KURZUS: Csomagolás

MODUL: IV. modul: A csomagológépek típusai. Jelölések a csomagoláson

11. lecke: Csomagológépek

Cél: A tananyag célja, hogy a hallgató ismerje meg a csomagolási műveleteket végrehajtó, illetve ezeket a folyamatokat segítő gépeket. Legyen tisztában különböző csoportosítási lehetőségeikkel, fontos paramétereikkel.

A lecke megtanulása után Ön képes lesz átlátni a csomagológépek különböző típusait, így meg tudja ítélni, hogy milyen eszközök szükségesek az adott gyártási folyamat minél jobb kiszolgálása érdekében.

Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes

  • a csomagológépek jellemzőit főbb kategóriákba sorolni,
  • meghatározni az FFS gépek általános jellemzőit és típusait,
  • adott listából kiválasztani a vertikális FFS gép működésének folyamatára igaz állításokat,
  • adott listából kiválasztani a horizontális FFS gép működésének folyamatára igaz állításokat,
  • megjelölni a hidegen történő rázás kedvező és kedvezőtlen tulajdonságait,
  • ábra alapján felismerni a hidegen történő zárás típusait,
  • ábra alapján felismerni a blister csomagolást.

Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 60 percre lesz szüksége.

Kulcsfogalmak

  • csomagológép,
  • ppm,
  • Formázó, tőltő és záró gép (FFS),
  • horizontális FFS
  • vertikális FFS,
  • blister csomagolás,
  • skin csomagolás.
1. A csomagológépek szerepe

Csomagológépnek a csomagolás kialakításában részt vevő, annak különböző műveleteit, így a csomagolószer előkészítését, töltését, zárását és jelölését végző gépet nevezzük.

A bizonyos mértékben vagy teljesen automatizált gépek sorozata lehetővé teszi a termékek kifogástalan összeszerelést és a megfelelő anyagok alkalmazását a csomagolás elkészítésénél. Különböző minőségellenőrző folyamatok építhetők be a gyártási folyamatokba, ezek automatikusan kiszűrik az esetleges hibás termékeket. Rádióhullámokat kibocsátó szenzorokat például a tömegsűrűség mérésével granulátumok porok ellenőrzésére használhatunk. Mechanikai vagy elektromágneses áramlásmérők az átfolyási sebességet ellenőrizhetik. Ezek a folyamatok tehát nem csak a hibás termékek számát minimalizálják, hanem a gyártási folyamatot is gyorsítják. Azonban magas beruházási költségük miatt egy gyártósoron több féle terméket is gyártanak az esetek többségében, emiatt kulcsfontosságú az átállások miatti állásidő minimalizálása.

2. A csomagológépek csoportosítása

Jegyezze meg az egyes kategóriákba tartozó elemeket!

A csomagológépeket több szempont alapján is osztályozhatjuk, mi az alábbi csoportosítást javasoljuk:

  • a csomagológép műveletei

Megkülönböztetünk formázó-, jelölő-, burkoló-, töltő- vagy zárógépeket, illetve ezek valamilyen kombinációjára is képes eszközöket.

  • a csomagológép automatizáltságának foka

Ebbe a felosztásba a kézi, a félautomata és a teljesen automata gépek tartoznak.

A teljesen automata gépek jelentősen drágábbak a másik 2 kategóriánál és karbantartásuk, kezelésük is bonyolultabb, annak ellenére, hogy minimális emberi beavatkozás szükséges a működése során. Hiszen egy ember jobban képes alkalmazkodni például egy, a specifikáltnál kisebb méretű csomagolóeszközhöz, a gép azonban a memóriájában rögzített pozíció alapján mindenképpen megtölti az adott eszközt. Emiatt kiváló minőségű és tökéletesen standardizált csomagolóanyagokat, illetve eszközöket igényel.

A félautomata gépek a csomagolási műveletek egy részét végzik el, például összeállítanak egy dobozt a lapra hajtott állapotából, amit utána az operátor tölt meg a termékkel.

