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Die Erfindung betrifft eine Auspressvorrichtung zur dosierten und reststoffarmen Entleerung pastöser bzw. höherviskoser Stoffe beim Umfüllen aus kostengünstigen flexiblen Zwischenbehältern mit größerem Volumen in kleinvolumige Endkundenbehältnisse mit hohen Anforderungen an die Sauberkeit und Sterilität des Umfüllvorganges. Die flexiblen Zwischenbehälter, z. B. Einweg-Folienbeutel, haben eine rechteckige oder runde Form, einen definiert verschließbaren Auslassstutzen und werden als Einwegbehälter verwendet.
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Während des Umfüllvorganges wird der Zwischenbehälter in die Vorrichtung gelegt und durch eine definierte Zustellbewegung der sich gegenüberliegenden Druckplatten in der Weise ausgepresst, dass ein definierter Materialstrom in Richtung des Auslassstutzens und synchron zum taktilen Befüllvorgang der kleinteiligen Endverbraucherbehälter entsteht. Der flexible Zwischenbehälter wird während des Umfüllvorganges mit Ausnahme von Ausgleichsfugen vollständig von den verformbaren Druckplatten umschlossen.
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In der Pharmaindustrie, der Kosmetik- und der Nahrungsmittelindustrie werden zahlreiche und vielfältigste pastöse bzw. höherviskose Produkte hergestellt und zur Abfüllung bereitgestellt. An die Verarbeitungs- und Abfüllanlagen pastöser Produkte werden hohe hygienische Anforderungen gestellt. Wichtige Kriterien im Verarbeitungsprozess sind Sterilität und Sauberkeit des Produktes, möglichst ohne Lufteinschlüsse. Die Anlagen bestehen deshalb überwiegend aus Edelstahl und/oder Kunststoffen.
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Die produktführenden Teile einer Abfüllanlage müssen zudem einfach und schnell zu reinigen sein. Am besten kann diesen Anforderungen entsprochen werden, wenn die Füllprodukte direkt nach dem Produktionsprozess und ohne Zwischenbehälter weiterverarbeitet, also in das Verkaufsgebinde gefüllt werden können. Dies ist aber häufig nicht möglich, da
- – die Herstellung in der Regel in anderen Räumlichkeiten als die Abfüllung stattfindet,
- – die Abfüllung bei vielen Produzenten nicht im eigenem Haus erfolgt,
- – Herstellung und Abfüllung zumeist zeitlich getrennt ablaufen, so dass die Produkte zwischengelagert werden müssen.
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Für den Transport und die temporäre Zwischenlagerung von pastösem und höherviskosem Material in größeren Mengeneinheiten werden aus hygienischen Gründen momentan ausschließlich Edelstahl- oder Kunststofffässer verwendet. Die Anforderungen an die Sauberkeit und Keimfreiheit erfordern eine kostenintensive Reinigung nach der Entleerung.
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Am bekanntesten und weitverbreitetsten ist das sogenannte „Müller-Fass-System”. Es beruht auf standardisierten Fässern in verschiedenen Größen sowie einem Auspress-System. Der Fassinhalt wird mit einem sogenannten Stempel aus dem Fass gepresst.
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Für die temporäre Lagerung niedrigviskoser Stoffe existieren flexible Transportbehälter, die durch äußere Drücke und Kräfte relativ leicht zu entleeren sind. In einer Ausführung aus geeignetem Folienmaterial sind sie deshalb auch als Einwegbehälter wirtschaftlich, um die aufwändige und teure Reinigung zu vermeiden. Bekannt sind z. B. flexible Kunststoffbeutel für die Zwischenlagerung von Fruchtsaftkonzentraten für die spätere Weiterverarbeitung z. B. in Getränkeautomaten.
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In der Verwendung von Mehrwegbehältern wie z. B. Edelstahl- oder Kunststofffässer ist es nachteilig, dass sie relativ schwer und teuer sind. Sie müssen nach jedem Umlauf intensiv gereinigt werden. Die Reinigung ist für bestimmte Produkte oft sehr aufwändig. So sind beispielsweise Mascara-Produkte stark adhäsiv, was die Reinigung der Fässer erschwert. In der Pharmaindustrie muss der Reinigungsprozess außerdem validiert werden.
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Die Aufbewahrung und das Handling der Fässer sind ebenfalls nicht unproblematisch. Für angebrochene Gebinde ist zwingend deren Keimfreiheit zu gewährleisten. Oft sind die Zwischenbehälter schwer, das Handling ist teilweise umständlich, in der Aufbewahrung sind die Behälter in der Regel unflexibel. Daneben sind die Edelstahlfässer mit hohen Anschaffungskosten bzw. Kapitalbindung verbunden. Jeder Zwischenbehälter bzw. jede Art der Zwischenbehälter erfordert dazu eigene Pumpen- oder Auspressformen, um die pastösen Produkte der Füllmaschine zuzuführen. Eine Nutzung als Einwegbehälter scheidet aus Kostengründen aus.
