Alkalmas-e töltőgépe folyékony és pasztaszerű termékekhez is?

A töltőgép típusának illesztése a viszkozitáshoz: dugattyús, szivattyús és gravitációs rendszerek összehasonlítása

Különböző típusú töltőgépek viszkozitás-kezelési képességei

A megfelelő töltőrendszer kiválasztása lényegében a termék viszkozitásán múlik, amelyet centipoise egységekben (cP) mérünk. A vastagabb, 1000 és 100 000 cP közötti termékekhez, mint például kozmetikai gélek és különféle élelmiszerpaszták, a dugattyús töltők a legalkalmasabbak. Ezek a rendszerek pozitív elmozduláson keresztül nyomják ki az anyagot a fúvókákon, így akár makacs anyagok esetén is hatékonyan végezik el a feladatot. A közepes viszkozitású, 500 és 80 000 cP közötti anyagok általában jól működnek szivattyúalapú rendszerekkel. Ilyenek például az ételek öntetek és testápolók, ahol a kezelők szükség esetén akár 60 gallon/óráig is beállíthatják az áramlási sebességet. Vannak aztán gravitációs töltőgépek, amelyek teljes mértékben attól függenek, mennyire folyékony a termék. Ezek azonban nem alkalmasak 5000 cP feletti anyagokhoz, ezért ezeket inkább könnyebb anyagoknál, például növényolajoknál vagy szirupos italoknál érdemes használni.

Rendszer típusa	Hatékony viszkozitási tartomány	Tipikus alkalmazások
Dugattyús adagoló	1000–100 000 cP	Fogkrém, epoxi gyanták
Szivattyús töltő	500–80 000 cP	Salátaöntetek, hajszérumok
Gravitációs töltő	50–5000 cP	Víz, ecet, vékony olajok

Miért dominálnak a dugattyús adagolók a magas viszkozitású alkalmazásokban, például paszták és zselék esetében

A dugattyús rendszerek ±0,5%-os töltési pontosságot érnek el akár 90 000 cP-s anyagoknál is, mivel a termékmennyiséget mechanikusan helyezik át. Zárt kamráik megakadályozzák a levegő befogódását a viszkózus közegben, ami gyakori probléma a szivattyús rendszereknél. Ez a kialakítás csökkenti a nyíróerőt is, így megőrzi az érzékeny összetevők integritását, mint például a szilikon tömítőanyagok vagy gyógyszerészeti krémek esetében.

Mikor teljesítenek jobban a szivattyús adagolók a dugattyús rendszereknél összetett vagy részecskékkel teli paszták esetében

Olyan termékekkel, amelyek szilárd anyagot tartalmaznak, például dióvajakkal vagy súroló polírozó anyagokkal, a membrános és perisztaltikus szivattyúk általában sokkal jobban megbirkóznak, mint más típusú szivattyúk. A fő előnyük, hogy ezek a szivattyúrendszerek közel 99%-os pontossággal biztosítják az egységes adagolást töltési műveletek során, ráadásul nem szenvednek olyan tömítéskárosodástól, amilyet a durva anyagoktól sérülő dugattyús szivattyúk produkálnak. Az ipari tesztek érdekes eredményt is felmutattak: a szivattyús adagolók körülbelül 12 százalékkal gyorsabban fejezik be ciklusukat, mint a hagyományos dugattyús modellek, amikor nehéz anyagokkal dolgoznak, például darabos szalszák vagy exfoliáló hatóanyagot tartalmazó kozmetikai krémek esetén.

Gravitációs működésű folyadéktöltő gépek korlátai vastag vagy nem folyó termékek esetén

A gravitációs töltőrendszerek valóban nehezen kezelik az 5000 centipoise-nál sűrűbb anyagokat. Ilyen termékek, mint a méz vagy bizonyos samponok, körülbelül négyszer hosszabb időt vesznek igénybe ezekkel a rendszerekkel történő feldolgozás során, mint amit a nyomás alatt működő alternatívák képesek elérni. Egy másik jelentős probléma az nyílt tartálytervezésből adódik, amely különösen pasztaszerű anyagok esetében megkönnyíti a szennyeződés kockázatát. Ha végignézzük, mi történik az iparágban, a legtöbb gyártó hamarosan lecseréli gravitációs töltőberendezéseit, amint fél-szilárd anyagokkal kezd dolgozni. A számok is ezt támasztják alá: sok cég körülbelül 18 hónap után lecseréli régi berendezéseit a rendszeres hiányos töltések és az üzem közben fellépő állandó kifolyások miatt.

Képes-e egy folyadéktöltő gép hatékonyan pasztaszerű termékeket kezelni?