  • a műveletek haladása

2 kategóriát különböztetünk meg. Az első, a folyamatos mozgású a termék egy adott sebességgel, megszakítás nélkül halad végig a csomagolási műveletek során a gépen. Ez egy biztonságosabb, kevesebb zajjal és mozgatással járó módszer, viszont a csomagológép felépítése emiatt sokkal bonyolultabb, költségesebb.

A második kategória a szakaszos mozgású gyártósor. Itt egy művelet (például töltés) után elhagyja a csomag az adott állomást és egy adott idő vagy darabszám elérése vagy az operátor jelzése után átvezetésre kerül a következő állomásra.

  • elrendezés és mozgási irány

Megkülönböztetünk (viszonylag) egyenesen sorban (1. ábra) és (körben)forgó (2. ábra) mozgatásokat.

Sorban haladó termékek
1. ábra
Körben forogva haladó termékek
2. ábra
  • a csomagolás (termék) helyzete

Ez a kategória főként a gyűjtődobozok töltésénél kerül előtérbe. A töltendő csomagolóeszközök helyzete lehet vertikális és horizontális. Előbbinél a termékeket a gravitációt kihasználva beejtik a dobozba, ami könnyen sérülést okohat, viszont gyors és egyszerű módszer. Utóbbinál csúsztatás szerűen, oldalról kerülnek be a termékek, ami gyakran alkalmasabb módszer a körülményessége ellenére.

  • a csomagolási gép (műveletek) sebessége

Általában ppm-ben (termék/perc) adják meg és a gyártás szempontjából az egyik leglényegesebb tulajdonsága a gépnek. Csak az azonos iparág termékeit gyártó gépek hasonlíthatóak össze, hiszen egy 10 ppm-es, elektronikai termékeket gyártó gép nagy sebességűnek számít, viszont az élelmiszeriparban egy 400 ppm-es konzervtöltő gép kis sebességű. Ezzel el is érkeztünk az utolsó kategóriánkhoz:

  • a termék és a csomagolás jellemzői

Itt figyelembe kell venni minden lehetséges tényezőt, legyen az kémiai, biológiai vagy fizikai, például térfogattömeg, összetapadási hajlam, a csomagolóanyag hő tűrése stb.

3. Csomagolási műveletek

A csomagolási műveleteket több, egymástól elkülöníthető részre oszthatjuk. Hiszen egyrészt elő kell készíteni a csomagolóeszközt (vagy a gyártáshoz szükséges csomagolóanyagot) és a terméket. Ezután a töltés során a termék a csomagolóeszközbe kerül. Ezt követi az eszköz zárása, majd az esetleges gyűjtőcsomagolás és egységrakomány képzés.

Formázó, töltő és záró (Form, fill and seal FFS) csomagolási műveletek

Határozza meg mit értünk FFS gépeken! Jegyezze meg a fő típusait is!

A formázás, töltés és zárás (FFS) egy olyan csomagolási műveletet ír le, amelyben a tároló egység a csomagolási művelet során kerül kialakításra (ahelyett, hogy valahol máshol készítenék, pl.: egy üvegpalack formázó géppel) közvetlenül azelőtt, hogy a terméket beleraknák, és azután a megtöltött tároló egység lezárásra kerül, általában hő segítségével. A rugalmas csomagolási anyagokat feltekert formában szállítják. Hőre lágyuló anyagokat tartalmaznak, gyakran papírral, kartonnal és alufóliával vegyítve, attól függően, hogy a csomagolandó termék tulajdonságai mit kívánnak meg. Az FFS műveletek a csomagolások és termékek széles skálájánál használhatók, az egyadagos szószok kis zacskóitól az üdítős dobozokon és 25 kg-os műtrágyás zsákokon át egészen az állateledel termékekig.

Az FFS gépek fő típusai:

  • VFFS: vertikális FFS gépek, melyeket folyadékok, pl.: gyümölcslevek, levesek és szilárd termékek, mint például fagyasztott zöldségek, cukor, chips és csomagolt cukorkák esetén alkalmaznak.
  • HFFS: horizontális FFS gépek, melyeket torták, sütemények, kekszek és szeletelt sütemények esetében alkalmaznak.

