DE4314400A1 - Vollautomatische Füll- und Verschließmaschine - Google Patents

Vollautomatische Füll- und Verschließmaschine

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine vollautomati­ sche Füll- und Verschließmaschine zum Füllen von flüssigen bis pastösen Lebensmittel- und auch anderen Produkten in vorgefertigte Behälter.
Im Markt befinden sich z. Z. Abfüllmaschinen, die in der Regel auf einen bestimmten Behälter fixiert sind. Das Abfüllvolumen wird bei gleichem Bodenmaß nur durch die Höhe der Behälter geregelt.
Bisher gibt es keine Abfüllmaschinen, die in unter­ schiedliche Behälter aus verschiedenen Materialien füllen können, wie Kunststoff, Glas oder Karton. Mit der FLEXOFILL ist es möglich, sowohl Kunststoffbe­ hälter, Gläser oder auch Kartonzuschnitte zu be­ füllen und zu verschließen.
Durch das für diese Maschinen neuartige Transport­ system und die Möglichkeit, die Behälteraufnahme­ platten sehr schnell zu wechseln, erhält diese Ma­ schine eine außerordentliche Flexibilität hinsicht­ lich Behälterformat und -material.
Die Transportbewegung der Behälteraufnahmeplatten erfolgt über ein servogesteuertes Schrittstangen­ getriebe in Verbindung mit einem Hubshuttlesystem. Es handelt sich um einen 4fachen Antrieb, je 2fach für den Längs- und Quertransport. Der Quer­ transport erfolgt, wenn der Längstransport sich im Stillstand befindet und umgekehrt.
Während der jeweiligen Stillstandsphase werden die weiteren Funktionen der Abfülleinheit ausgeübt, wie Behälter einsetzen, Abfüllen, Deckel auflegen und Versiegeln.
Nach jedem taktweisen Weitertransport der Behälter­ aufnahmeplatte werden auch die anderen Funktionen taktweise ausgeführt.
Jede Funktions-Station ist mit einem eigenen Servo­ antrieb versehen. Gesteuert wird die gesamte Einheit über eine SPS-Steuerung.
Bei den bisher im Markt befindlichen Maschinen sind die einzelnen Stationen mechanisch miteinander ver­ bunden. Bei der FLEXOFILL ist durch den unabhängigen Servoantrieb jeder Station ein schneller Wechsel der gesamten Station möglich und damit z. B. das schnelle Umsteigen auf ein anderes Füllprodukt.
Die Maschine kann komplett eingetunnelt werden und wird damit von der Außen- bzw. Umgebungsluft abge­ schlossen. Innerhalb des Tunnels erfolgt die Ent­ keimung des Verpackungsmaterials mit einem der her­ kömmlichen Verfahren.
Verschiedene, bisher auf derartigen Maschinen nicht füllbare Behälter, können mit der FLEXOFILL gefahren werden.
Zum Beispiel können nach oben konisch zulaufende Becher oder Gläser gefüllt werden, indem die Behäl­ teraufnahmeplatte geteilt und nach Einsatz des Be­ hälters wieder zusammengeschoben wird.
Nach Auswechseln des Behältermagazins und der Ver­ schließ-Station können Gläser gefüllt und ver­ schlossen werden.
Durch Vorsetzen eines zusätzlichen Formstirnrades mit Dornen ist es möglich, kleine Kartonverpackungen zu formen, am Boden zu verschweißen und in die Be­ hälteraufnahmeplatten zu setzen. Nach Befüllung werden die Kartonverpackungen durch entsprechende Stationen verschlossen.
Hinsichtlich Behälterform und -durchmesser, Behäl­ termaterial und abzufüllendem Produkt ist die FLEXOFILL einmalig flexibel. Nach kurzen Umrüst­ zeiten bzw. durch entsprechende Zusatzeinrich­ tungen bestehen für den Abfüller eine große Anzahl von Einsatzmöglichkeiten, für die er bis heute je­ weils immer eine separate komplette Maschine ein­ setzen mußte.
Maschinenbeschreibung in bezug auf die beigefügte Zeichnung:
  • 1. Behälteraufnahmeplatten austauschbar durch einfaches Herausnehmen, Führung unten und oben durch Kugel bahnen.