Nagy viszkozitású formulák feldolgozásának kihívásai standard folyadéktöltő gépekkel

A hagyományos, gravitációs táplálásra vagy egyszerű szivattyúkra épülő folyadékkitöltő berendezések valóban nehezen kezelik a körülbelül 10 000 centipoise-nál sűrűbb anyagokat. A probléma az, hogy ezek a régebbi rendszerek általában a kitöltendő termék körülbelül 8–12 százalékát hátrahagyják a tartály területén, mivel az anyag nem folyik megfelelően. Emellett az operátoroknak kb. 30–50 százalékkal növelniük kell a nyomást, csak hogy a pasztaszerű anyagok átjussanak a rendszeren. Az előző évben a Packaging World-ben közzétett néhány teszt szerint a hagyományos folyadékkitöltők több mint ±5 százalékos eltérést mutattak fogkrémhez hasonló, 85 000 cP viszkozitású anyagok esetén. Ugyanakkor a speciális paszta-kitöltő gépek sok pontosabban dolgoztak, körülbelül ±1,2 százalékos tartományban. Ez a különbség nagy jelentőséggel bír olyan gyártási környezetekben, ahol a pontosság elengedhetetlen.

Gyakorlati teljesítmény: kitöltési pontosság viszkozitások szerint (10 000–100 000 cP)

Töltési technológia	Viszkozitástartomány (cP)	Átlagos kitöltési pontosság (±%)	Sebesség (üveg/perc)
Gravitációs folyadékkitöltő	1–5,000	0.8	120
Forgószivattyús kitöltő	50–60,000	2.1	90
Dugattyús pasztakitöltő	1,000–500,000	0.5	65

Adatok forrása Feldolgozó magazin (2024) kimutatja, hogy a dugattyús rendszerek akár 100 000 cP-nél is kevesebb mint 1% eltérést mutatnak, míg a szivattyús kitöltők gyakori újra kalibrálást igényelnek 60 000 cP felett.

Esettanulmány: Egyetlen sor adaptálása alacsony és magas viszkozitású termékek futtatásához

Egy kozmetikai cég jelentős működési javulást észlelt azután, hogy korszerűsítette folyadékkitöltő berendezését moduláris dugattyúkkal és fűtött fúvókákkal. A körülbelül 240 000 dolláros befektetés hamar megtérült, mivel így ugyanazon a napon belül át tudtak állni 1200 centipoise viszkozitású kézfertőtlenítő gyártásáról 92 000 centipoise-os vastag hajformázó viaszra. Ez havi körülbelül 18 000 dollárnyi költséges leállásidőt spórolt meg. Az elmúlt év Flexibilis Csomagolási Jelentésében közzétett eredmények szerint ezek a hibrid rendszerek akkor is sikerrel képesek a nyersanyag-veszteséget 2 százalék alatt tartani, ha nagyon különböző viszkozitású termékekkel dolgoznak, feltéve, hogy a feldolgozás során a hőmérséklet megfelelően szabályozott.

Rugalmasság elérése: Gépek testreszabása és átállási stratégiák vegyes termékvonalakhoz

Moduláris szivattyú- és fúvókatervek, amelyek lehetővé teszik a zökkenőmentes folyadék-pasta átállást

A modern folyadék töltőgépek a moduláris szivattyúkonfigurációk révén érik el a viszkozitás-alkalmazkodó képességet. A 2023-as Csomagolóipari Jelentés szerint azok a létesítmények, amelyek cserélhető dugattyús-szivattyú hibrid rendszereket használnak, 63%-kal csökkentették a termékváltási időt a fix konstrukciójú berendezésekhez képest. Ezek a rendszerek lehetővé teszik az átállást vízszerű oldatokról (50 cP) fogkrém-szerű készítményekre (85 000 cP) a következőkön keresztül:

• Mágneses gyorscsatlakozós fúvókák, amelyek minimalizálják a keresztszennyeződés kockázatát
• Nyomás-optimális forgószivattyúk, amelyek nyíróérzékeny emulziók kezelésére alkalmasak
• CIP (helyszíni tisztítás) kompatibilis felületek, amelyek csökkentik a fertőtlenítési állási időt

A vezető gyártók jelenleg olyan moduláris üvegtöltő rendszereket kínálnak, amelyeknél a viszkozitás-váltási ciklus ≤15 perc, ami elengedhetetlen a napi 8+ terméktípust kezelő szerződéses csomagolóknak.

Félautomata és automatikus rendszerek: Sebesség és rugalmasság egyensúlya

Míg az automatikus töltővonalak 300+ edényt per perc sebességgel képesek megtölteni, a félig automatikus modellek lényeges alkalmazkodóképességet biztosítanak kis sorozatú paszta gyártásához. A terepadatok azt mutatják, hogy a félig automatikus dugattyús töltők ±0,5%-os pontosságot tartanak fenn akár 120 000 cP sűrűségig, szemben a nagysebességű automatizált rendszerek ±1,2%-os eltérésével. Ez a kompromisszum kritikus fontosságú a következők kezelésekor:

