Projekt 01502/01

Reduzierung von Umweltbelastungen durch eine dezentral und multivalent einsetzbare Verpackungsmaschine für pastöse Güter

Projektdurchführung

Ingenieurgesellschaft für Maschinenentwicklung und Sonderfertigungen mbH (IMS)
Am Bauhof 6
01458 Ottendorf-Okrilla

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Entwicklung und Praxiseinführung einer dezentral und multivalent einsetzbaren Verpackungsmaschine, die eine rationelle Verpackung von verschiedene pastösen Gütern gestattet. Dabei soll die Verpackungsanlage einfach in der Bedienung und Wartung, preiswert in der Anschaffung und universell in der Anwendung sein. Eine solche Anlage wird von Unternehmen benötigt, die ökologischen Land- und Gartenbau betreiben und auch die darauf aufbauende Nahrungsmittelverarbeitung selbst durchführen. Diese haben in der Regel ein weites Produktspektrum zu verpacken. Die auf dem Markt erhältlichen Verpackungsmaschinen und -anlagen für pastöse Güter sind für hohe bis sehr hohe Produktivitäten ausgelegt. Sie erlauben nur die Verpackung eines begrenzten Produktspektrums, die Umrüstzeiten für die Verpackung kleiner Chargen ist unvertretbar hoch. Deshalb verpacken dezentrale Verarbeiter von Nahrungsmitteln ihre Produkte per Hand, so daß sich die Kosten für diese Produkte erhöhen. Die Kosten können jedoch durch eine rationelle und umweltfreundliche Verpackungstechnologie wirksam reduziert werden, so daß die Vermarktung von Produkten aus ökologischem Land- und Gartenbau erleichtert und damit die naturschonenden Formen der Landwirtschaft und der dezentralen Nahrungsmittelverarbeitung gefördert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden1. Konzipierung der Verpackungsanlage und verfahrenstechnische Auslegung des Arbeitsprinzips
- Festlegung Produkt- und Packmittelspektrum
- Patent- und Literaturrecherche zur genauen Ermittlung des Standes der Technik für die Teilfunktionen
- Verfahrenstechnische Auslegung des Systems und seiner Teilelemente
- Konzipierung der Verpackungsanlage als Baukastensystem
2. Konstruktion und Bau des Prototypen sowie Erarbeitung der technischen Dokumentation
3. Inbetriebnahme und Erprobung der Verpackungsmaschine in einer Erzeugergemeinschaft, einem
Verarbeitungsunternehmen
4. Organisatorische Einbindung der Anlage in Prozeßketten der dezentralen Nahrungsmittelverarbeitung
5. Erarbeitung einer Marktanalyse und Ableitung neuer Entwicklungskonzepte


Ergebnisse und Diskussion

Zuerst wurde das zu verarbeitende Produkt- und Packmittelspektrum festgelegt. Um die Anlage multivalent einsetzen zu können, war es erforderlich das Produktspektrum sehr weit zu fassen, ohne dadurch den erforderlichen technischen Aufwand wesentlich zu erhöhen. Dabei stand die Forderung, flüssige bis cremige und klumpige Lebensmittel wie Konfitüre mit ganzen Früchten und unpassiertem Quark abzufüllen, im Mittelpunkt. Es wurde ein am Markt verfügbarer Dosierkolben mit Nachtropfverhinderer gefunden, der für diese Forderung geeignet erschien. Durchgeführte Versuche bestätigten, das es prinzipiell mit dieser Dosiereinheit möglich ist, flüssige bis pastöse Güter mit Stücken bis 8 mm Durchmesser abzufüllen. Jedoch ergaben sich für pastöse und flüssige Güter sehr unterschiedliche Füllzyklen. Während bei pastösen die Ansaugphase sehr lang sein muß, damit der Produktstrom nicht abreist, muß bei flüssigen Produkten das Aufschäumen und Herausspritzen des Produktes aus dem Mehrwegbehältnis verhindert werden. Zur Lösung dieses Problemes wurde die Anordnung von zwei parallelen Dosierköpfen gewählt. Bei pastösen Produkten kann das Abfüllen der gesamten Füllmenge auf zwei Arbeitstakte der Maschine verteilt werden. Damit hat man 1 ½ Arbeitstakte für das Ansaugen des Produktes. Bei flüssigen Produkten kann man das Abfüllen flexibel je nach Füllvolumen gestalten. Es ist möglich, an jeder Dosierposition nur die Hälfte des Volumens zu füllen (das ist bei größeren Volumina erforderlich, um die Taktzeit zu verkleinern) oder wie bei pastösen Gütern nur jeden zweiten Arbeitstakt zu füllen.
Bei der Festlegung des Packmittelspektrums wurde das Hauptaugenmerk auf Mehrwegsysteme sowie auf möglichst hohe Flexibilität bei geringen Umrüstzeiten gelegt. Es wurde ein Packungstransport konzipiert, der weitgehend unabhängig von der Behälterform arbeitet und mit wenigen Handgriffen ohne Verwendung von Formatteilen verstellbar ist. Somit sind ohne größere Umrüstzeiten Behälter mit einem Durchmesser von 70-270 mm verarbeitbar. In diesem Zusammenhang wurden, vermittelt durch die Bundesumweltstiftung, auch Gespräche mit dem Koordinator des MehrwegGlasPool Acht für Alle geführt. Sämtliche Behältnisse dieses Mehrwegpools sind auf der Verpackungsanlage verarbeitbar.
Bei der Konzipierung der Verpackungsmaschine wurde besonders darauf Wert gelegt, daß ein Baukastensystem entsteht. Folgende Module sind möglich:

- Grundmaschine mit Packungstransport (verstellbar) und Steuerung, manuelle Aufgabe
- Automatische Zu- und Abführung der Behälter

- Dosierkolben mit Verstelleinrichtung für flüssige und pastöse Produkte
- Dosierung mittels Dosierschnecke für Pulver und Granulate, Massedosierung in einer Position
- Vorlagebehälter

- Verschließer für Twist-off-Verschlüsse
- Verschließer für Kunststoffschnappdeckel

- Etikettierer für Deckeletikettierung
- Zusatzeinrichtung für Manteletikettierung
- Codiereinrichtung für Etiketten

- Schwingtopf für die Bereitstellung der Deckel
- Vorratsbunker für Schwingtopfbefüllung

Damit gibt es eine Vielzahl von Ausstattungsvarianten, wobei weitere Module möglich sind.


Fazit

Als Ergebnis der Entwicklung entstand ein Baukasten für das Füllen, Verschließen und Etikettieren mit sehr hoher Produkt- und Packmittelflexibilität. Der Aufbau in Baukastenbauweise ermöglicht es, die Maschine genau mit den Funktionen auszustatten, die der Anwender braucht, wobei spätere Umrüstungen jederzeit problemlos möglich sind.
Es ist gelungen, für den Anwender ein preiswertes und flexibles System zu entwickeln, das speziell auf die Bedürfnisse kleiner dezentraler Nahrungsmittelverarbeiter, wie beispielsweise Betriebe des ökologischen Land- und Gartenbaus, zugeschnitten ist.