour l’industrie 5.0
Main modules
Solution:
Besoin:
Déchargement des enrouleurs
Pendant la phase de déchargement des enrouleurs automatiques, deux bielles retirent le rouleau de film terminé en le soulevant et en l’inclinant puis le déposent sur des supports dédiés. Chaque mouvement doit être surveillé en temps réel pour assurer la cohérence entre la commande et l’action, évitant ainsi collisions, chutes accidentelles ou mouvements imprévus. La synchronicité entre les deux bielles est essentielle, tout comme le contrôle de l’inclinaison et de la vitesse, pour garantir qualité et sécurité lors de la manutention du produit fini.
Solution:
Le capteur TWIIST combine plusieurs mesures dans un seul appareil :
- Position linéaire
- Inclinaison tri-axiale pour chaque phase du mouvement
- Vitesse, accélération et vibrations
- Trois sorties disponibles : analogique, IO-Link ou CANopen
- Technologie à effet Hall sans contact avec mécanique IP67, résistante aux chocs
Il permet un contrôle synchronisé des deux bielles, garantissant que chaque phase, du levage à l’inclinaison jusqu’à la dépose, se déroule de manière cohérente en toute sécurité. Les diagnostics intégrés permettent de détecter les écarts de comportement, les vibrations anormales et les variations de température électronique, offrant ainsi des fonctions de maintenance prédictive
Le principe de fonctionnement
Le processus d’extrusion de film soufflé comprend plusieurs étapes : fusion et plastification du polymère, extrusion à travers la matrice, soufflage d’air pour étendre le film, refroidissement interne et externe et enroulement du film final.
La matière plastique en granulés est introduite dans la trémie et transférée vers l’extrudeuse, où la vis rotative transporte, chauffe et plastifie la matière première jusqu’à obtention d’une matière fondue homogène. Le débit de ce type d’application est directement contrôlé par la quantité de matériau insérée dans la trémie. La masse fondue est ensuite poussée à travers une matrice circulaire de laquelle sort un film tubulaire de matériau chaud. L’air comprimé insufflé dans le tube gonfle et étire le film, augmentant son diamètre et réduisant son épaisseur. Le film ainsi formé est refroidi par un flux d’air externe et interne, pour stabiliser sa forme et ses propriétés mécaniques.
Après un refroidissement initial, la bulle est écrasée par un système de guides et de rouleaux qui la transforment d’une structure tubulaire en un film plat. Pour la production de sachets uniquement, la bulle est également repliée vers l’intérieur sur les côtés, afin d’optimiser l’espace occupé sur la bobine. La partie supérieure de la ligne, constituée du convoyeur et de l’unité de traction, est montée sur une structure tournant en continu autour de l’axe de la bulle. Cette rotation permet un étalement uniforme du film sur les rouleaux, minimisant les variations d’épaisseur et garantissant une répartition régulière du matériau sur toute la largeur utile.
Le film plat passe à travers un premier groupe de traction, constitué de calandres opposées qui l’entraînent vers le haut tout en exerçant une traction contrôlée. Cette étape détermine une orientation longitudinale initiale du matériau, essentielle pour assurer l’uniformité mécanique et géométrique. Le film descend ensuite à travers une série de rouleaux qui régulent sa planéité, son épaisseur et sa tension, stabilisant ainsi le produit.
Selon le type de résultat souhaité, le film peut être enroulé pour la production de sachets, ou coupé latéralement et enroulé en deux bobines séparées pour la production de films plats destinés à d’autres procédés. Dans ce dernier cas, les parties latérales retirées, appelées déchets de coupe, sont aspirées par un système intégré et réintroduites directement dans le processus d’extrusion ou dans un circuit de récupération. Cela permet de minimiser les déchets, améliorant ainsi l’efficacité de la production et la durabilité globale de la ligne.
Exigences et technologie
Le procédé d’extrusion de film soufflé nécessite un contrôle plus précis et coordonné de multiples paramètres que l’extrusion traditionnelle, car la criticité du procédé ne réside plus uniquement dans la recette d’extrusion mais dans la coordination des différents moteurs afin d’obtenir les dimensions et épaisseurs souhaitées. Parmi les principales exigences :
- Contrôle de la température de la matière fondue : essentiel dans la tête d’extrusion et les anneaux de refroidissement, où des capteurs rapides et stables sont nécessaires.
- Surveillance de la pression du polymère fondu : indispensable pour prévenir les surcharges, ruptures ou variations de débit.
- Surveillance du circuit hydraulique : la pression est un paramètre de sécurité. Les variations incohérentes avec les commandes mécaniques indiquent des anomalies ou des risques potentiels pour l’opérateur.
- Tension de l’unité de traction : nécessite une mesure précise de la tension exercée par l’unité de traction lors de la fermeture et de la récupération de la bulle après refroidissement.
D’autres exigences comprennent :
- Positionnement précis du guide de bulle, pour maintenir la bonne trajectoire du film.
- L’emplacement des déchargeurs de l’enrouleur.
- Collecte de données pour le diagnostic et la maintenance prédictive, indispensable pour augmenter la disponibilité et la continuité de la production.
Gefran propose une gamme complète de plates-formes de contrôle, de capteurs de pression et de température Melt ainsi que des solutions modulaires qui peuvent être facilement intégrées à n’importe quelle installation pour garantir efficacité, sécurité et qualité constante des lignes d’extrusion de film soufflé.