• Hőmérsékletérzékeny összetevők, amelyek manuális viszkozitás-ellenőrzést igényelnek
• Kézműves termékek, amelyek nem egyenletes állagúak
• Próbaszéria, 500 egységnél kisebb mennyiségben

A termelés jövőbiztossá tétele változó portfóliókhoz

Egy 2024-es, 142 gyártót felölelő felmérés szerint a vállalatok 68%-ának ma már olyan töltőberendezésre van szüksége, amely legalább 3 különböző viszkozitási kategóriát kezel, 2020-as 41% helyett. Az előrelátó vállalatok a következőket alkalmazzák:

• Felhőalapú receptkezelés, amely 200+ viszkozitási profilt tárol
• Mesterséges intelligencián alapuló prediktív karbantartás, amely alkalmazkodik a termék vastagságának változásaihoz
• Szabványos csatlakozók, amelyek lehetővé teszik külső modulok integrálását

Ez a stratégiai megközelítés az élettartamra vonatkozó költségelemzés szerint az ismételt gépcserékhez képest 5 év alatt 22%-kal csökkenti a tőkekiadásokat, amint azt a Packaging Digest közölte.

Kritikus tényezők folyadék- és pasztatípusú alkalmazásokhoz használható kettős célú töltőgép kiválasztásánál

A formulák viszkozitási tartományának, konzisztenciájának és nyírási érzékenységének értékelése

Az a mód, ahogyan a termékek nyomás hatására reagálnak, különbözteti meg igazán a jó folyadék töltőgépeket azoktól, amelyek pasztákhoz alkalmasak. A 10 000 centipoise alatti viszkozitású anyagok többsége általában jól működik gravitációs tápfeszültségű rendszerekkel. De amint vastagabb anyagokhoz érünk, 50 000 cP felett, a gyártóknak általában dugattyús technológiára kell váltaniuk, csak hogy belül maradhassanak az 1%-os pontossági határon. Az ipari kutatások érdekes eredményeket mutattak bizonyos nyírási érzékeny anyagokkal kapcsolatban, mint például a szilikon gél. Ezek hajlamosak elveszíteni viszkozitási tulajdonságaikat, ha standard szivattyúrendszereken keresztül kerülnek feldolgozásra, ami – az elmúlt év Material Handling Journal című lapjában közzétett adatok szerint – gyors ütemű műveletek során körülbelül 12%-os kiesést okozhat a kimenetben. Mielőtt végleges döntést hoznának a berendezések specifikációiról, elengedhetetlen alapos tesztelést végezni arról, hogyan viselkednek a különböző összetételek tényleges gyártósori körülmények között.

Költség, testreszabás és megbízhatóság egyensúlya: kész megoldások vs. egyedi fejlesztésű rendszerek

A folyadék töltőgépek szabványos típusai, amelyeket paszták kezelésére módosítottak, általában kb. 30 százalékkal olcsóbbak kezdetben, bár a különböző viszkozitások közti váltás két és három órát is igénybe vehet. Másrészről, a több célra tervezett egyedi rendszerek praktikus, gyors cserélhető dugattyús modulokkal és fűtött adagolókatlanokkal vannak felszerelve, amelyek a leállások idejét 15 perc alá csökkentik. Ezek a funkciók indokolttá teszik a plusz 40–60 százalékos beruházást azoknál a vállalatoknál, amelyek öt különböző termékvonalnál többel dolgoznak. Kisebb gyártási sorozatok esetén a félig automatikus megoldások nyújtják az arany középutat az hatékonyság és a gyakorlati alkalmazhatóság között. Legutóbbi tesztek azt mutatták, hogy ezek a rendszerek majdnem tökéletes, kb. 98 százalékos megbízhatóságot értek el próbáid során vastag és vékony anyagok esetén egyaránt, bonyolult automatizált vezérlés nélkül.

Szakmai felismerés: a gyártók 78%-a dugattyús rendszereket részesít előnyben kettős felhasználású alkalmazásoknál

A dugattyús adagolók mára szinte minden hibrid gyártósoron jelen vannak, mivel mechanikailag egyszerűek, és kb. 10:1-es viszkozitástartományt képesek kezelni. Egy friss áttekintés érdekes tendenciát mutatott ki az iparágban. Amikor kutatók tavaly körülbelül 140 kozmetikai- és élelmiszeripari vállalattal beszéltek, a többség azt mondta, hogy dugattyús rendszereik hosszabb ideig tartanak, mint azok a kifinomult progresszív üreges szivattyúk. Ezt az összes termékcsoportban megfigyelték, a nagyon vékony fertőtlenítőszerekiktől egészen a kb. 85 000 cP viszkozitású vastag diókrémesekig. A dugattyús rendszerek kiemelkednek abban, hogy mennyire konzisztensek maradnak, az adagolási eltérések akár különböző anyagok esetén is fél százalék alatt maradnak. Ez különösen fontos a prémium kategóriás termékeket forgalmazó vállalatok számára, ahol a konzisztencia döntő fontosságú a piacon.