Függőleges formázó-töltő-záró technológia nagy mennyiségű csomagolási műveletekhez

Hogyan működik egy függőleges formázó-töltő-záró gép: A fő mechanikai elemek és a folyamat szakaszai

A háromszakaszos VFFS-ciklus: formázás, töltés és zárás

Minden függőleges formázó-töltő-záró (VFFS) gép belsejében alapvetően egy háromlépcsős folyamat játszódik le, amely összehangoltan működve gyorsan és megbízhatóan készíti el a csomagokat. Az első lépésben a sík tekercselt fólia feszültségvezérelt hengereken halad keresztül, majd körbefonódik az úgynevezett formázó gallér körül, így egy szép, varratmentes függőleges csöves alakot alkot. A töltési fázisban ezek a gépek különféle specializált berendezéseket alkalmaznak, attól függően, hogy milyen terméket kell becsomagolni. Poros anyagok esetén gyakran használnak csigás rendszereket, míg a ropogós ételgyártók inkább többfejes mérlegeket választanak. Egyes konfigurációk akár percenként 300-nál is több zacskót képesek előállítani, ha minden zavartalanul működik. Ezután következik a zárás szakasza, ahol a vízszintes fogók egyszerre két funkciót látnak el: lezárják az egyes zacskók tetejét, és egyben levágják őket a folyamatos cső alsó végéről. Ezek a zárások szintén nagyon gyorsan zajlanak, általában kevesebb mint fél másodperc alatt fejeződnek be. A múlt évi Packaging Digest szerint azok a cégek, amelyek ezen integrált rendszerre váltanak, általában 30–50 százalékkal növelik termelési sebességüket a régi, manuális módszerekhez képest. Emellett további előnyként jelentkezik kb. 18%-os fóliahulladék-megtakarítás az idősebb rendszerek kicserélésekor.

Filmmegmunkálás alapelvei: feltekercselés, pozícionálás és feszítésvezérelm

A következetes filmmegmunkálás az állandó működés alapja a függőleges formázó-töltő-záró (VFFS) gépeknél. A kritikus részrendszerek a következők:

• Feltekercselő fékek , amelyek kalibrált nyomatékot alkalmaznak a megnyúlás vagy csúszás megelőzésére
• Szélsővezérlő érzékelők , amelyek valós időben észlelik és korrigálják az oldalirányú eltolódást nagy sebességű futások során
• Táncoló hengerek , amelyek dinamikusan állítják be a feszítést, ahogy a tápegység tekercsének átmérője csökken

Ezen vezérelmek hiányában redők, helytelen betáplálás vagy szakadások okozhatnak tervezetlen leállásokat, amelyek akár a nagytermelésű üzemekben a termelési idő 15%-át is kihasználhatják. A megfelelő feszítés kalibrálása (általában 2–5 N/mm²) biztosítja a stabil csőformálást különféle fóliákon – az orvosi zacskókhoz használt extrap vékony laminátoktól a ipari szerelvényekhez szükséges merev poliészter szerkezetekig.

Nagytermelés elérése függőleges formázó-töltő-záró gépekkel

Teljesítménymutatók: 30–300+ zsák/perc alkalmazásonként

A függőleges formázó-töltő-záró gépek skálázható kimenetet biztosítanak, amely elengedhetetlen a modern csomagolóvonalak számára, és tipikus teljesítményük általában 30–300+ zsák/perc . A tényleges sebesség függ a termék jellemzőitől (pl. szabadon ömlő granulátumok vs. szabálytalan szilárd anyagok), a zsák méretétől és tervezési bonyolultságától, valamint a gép konfigurációjától. Jellemző teljesítménymutatók például:

• Kisegészítő ételek: 80–120 zsák/perc
• Darált kávé és hasonló granulált termékek: 150+ zsák/perc
• Gyógyszeripari egységadagolásos buborékcsomagolások: 30–60 zsák/perc, a pontosság elsődlegessége a sebességgel szemben

Magasabb kimenetek rendszeresen elérhetők többsávos architektúrák alkalmazásával, amelyeknél két vagy több párhuzamos csomagolósáv szinkron módon működik, illetve folyamatos mozgású platformokkal, amelyek kiküszöbölik az időszakos mozgású kialakításokból eredő gyorsítási/lassítási veszteségeket.