  • 2. Antrieb durch Servo-Schrittstangengetriebe in Verbindung mit Hubshuttle-System.
  • 3. Behälterzuführung dargestellt für vorgefertigte, runde Kunststoff­ becher.
    Durch Auswechseln auch andere Behälter möglich, z. B. Glas.
    Durch Vorsetzen eines Formstirnrades auch kleine Kartonverpackungen möglich.
  • 4. Entkeimungsstation für Behälter bei reinfektionsfreier Ausführung.
  • 5. Füll-/Dosierstationen herausfahrbar, deshalb Abfüllung verschiedenster Produkte möglich.
  • 6. Deckelstation zum Auflegen verschiedenster Verschlußdeckel
  • 7. Siegelstation zum Verschweißen der Verschlußdeckel
  • 8. Datumstation zum Aufbringen des Datums auf den Deckel
  • 9. Behälterausschub für die gefüllten und verschlossenen Behälter.
Die WB - FLEXOFILL repräsentiert eine neue Generation von Füll- und Verschließmaschinen mit enorm hoher Flexibilität.
Die Maschine ist 4- bis 8bahnig ausgelegt und arbeitet im Einfach- oder Doppeltakt.
Geeignet ist die Maschine zum Abfüllen von flüssi­ gen bis pastösen Lebensmittelprodukten, auch mit stückigen Beimischungen, wie z. B. Joghurt, Pudding, Dessert, etc., in vorgefertigte Behälter.
Die Maschine ist je nach Ausführung ausgerüstet für die frische, für super-clean oder aseptische Ab­ füllung. Die mittlere Abfüll-Leistung der Maschine beträgt, je nach Ausführung, zwischen 8.000 und 32.000 Behälter/h.
Die Maschine ist voll CIP-reinigungsfähig und vor­ gesehen zum Anschluß an eine betriebseigene oder separate Reinigungsanlage.
Auf der Maschine kann heiß abgefüllt werden bis 85°C.
Jede Station auf der Maschine wird einzeln mit einem Servoantrieb angetrieben. Die Steuerung erfolgt über PC, mit dem alle Funktionen und die Stationen über eine SPS-Steuerung gesteuert und überwacht werden.
Maschinengerüst
Der Rahmen der Maschine ist hergestellt aus hoch­ wertigem Baustahl, spritzverzinkt und mit Spezial­ lack versiegelt.
Die zum Aufbau kommenden Stationen sind aus rost­ freien Materialien gefertigt, wie Chrom-Nickel-Stahl, eloxiertem Aluminium oder Kunststoff.
Innerhalb des Rahmens befindet sich ein Tunnel, in dem die Reinigungsleitungen und Sprühdüsen angeord­ net sind. Der Tunnel hat das entsprechende Gefälle, um den seitlichen Auslauf der Reinigungsflüssigkeit zu gewährleisten. Am Auslauf befindet sich der An­ schluß für eine Rücklaufpumpe bzw. der Ablauf für "verlorene Reinigungsflüssigkeit".
Antrieb (2)
Die Maschine wird taktweise angetrieben in der Weise, daß die Behälteraufnahmeplatten (1) über Servoantriebe in Verbindung mit einem Schritt­ stangengetriebe in Durchlaufrichtung bewegt werden.
Die Behälteraufnahmeplatten (1) werden unten und oben auf Kugellaufbahnen geführt und abwechselnd jeweils quer und längs transportiert.
Die Abfüll-Leistung der Maschine ist variierbar von 15% bis 120% der mittleren Abfüll-Leistung.
Der Antrieb aller zum Einsatz kommenden Funktions- Stationen, wie nachfolgend beschrieben, erfolgt separat über Servoantriebe.
Hierdurch wird der automatische und synchrone Ab­ lauf abgestimmt auf die jeweilige Abfüll-Leistung der Einheit.
Über die Steuerung wird jeder einzelne Antrieb über­ wacht.
Das Weitertakten der Behälteraufnahmeplatten (1) erfolgt erst, wenn jede Funktions-Station in der eingestellten Leistungszeit die gewünschte Funktion beendet hat.