A fentieken belül egyéb variációk:

  • zsák formázó és töltő berendezések, melyeket szárított levesek, nedves törlőkendők és kisflakonos mintatermékek (pl.: sampon) esetében alkalmaznak
  • hőformázó gépek, húshoz, sajthoz, joghurthoz (például skin csomagolás 3. ábra)
  • Blister csomagoló gépek gyógyszerekhez
Skin csomagolás
3. ábra
Vertikális FFS (VFFS) gépek

A 4-5. ábra alapján határozza meg a vertikális FFS gép és alterntívájának működésének folyamatát!

A VFFS gép működésének alapja a 4. ábrán látható. A csomagoló anyag letekeredik egy orsóról, majd egy formázó gyűrűn kerül áthúzásra és így alakul ki a zsákforma. Ezután a vertikális töltőcső köré kerül, majd lezárja a gép hosszanti irányban. Ezután a zacskó a lehúzó szalagok mentén lefelé mozdul, majd a gép lezárja az alját. A termék a csövön keresztül a zacskóba kerül. Ezután a gép a tetejét is lezárja és elvágja, így a megtöltött zacskó a kivezető csúszdára esik.

A kész csomag lehet egy egyszerű párna forma is, ahogy az a képen látszik. Ennek alternatívája egy megfelelő alakúra formázott doboz, ami egy merev téglalap formájú keresztmetszetet ad, így a csomag "meg tud állni" (pl.: folyadékoknál) vagy lehet az oldala redőzött, ezzel segítve a polcos tárolást. Nyitható és újrazárható egységek is beépíthetők. A lezáró sáv forgatásával tetraéderes forma is kialakítható.

VFFS gép működése
4. ábra

A VFFS alternatívájánál nincs szükség formázó egységre és folyamatos a működése. Ez látható az 5. ábrán. A gép két csomagoló réteget használ egyszerre, ezeket görgők segítségével megformálja, hogy egy vertikális csomagolást kapjon. Majd az alját vízszintesen lezárja. Ezután a termék betöltésre kerül a frissen formázott tasakba és a zacskó teteje is lezárásra kerül. Ezzel egy időben a következő tasakot már formázza a gép. Az egyes töltött zacskókból kialakult szalagot ezután különálló tasakokra lehet vágni. Ez a fajta gép alkalmas folyadékok töltésére is. Néhány berendezésnél a folyadék adagolása folyamatos, ami azt jelenti, hogy a lezáró egységnek alkalmasnak kell lennie arra, hogy a folyadékon keresztül is le tudja zárni a terméket. A tasakok ilyen módon történő zárása és vágása esetén a zacskóban nem lesz felesleges levegő, ami így ideális romlandó termékek és steril ételkészítés esetén.

A VFFS gép alternatívája
5. ábra
Horizontális FFS gépek

A 6. ábra alapján határozza meg a horizontális FFS gép működésének folyamatát!

A HFFS gépek vagy "áramló csomagolók" akkor használatosak, ha a csomagolandó termék érzékeny és nem tud sértetlenül ellenállni a vertikális gépeknél alkalmazott ledobásos töltésnek, pl.: csokoládé szeletek, torták, sütemények. A csomagoló anyag egy formázó dobozba kerül, ahol felölti a kívánt formát, a gép folyamatosan zárja az oldalaknál és részekre vágja, így különálló csomagoló egységek jönnek létre. Ez látható a 6. ábrán. Ezen a ponton a termék egy tárolóba kerül a szalagról, tolórudakkal választják el őket egymástól és minden egyes termék egy-egy külön egységbe jut. Ezután minden egység lezárásra kerül mindkét végén és létrejönnek az önálló tárolási egységek.