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Kostengünstige flexible Behälter mit einem geeigneten Volumen für eine einmalige Nutzung sind bekannt und am Markt verfügbar. Dabei handelt es sich meist um flexible Kunststoffbeutel. Sie eignen sich als Zwischenspeicher für Flüssigkeiten und niedrigviskose Stoffe. Eine Verwendung für pastöse bzw. höherviskose Produkte scheidet aus, da sie die beim Auspressen aufzubringenden Drücke und Kräfte nicht aufnehmen können und platzen. Eine verstärkte Ausführung derartiger flexibler Zwischenbehälter ist technisch zwar möglich. Allerdings sind diese Behälter wieder teurer und für eine einmalige Verwendung unwirtschaftlich.
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Die Verwendung von kostengünstigen Folienbeuteln als Lager- und Transportmedium für hochviskose Materialien scheitert an der Tatsache, dass kein Verfahren existiert, welches eine zufriedenstellende, praxistaugliche, d. h. möglichst vollständige Entleerung bei der Umfüllung in Endverbraucherverpackungen ermöglicht.
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Aus dem Stand der Technik ist der Bedarf für eine Vorrichtung abzuleiten, mit der eine definierte Umfüllung von pastösen bzw. höherviskosen Stoffen aus einem Zwischenbehälter aus kostengünstigem Material für einmalige Verwendung in die Endverbraucherverpackung möglich wird. Als Zwischenbehälter sollen z. B. handelsübliche Einweg-Folienbehälter, also Folienbeutel verwendet werden. Die Vorrichtung soll so arbeiten, dass ein Platzen der Folienbeutel ausgeschlossen ist.
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Bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe verfahrenstechnisch dadurch gelöst, dass der Folienbeutel während des Auspressens weitestgehend vollständig von mindestens 2 Druckplatten umschlossen wird, so dass der sich während der Zustellbewegung der Druckplatten aufbauende Druck im Zwischenbehälter mit dem pastösen bzw. höherviskosen Stoff durch die Druckplatten aufgenommen wird und der flexible Folienbeutel nicht platzen kann. Die Druckplatten haben eine definierte Steifigkeit, die nachfolgend beschriebenen Anforderungen gerecht wird.
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Die Steifigkeit der Druckplatten muss so groß sein, dass ein ausreichender Druck im Zwischenbehälter aufgebaut werden kann, der den im Zwischenbehälter befindlichen umzufüllenden pastösen bzw. höherviskosen Stoff am Auslassstutzen zum Fließen bringt. Die Druckplatten müssen so nachgiebig sein, dass sie das Volumen des auszupressenden Folienbehälters stetig verringern und eine Verformung in der Weise zulassen, dass das aus dem Zwischenbehälter auszupressende pastöse bzw. höherviskose Material immer in Richtung des Auslassstutzens fließen kann und keine abgeschlossenen Teilvolumina entstehen, die eine möglichst reststoffarme Entleerung behindern. Zum Ende eines Umfüllvorganges müssen die Druckplatten sich soweit zueinander bewegt und verformt haben, dass das verbleibende Volumen zwischen ihnen und damit im Zwischenbehälter annähernd Null beträgt. Damit wird eine möglichst reststoffarme Entleerung des flexiblen Zwischenbehälters gewährleistet.
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Die Druckplatten können einteilige oder mehrteilige Baugruppen sein. Zur Reduzierung von Materialspannungen und zur Erreichung eines definierten Verformungsverhaltens können Ausgleichsfugen vorhanden sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die dosierte und reststoffarme Umfüllung pastöser bzw. höherviskoser Stoffe aus größeren Zwischenbehältern in kleinvolumige Endverbraucherverpackungen unter Einhaltung aller Anforderungen an Sauberkeit und Keimfreiheit. Als Zwischenbehälter können kostengünstige flexible Folienbeutel verwendet werden, die als Einwegbehälter Anwendung finden. Eine aufwändige und teure Reinigung der Zwischenbehälter kann entfallen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführung können die Zwischenbehälter die erforderlichen Druckkräfte für das Auspressen pastöser bzw. höherviskoser Stoffe aufnehmen, ohne dass die Gefahr des Platzens besteht. Hinsichtlich der Form und Größe der Zwischenbehälter besteht eine breite Möglichkeit der Anpassung an die in der Verpackungsindustrie üblichen Mengen.