Automatisches Bechermagazin (3)
Das Magazin beinhaltet einen Bechervorrat für ca. 10 bis 30 Minuten Produktion, je nach einge­ stellter Abfüll-Geschwindigkeit der Maschine.
Becherentstapelung
Die vorgefertigten Becher werden durch ein Scheren­ system vereinzelt und von Vakuumsaugern in die Be­ hälteraufnahmeplatten (1) gesetzt. Um unterschied­ liche Behälterhöhen verarbeiten zu können, ist die Becherentstapelung stufenlos höhenverstellbar.
Die Maschine ist ausgerüstet mit einer automati­ schen Becherkontrolle, die nach der Becherent­ stapelung elektronisch abfragt, ob in jeder Auf­ nahmeöffnung der Behälteraufnahmeplatten ein Becher vorhanden ist. Befindet sich kein oder mehr als ein Becher in der Aufnahmeöffnung, stoppt die Maschine automatisch.
CIP - Dosierstation (5a und 5b)
Bei den Dosierstationen sind zwei Alternativen wähl­ bar:
  • a) Kolben-Ventil-Doseur
    Das Kolben-Ventil-Doseur ist ausgelegt zum Abfüllen von z. B. Joghurt mit stückigen Beimischungen, deren Kantenlänge bis zu 15 mm betragen kann.
Das Abfüllvolumen ist je nach Behältergröße zu wählen und auf der Maschine jeweils innerhalb eines bestimmten Rahmens variierbar, z. B. von 125-250 gr., etc.
Die Station ist mit einem Vorlaufbehälter ausge­ rüstet, in dem die Füllstands- und Niveauregulie­ rung automatisch über vier Sonden erfolgt (für die Ansteuerung einer Förderpumpe oder für das Produkt­ ventil).
Durchflußmengen-Messung
Die Dosierung erfolgt über magnetisch-induktive Durchflußmesser in Verbindung mit mikroprozessor­ gesteuerten Meßumformern.
Die Dosierstation ist mit einem Vorlaufbehälter ausgerüstet, der versehen ist mit Füllstandssonden, Produktzulauf, Produktventil und Reinigungslei­ tungen mit Reinigungsdüsen. Über die Reinigungs­ leitungen/-düsen kann der Tank während der Pro­ duktion z. B. mit Sterilluft beaufschlagt werden, 0,2 bis 0,5 bar. Die Steuerung der Sterilluft erfolgt entsprechend dem Druckbedarf über Druck­ regler. Zwischen Vorlaufbehälter und Dosierventil ist die Durchflußmeßeinrichtung angeordnet. Diese Einheit ist mit einer 2zeiligen Produktmatriz­ anzeige mit Hintergrundbeleuchtung und einer Bedien­ tastatur zur Eingabe der einzelnen Parameter, wie Abfüllmenge, Zeit, etc., versehen.
Die Dosierventile werden über einen Servoantrieb gesteuert.
Alle notwendigen Steuerungseinheiten für Überdruck im Vorlaufbehälter und die Steuersignale für das Dosierventil sind in die Steuereinheit des Durch­ flußmessers integriert und können mit in die SPS-Steuerung der Maschine übernommen werden.
Grundsätzlich sind die Dosierstationen mit Auf­ nahmeführungen an der Abfülleinheit versehen, die einen schnellen Wechsel der gesamten Station er­ möglichen. Durch dieses schnelle Auswechseln können unterschiedliche Produkte auf der Maschine gefahren werden; die jeweils nicht im Einsatz befindlichen Dosierstationen können außerhalb der Maschine separat gereinigt werden.
Ventile für die CIP-Reinigung
Die Ventile dienen zum Anschluß der Maschine an eine automatische Reinigungsanlage und sind mit Sensoren ausgerüstet für die Meldung "reinigungsbereit" inkl. der erforderlichen elektrischen Steuerung.
Der Produktbehälter wird über Sprühkugeln, die im Behälter Turbulenzen verursachen, exakt gereinigt. Bei der Dosierstatioin wird die Dosierpumpe während der Reinigung in die Reinigungsstellung gesetzt, d. h. die Dosierkolben werden von allen Seiten restlos umspült.