Horizontális FFS gép működése
6. ábra

A legtöbb VFFS és HFFS gépben alkalmazott rugalmas csomagolóanyag hővel zárható. A hőzáró felmelegíti az anyagokat és összenyomás segítségével egymáshoz rögzíti. A lezárás erőssége függ a hőmérséklettől, a nyomástól, a lezárás időtartamától és a két összezárandó filmréteg vastagságától. A lezárás egészen addig gyenge, míg ki nem hűlt, a lehűlés időtartama alatt nem szabad igénybevételnek kitenni. Több különböző típusú lezáró egység is létezik: forró-léces vagy fűrészes, mely a két csomagolófóliát felmelegített lécek segítségével zárja le, míg az impulzus fóliahegesztő hideg lécek közé fogja a lezárandó anyagokat, amik ezután felmelegszenek és így alakul ki a lezárás. Az ilyen impulzussal záró típusok csökkentik a lezárás közbeni gyűrődéseket és a fólia összezsugorodását. A forgató és kötő fóliahegesztőket magasabb töltési sebességnél alkalmazzák. Ezek úgy működnek, hogy a csomagoló fóliát két forró szalag után két hideg szalag között húzzák át, ami összetartja a rétegeket, míg a lezárás kialakul. Ezen kívül vannak még a magas frekvencia zárók, melyeknél a váltakozó elektromos mező molekuláris vibrációt indukál a csomagoló fóliánál, ami azt felmelegíti és lezárja. Az ultrahangos hegesztők magas frekvenciás vibrációt gerjesztenek, hogy felmelegítsék és lezárják az anyagot.

Határozza meg a hidegen történő zárás kedvező és kedvezőtlen tulajdonságait!

A hideg zárásos kötőanyagok használata csak nyomást igényel a csomagoló fóliára, tehát nincs szükség a lezáráshoz hőre. Ennek az előnye, hogy a hőre érzékeny termékeknél is használható (pl.: csokoládé, jégrém). Ezen felül sokkal gyorsabb töltési sebességet tesz lehetővé. Azonban a hideg kötések általában nem olyan erősek, mint a forró hegesztéses eljárások kötései. A hideg kötés előnye egyben a hátránya is: viszonylag könnyű kinyitni.

3 fő típusa létezik:

  • peremes lezárás
  • bordás lezárás
  • átfedéses lezárás

A permes lezárás (lásd 7 (a) ábra) egy vékony hegesztés, ami a fólia 2 végéhez csatlakozik. A bordás lezárásnál a fólia egyik szélét behajtják, mielőtt ahhoz a kapcsolódó szélt hozzárögzítenék, így dupla rétegben marad az anyag a lezárásnál, egy "bordát" alkotva, amit gyakran visszahajtanak magára, így laposan marad (lásd 7 (b) ábra). Több fóliát alkalmaznak, mint egy permes vagy átfedéses lezárásnál, de ez alkalmas olyan fóliákhoz is, melyeknek csak az egyik oldala lezárható (pl.: mert csak az egyik oldalon van egy plusz, zárható réteg rajta). Az átfedéses lezárásnál az alsó és felső felületek egymásra vannak terítve, így egy lapos lezárás alakul ki (lásd 7 (c) ábra). Ez alapanyag szempontjából nagyon gazdaságos, de szükséges, hogy az alsó és felső felület egymáshoz zárható legyen.

Lezárások típusai (a) peremes; (b) bordás; (c) átfedéses
7. ábra

Határozza meg a hidegen történő zárás típusait a 7. ábra segítségével!

Tasak formázó és töltő gépek

A töltés ezen metódusánál az alapanyag általában egy nyomtatott felület. A gép letekeri a hengerről és hosszában félbehajtja. Regisztrációs jelöléseket használva a felületen, a gép lezárja és elvágja a csomagolást a kívánt helyen. Ezzel nyitott végű zacskókat hoz létre, melyekbe bele lehet tölteni a terméket (lásd 8. ábra). A képen látható, hogy két töltőfej van (1 és 2), az egyikkel összehajtott törlőanyagot és vattát lehet elhelyezni, a másik a folyadékszűrést és a sterilizáló szert biztosítja. A megtöltött zacskók tetejét ezután lezárják, majd a válogató állomásra küldik további csomagolásra, pl.: egy külső védőcsomagolás vagy egy kartondoboz formájában.

Tasak formázó és töltő gép
8. ábra
Blister csomagolás

Jegyezze meg a 9-10. ábra alapján a blister csomagolás szerkezetét!