Kulcsfontosságú teljesítménymutatók: OEE, üzemidő és gyors átállás

A fenntartott működési kiválóság három egymástól függő kulcsfontosságú teljesítménymutatóra épül:

1. OEE (Overall Equipment Effectiveness) a vezető VFFS rendszerek 85%-os OEE-t (üzemelési hatékonyságot) érnek el az elérhetőségi veszteségek, a teljesítménycsökkenések és a minőségi hiányosságok minimalizálásával.
2. Futásidő a szervóvezérelt mozgásszabályozás és az előrejelző karbantartási protokollok lehetővé teszik az iparági csúcsteljesítményt, amely meghaladja a 95%-ot.
3. Átváltási idő a szerszám nélküli formaváltások és a digitális receptek visszahívása akár nagyon eltérő zacskóméretek vagy fóliatípusok esetén is 15 percnél rövidebb cseréket tesznek lehetővé.

Azok a gyártóüzemek, amelyek rendszeresen nyomon követik és optimalizálják ezeket a mutatókat, 22%-os csökkenést érnek el a zacskónkénti költségben, valamint éves szinten több mint 34 000 zacskóval növelik a kimenetet vonalanként (2023-as Csomagolási Teljesítményvizsgálat).

Töltő- és ellenőrzőrendszerek integrálása a függőleges formázás–töltés–zárás gépek hatékonyságának javítása érdekében

Pontos töltőpárosítás: csavaros, térfogati és többfejes mérlegek

Az alkalmazott töltő típusa valóban döntően befolyásolja a pontos mérések elérését, a gyors folyamatot és azt, hogy minden jól illeszkedjen a tömítési folyamat következő lépéséhez. Az orsószállítós töltők kiválóan alkalmasak ragadós anyagokhoz, például fűszerekhez vagy a nehézkes gyógyszeripari összetevőkhöz. A csavar mozgásának szabályozásának köszönhetően súlypontosságuk körülbelül ±1%-os. A térfogati pohár-töltők pedig kiválóan működnek könnyen ömlő anyagoknál, például pirított kávébabok esetében. Ezek a gépek percenként körülbelül 120 zsákot tudnak megtölteni, és indítás előtt minimális beállítást igényelnek. Amikor a vállalatok gyorsan kell csomagolniuk ételféléket vagy nagy mennyiségben áruféléket (pl. szerelési alkatrészeket), a többfejes mérlegelő rendszerek válnak az elsődleges megoldássá. Ezek a rendszerek egyszerre több terhelésérzékelőből is leolvassák az adatokat, így percenként több mint 300 zsákot tudnak megtölteni, miközben továbbra is elérhető a ±0,5 gramm pontosság. Ez csökkenti a hulladéktermelést és a működés közben keletkező szennyeződések, szóródások kockázatát. Nagyon fontos a töltő tartalmának kiadása és az állkapcsok bezárása közötti időzítés is. Ha ezek a komponensek nincsenek megfelelően szinkronizálva, a gyártók akár anyagveszteségük 15%-át is elveszíthetik, emellett az egész berendezés hatékonysága (OEE) is jelentősen csökkenhet.

Végállomás-integráció: Súlyozók, röntgenvizsgálók és dobozolók

A megbízható végállomás-felszerelések integrálása átalakítja a szokásos VFFS gépeket folyamatosan működő, teljes körű minőségbiztosítási rendszerekké. A súlyellenőrzők folyamatosan figyelik a csomagok tömegét a gyártósoron, automatikusan kiválasztva és kiszórva azokat, amelyek nem felelnek meg a megadott előírásoknak, valamint visszaküldve a beállítási információkat a töltőrendszer vezérlésének. A termékekben található nem kívánt anyagok észlelésére az röntgengépek mindenféle idegen testet képesek felismerni – például fémdarabokat, tört üvegdarabokat, köveket, sőt akár nehézüzemű műanyagokat is – élelmiszer-csomagolások, gyógyszerek és egyéb fogyasztói cikkek esetében. Ezek az ellenőrzések nagyon gyorsan zajlanak: a berendezések percenként körülbelül 400 csomagot tudnak feldolgozni, a konfigurációtól függően. Miután minden termék sikeresen átmegy az ellenőrzésen, az automatizált dobozcsomagoló rendszerek összegyűjtik a kész zacskókat, és betöltik őket a szállítási dobozokba, ami körülbelül 85–90%-kal csökkenti a kézi munka igényét, és sokkal egységesebbé teszi a termékek rakodását a raklapokra. Ha ezt az egész technológiai láncot megfelelően állítják be és összekötik, akkor a termékek nyomon követése az egész ellátási láncban javul, csökken a termék-visszahívások valószínűsége, és segíti a gyártókat abban, hogy megfeleljenek a szükséges szabályozási előírásoknak, például az FDA 21 CFR Part 11 irányelveinek és az ISO 22000 élelmiszer-biztonsági szabványnak.