Das Reinigungsprogramm ist so aufgebaut, daß ver­ schiedene Kreisläufe mit unterschiedlichen Inter­ vallen über CIP-Ventile gesteuert durchlaufen werden und somit Dosierstation, Rohrleitungen und Ma­ schinen-Innenraum intensiv gereinigt werden.
Die Maschine ist für die Verwendung aller üblichen Reinigungsmittel ausgelegt.
Alle Maschinenteile können mit Dampf bis 135°C ge­ reinigt werden.
Während des Reinigungsvorganges ist kein manueller Eingriff nötig.
Deckelstation (6)
Die Deckelstation ist vorgesehen zum Entstapeln vor­ gestanzter und entstapelfähiger Aluminium- oder PE-Deckel bzw. von Deckeln aus Papier, die mit Kunststoff oder Kunstharz überzogen sind. Zur Station gehören zwei Sätze Deckelmagazine zum schnellen Wechsel während der Produktion.
Siegelstation (7)
Die Siegelköpfe sind einzeln kardanisch aufge­ hängt und gewährleisten somit eine exakte und gleichmäßige Siegelung von Deckel auf Becher. Die Heizung der Siegelköpfe erfolgt elektrisch. Jeder Siegelkopf verfügt über eine separate, von­ einander unabhängig einstellbare Temperaturrege­ lung. Die Temperatur wird digital einzeln ange­ zeigt. Siegelzeit und Siegeldruck können durch separate Einstellmöglichkeiten optimal auf die zu versiegelnden Materialien eingestellt werden. Die Siegelstation wird mechanisch bewegt; der Siegeldruck wird durch Pneumatik-Zylinder zu­ sätzlich gesteuert und unterstützt. Die Station kann unterschiedliche Materialien versiegeln.
Die sich unter der Siegelstation befindliche Be­ hälteraufnahmeplatte wird jeweils automatisch fixiert; somit ist ein zentriertes Versiegeln der Behälter gewährleistet.
Form und Ausführung der Siegelplatten ist abhängig von Becher und Deckel. Die Maschine ist ausge­ stattet mit einem zusätzlichen Satz Siegelplatten. Siegelplatten und Siegelköpfe sind über Befesti­ gungsschrauben schnell auswechselbar.
Die gesamte Siegelstation ist ausfahrbar, damit sind Siegelköpfe und -ringe optimal zugänglich.
Datumstation (8)
In dieser Station werden mit schnelltrocknender Farbe in einer Schrifthöhe von ca. 6 mm das Datum, Preis und evtl. Codenummer auf den vorhandenen Deckel aufgebracht.
Behälteraushebestation (9)
Die gefüllten und verschlossenen Behälter/Becher werden versetzt aus den Behälteraufnahmeplatten gehoben und mit einem Ausschieber auf eine Ab­ stellplatte geschoben. Von hier aus können die Behälter/Becher mit einem Transportband abtrans­ portiert oder in einen direkt nachgeschalteten Packer übernommen werden.
Behälteraufnahmeplatten-Wechselplatz
Zwischen Datum (7) und Behälteraushebestation (9) können die Behälteraufnahmeplatten (1) entnommen und in sehr kurzer Zeit gegen neue Platten mit anderen Aufnahmebohrungen (anderer Durchmesser und/oder andere Form) ausgetauscht werden. Die genaue Position des Wechselplatzes ist der Übergang vom Längs- zum Quertransport der Behäl­ teraufnahmeplatten.
Steuerung
Die Maschine wird gesteuert und kontrolliert über einen Industrie-PC mit Tastatur und Farbmonitor; dies gewährleistet einen automatischen und funktionssicheren Ablauf.
Die konventionelle Steuerung der Anlage erfolgt über eine speicherprogrammierbare Siemens SPS-Steuerung. Jede Funktions-Station wird einzeln überwacht und ist über Steckverbindungen an die Steuerung ge­ koppelt.
Die Steuerung ist so aufgebaut, daß sie jede Funktions-Station selbständig erkennt und diese überprüfen kann.