A blister csomagolás széles körben alkalmazott olyan termékekhez, mint például gyógyszerek, amiket műanyag "zsebekben" tárolnak és fóliával zárnak. Az alap csomagolóanyag először szalag módjára letekeredik, majd a gép hőformázással kialakítja a zsebeket. Ezeket ezután feltöltik a tablettákkal olyan rendszereket használva, mint például csatorna-adagolás (mellyel különböző termékeket lehet elhelyezni ugyanazon blistercsomagolásba).

Gyógyszerek blister csomagolása
9. ábra

Ellenőrzés után (általában video ellenőrzési technikákat alkalmazva) fedő alufóliát vagy lemezt helyeznek a szalagra és hőzáró technikával a megtöltött csomagolásokra hegesztik azt. A gyártási szám és egyéb részletek dombornyomással kerülnek rá, ezután levágják a készterméket a szalagról. A hulladékot eltávolítják és a megmaradt csomagolóanyag továbbításra kerül a horizontális csomagoló gépbe.

A blistercsomagolás egy alternatív formáját alkalmazzák a fémáruk esetében is, mint például kisebb elemeknél (10. ábra).

Elemek blister csomagolása
10. ábra

A becsomagolandó termékek egy perforált táblán, kartonon helyezkednek el, amit hőre érzékeny ragasztólakkal fednek be. A hőre lágyuló filmet felmelegítik és elhúzzák a felületen elhelyezett termékek felett, majd vákuum alkalmazásával azt a termékekre illesztik, ahol aztán a film hőkötéssel a táblára simul.

A blistercsomagoló gépek kivitelezése a kívánt csomagolási gyorsaságtól és attól is függ, hogy milyen gyakran kell újrakonfigurálni a rendszert, hogy az egy másik termékspecifikációhoz alkalmazkodni tudjon. A szakaszos üzemű síkágyas berendezések körülbelül 30 ciklus/perc gyorsasággal működnek. Ezek viszonylag egyszerű működésűek, ezért a rajtuk történő változtatások is könnyebben megvalósíthatók. Azonos formájú termékeknél magasabb sebesség és hosszabb futási idő jellemző, ami szélesebb csomagoló fóliát és forgató formázó állomást kíván a gépektől, kifinomultabb töltési, ellenőrzési és levágó berendezésekkel párosítva. Ezeket a gépeket drágább megépíteni és konfigurálni is. Ezt az extra költséget ki kell, hogy tudja egyensúlyozni a megnövekedett gyártási mennyiség. Ezekben a kifinomultabb rendszerekben az FFS gépek kombinálhatók flakon formázó berendezésekkel, ezzel egy komplexebb, három dimenziós forma kialakítását lehetővé téve. Másik variációja ennek a rendszernek az egységadagolóval ellátott flakon fújó, töltő és lezáró gép. Ez egy ötletes kombinációja az extrúziós fúvó, töltő és lezáró technikáknak. Az extrúzió fúvó folyamattal alakítják ki a kis csomagolóegységeket, melyek nyaka egy kis tölcsért formáz. A folyékony termék ezen keresztül a kis tárolóegységekbe kerül. Ezután a csomagot hőformázó technikával lezárják. A palackok önmagukban vagy szalagban is szállíthatók. Ezután megkapják végleges csomagolásukat, igény szerint felcímkézik vagy nagyobb gyűjtőegységbe rakják át őket.

Gyűjtőcsomagolásképzés

A karton- vagy hullámpapírdobozok a szilárd és folyékony termékek széles skálájánál használatosak. Számos különböző fajtájú dobozcsomagolás és csomagoló berendezés létezik, ez a tananyag csak az alapelvekkel foglalkozik. A hajtogatható kdoboz a leggyakrabban használt típusok közé tartozik. Kiterítve szállítják, általában már ragasztott oldalfelülettel, és egy adott mennyiséget helyeznek el belőle a csomagológépbe. Tapadókoronggal vesznek ki egyet a kötegből és a kívánt formára hajtogatják. Az egyik végét lezárják ragasztóval vagy más speciális módon és ezután az összeállított dobozba már belehelyezhető az áru (ami eddig lezárt zacskóban volt vagy csomagolatlanul). Kevésbé érzékeny termékeket lehet felülről, a gravitáció erejét kihasználva az összeállított dobozba rakni, míg az érzékenyebb árukat (pl.: csokoládé) elővigyázatosabban, vízszintes irányban tolva kell belehelyezni a dobozba. A dobozt ezután teljesen lezárják és a megtöltött csomagolás a gyártósor következő állomására kerül. Egy alternatíva, hogy kiterített, ragasztatlan dobozt használnak, ami a kartonozó gépben kerül összehajtásra megtöltés és lezárás előtt (11. ábra).