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Die Ausführung einer definierten Steifigkeit kann durch die Einbringung von radialen oder rotationssymmetrischen Ausgleichs- bzw. Bewegungsfugen erreicht werden. Eine Gestaltung aus einem elastischen Material mit großem Verformungsvermögen und ohne Ausgleichs- bzw. Bewegungsfugen ist ebenfalls möglich.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen Figuren zeigt
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1 Beispiele für Beutelformen mit einem Fassungsvermögen von ca. 5 Liter
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2 Ansicht der Auspresseinrichtung mit rechteckigem Zwischenbehälter in Explosionsdarstellung
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3 Ansicht einer rechteckigen Druckplatte mit Ausgleichsfugen
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4 Darstellung der Auspressfunktion (Schnittdarstellung)
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5 Ansicht einer Auspresseinrichtung mit rundem Zwischenbehälter und zweiteiligen Druckplatten in Explosionsdarstellung
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6 Darstellung einer Ausführungsvariante der Auspressvorrichtung mit zentralsymmetrisch geschlitzten Druckstempeln
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Die Darstellung in 1 zeigt Ausführungsbeispiele für die flexiblen Zwischenbehälter in einer rechteckigen (links) und einer runden (rechts) Ausführung. Andere Formen sind möglich und Abhängig von den handelsüblichen Verpackungsgrößen.
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Die Darstellung in 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Auspressvorrichtung in einer Explosionsdarstellung mit den Hauptkomponenten Folienbeutel (1) mit Auslassstutzen (2), Druckplatte, unten (3) und Druckplatte, oben (4).
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In 3 ist eine Druckplatte mit radialen Ausgleichsfugen (5) zur Erreichung einer definierten Steifigkeit dargestellt.
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Die Zeichnung in 4 zeigt die Auspressvorrichtung in Funktion. Vor Beginn eines Auspressvorganges werden die Druckplatten soweit auseinanderbewegt, dass ein Folienbeutel (1) auf die Druckplatte, unten (3) gelegt werden kann, so dass der Auslassstutzen (2) des Folienbeutels (1) durch die Öffnung in der Druckplatte, unten (3) ragt. Der Auslassstutzen ist zweckmäßigerweise vor Beginn des Auspressens noch verschlossen.
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Nachdem der Folienbeutel eingelegt ist, werden die beiden Druckplatten durch einen geeigneten Antrieb aufeinander zubewegt, bis der Folienbeutel auch die Druckplatte, oben (4) berührt.
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Jetzt wird der Folienbeutel am Auslassstutzen geöffnet, so dass bei ausreichendem Druck der umzufüllende Stoff definiert ausfließen kann. Weiterhin ist die Verbindung zu den Rohren und Ventilen der Füllmaschine herzustellen.
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In der Folge wird eine Kraft (6) auf die Druckplatte, oben ausgeübt, die ein Druckfeld im umzufüllenden pastösen bzw. höherviskosen Stoff erzeugt, bis die Fließgrenze des Stoffes überschritten wird. Der Stoff fließt aus dem Auslassstutzen (2) in die materialführenden Rohre der Füllmaschine. Bei gestellfester Lagerung der Druckplatte, unten (3) wird die Gegenkraft (7) durch das Gestell aufgebracht. Alternativ ist es auch möglich einen Kraftaktor von unten oder von oben und unten wirken zu lassen.
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Die Darstellung in 5 zeigt eine Ausführungsvariante für runde Folienbeutel und zweiteilig ausgebildeten Druckplatten. Die Druckplatte setzt sich zusammen aus einem Druckstempel (12, 13) und einer Federplatte (14, 15). Jeweils ein Druckstempel und eine Federplatte bilden eine Druckplatte. Druckstempel und Federplatte sind in ihren Steifigkeitseigenschaften so ausgeführt, dass
- – der Folienbeutel während des Auspressvorganges immer allflächig umschlossen und gestützt wird
- – der zu dosierende pastöse bzw. höherviskose Stoff definiert aus dem Auslassstutzen fließt ohne das der Folienbeutel unzulässig belastet wird und
- – der Volumenstrom jederzeit ohne Behinderung kontinuierlich zum Auslassstutzen geht bis beide Druckplatten bis auf das Innenvolumen „Null” zusammengedrückt sind.
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6 zeigt eine Ausführungsvariante für runde Folienbeutel, zweiteiliger Druckplatte, wobei der Druckstempel (12, 13) im Unterschied zur vorab beschriebenen Variante zentralsymmetrisch geschlitzt ist. Die Schlitzung im Druckstempel dient wieder zur Erlangung einer definierten Steifigkeit und in Verbindung mit der Federplatte (15) einem definierten Verformungsverhalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Beispiel Folienbeutel, rechteckig
- 2
- Auslassstutzen
- 3
- Druckplatte (rechteckig), unten
- 4
- Druckplatte (rechteckig), oben
- 5
- Ausgleichsfugen
- 6
- Auspresskraft
- 7
- Auspresskraft (Gegenkraft)
- 11
- Beispiel Folienbeutel, rund
- 12
- Druckstempel (rund), unten
- 13
- Druckstempel (rund), oben
- 14
- Federplatte, unten
- 15
- Federplatte, oben