Allgemeine technische Ausrüstung
Die Maschine verfügt über zwei großdimensionierte Vakuumpumpen zur Produktion des für die einzelnen Stationen notwendigen Vakuums sowie über eine auto­ matische Zentralschmierung.
Die notwendigen Freiräume, z. B. für eine Becher­ entkeimung oder eine Vordosierstation, sind auf der Maschine vorhanden.
Zusätzliche Ausstattungsvarianten Behälterentkeimung (4)
In der Maschine ist ausreichend Freiraum vor­ handen, um die drei üblichen Entkeimungsmöglich­ keiten alternativ anzuwenden, nämlich
  • a) Entkeimung über UV-Strahler
  • b) Entkeimung durch Düsenbesprühung mit Heißluft in Verbindung mit über­ hitztem Sattdampf und anschließende Austrocknung der Behälter
  • c) Entkeimung mit H2O2 in Verbindung mit Heißluft und anschließender Austrock­ nung mit Heißluft, alles über Düsen.
Deckelentkeimung (6)
Die Deckelentkeimung
Die Deckelentkeimung ist alternativ möglich über
  • a) Infrarot-Strahler
  • b) UV-Strahler
  • c) H2O2 mit anschließender Trocknung der Deckel
Vor- oder Nachdosierstation (5a)
Diese Stationen sind aufgebaut die die Haupt­ dosierstation (s. Punkt 5) und ebenfalls schnell wechselbar, sie können auch außerhalb der Maschine separat gereinigt werden.
Eintunnelung
Wird die FLEXOFILL in reinfektionsfreier Ausführung erstellt, erfolgt eine komplette Eintunnelung. Bei Entkeimung mit H2O2 ist außerdem eine Absaugung für das überschüssige H2O2-Gas vorhanden. Die eingetunnelte Maschine wird mit Sterilluft von 0,2 bis 0,5 bar Überdruck beaufschlagt.
Ink-Jet Station
Als Alternative zur herkömmlichen Datumstation kann die Datumsgebung auch über Ink-Jet erfolgen.
Sterilluftmodul
Über das Sterilluftmodul wird die in der Maschine benötigte Sterilluft erzeugt. Außerdem kann in dieser Einheit bei Entkeimung mit H2O2 auch die entsprechende Aufbereitung des H2O2 mit Heißluft vorgenommen werden.
Erweiterte Steuerung
Ergänzend kann die Maschine mit einer vielseitigen Datenerfassung ausgerüstet werden sowie mit einem Drucker zur Ausgabe dieser Daten.
In dieser Variante wird die Software mit einer selbständigen Fehlersuche und Fehlerbehebungshin­ weisen ausgestattet.
Sonderbehälterfüllung
Auf der FLEXOFILL ist es möglich,
  • a) nach oben konisch zulaufende Becher, die einen Siegelrand haben oder mit einem Stülpdeckel verschlossen werden, oder auch
  • b) Glasbehälter zu füllen. In diesen Fällen arbeitet die FLEXOFILL mit geteilten Behälteraufnahmeplatten, die nach dem Einsetzen der konischen Becher bzw. der Glas­ behälter automatisch zusammengefahren werden. Somit sind die verschiedensten Formen und Behältervarianten möglich. Im Falle der Glasbefüllung werden die Funktions- Stationen (Verschließen, etc.) entsprechend angepaßt.

Claims (6)

1. Füll- und Verschließmaschine für flüssige, pastöse oder körnige Stoffe, gekennzeichnet durch auf Laufbahnen geführte Behälterauf­ nahmeplatten (1), die taktweise angetrieben in Quer- und Längsrichtung vorbewegbar sind.
2. Füll- und Verschließmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Bechermagazin (3) zur Zuführung der Behälter in die Aufnahme­ platten (1).
3. Füll- und Verschließmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Deckelmaga­ zin (6) zur Zuführung der Deckel zu den in den Aufnahmeplatten (1) angeordneten Behäl­ tern.
4. Füll- und Verschließmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mehrbahnige Ausbildung der Anlage.
5. Füll- und Verschließmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Arbeitsstation mit einem eigenen Servoantrieb ausgerüstet ist.
6. Füll- und Verschließmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die einzelnen Stationen über eine zentrale Steuerung überwacht werden.
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