Kiterített kartonlap hajtása, töltése és lezárása
11. ábra
Egységrakományképzés

A gyűjtőcsomagolások elhelyezésének rendszerét a palettizáló gépbe programozva az elvégzi az egységrakomány összeállítását. A paletta, illetve az alsó rétegben elhelyezett termékek geometriai dimenzióit érzékeli a szenzoraival, így tökéletesen illeszti egymáshoz az egyes gyűjtőcsomagolásokat. A folyamat a rögzítéssel zárul. Ahogyan egy korábbi leckében megismerhette, zsugor vagy nyújtható fóliával végzik ezt a folyamatot elsősorban. Ez is lehet automatizált vagy manuális.

Automatizált egységrakományképző berendezés
12. ábra
Felhasznált irodalom

Anne Emblem és Henry Emblem: Packaging Technology: Fundamentals, Materials and Processes, 2012, Woodhead Publishing

Dr. Magyary-Kossa Béla és Tiefbrunner Anna: Csomagolásgépesítés I., 2001, Papír-Press Egyesülés

John R Henry CPP: Packaging Machinery Handbook: The complete guide to automated packaging machinery including packaging line design, 2012, CreateSpace Independent Publishing Platform

Kit L. Yam: The Wiley Encyclopedia of Packaging Technology, 2009, John Wiley & Sons, Inc.

Reményi Antal: Csomagolásgépesítés II., 2001, Papír-Press Egyesülés

Önellenőrző kérdések
1. Jelölje meg az alábbiak közül a csomagológépek sebességére vonatkozó állításokat!
Általában ppm-ben (termék/perc) adják meg az értékét.
Főként a gyűjtődobozok töltésénél hangsúlyos adat.
Általában ppm-ben (termék/másodperc) adják meg az értékét.
Minden iparág csomagológépének sebessége könnyen összehasonlítható egymással.
2. Jelölje meg az FFS gépekre igaz állításokat!
A formázó, töltő és záró gépek nevére utal a rövidítés.
Olyan csomagolási műveletet ír le, amelyben a tároló egység a csomagolási művelet során kerül kialakításra.
Olyan csomagolási műveletet ír le, amelyben a tároló egység a csomagolási művelet előtt, külön gépen kerül kialakításra.
Fő típusai a vertikális, horizontális és a párhuzamos gépek.
3. Jelölje meg a vertikális FFS gépekre igaz állításokat!
Azoknál a termékeknél alkalmazzák, melyek érzékenye és nem tudnak sértetlenül ellenállni az alkalmazott gravitációs töltésnek.
Talpas tasakok előállítására is alkalmas.
3 fő zárási típusa a peremes, a bordás és az átfedéses
Folyamatos folyadéktöltésre is alkalmas.
4. Jelölje meg a horizontális FFS gépekre igaz állításokat!
Azoknál a termékeknél alkalmazzák, melyek érzékenye és nem tudnak sértetlenül ellenállni az alkalmazott gravitációs töltésnek.
Talpas tasakok előállítására is alkalmas.
A lezárás erőssége függ a hőmérséklettől, a nyomástól, a lezárás időtartamától és a két összezárandó filmréteg vastagságától.
Folyamatos folyadéktöltésre is alkalmas.
5. Jelölje meg a hideg zárásra vonatkozó igaz állításokat!
A hideg zárásos kötőanyagok használata csak nyomást igényel a csomagoló fóliára
A hőre érzékeny termékeknél nem használható
Gyorsabb töltési sebességet tesz lehetővé.
A hideg kötés előnye, hogy viszonylag könnyű kinyitni.
6. Mit ábrázol az alábbi ábra "c" pontja?
Peremes lezárás.
Bordás lezárás.
Átfedéses lezárás.
7. Melyik képen látható blister csomagolás?
A
B
C
D