Abfülltechnik Kosmetika abfüllen: Zwei-Phasen-Dosierung mit servogesteuertem Kolbendosiersystem

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Von Sonnencreme bis Make-up-Entferner: Eine maßgeschnei­derte Abfülllinie mit Ex-Schutz ermöglicht flexible Zwei-Phasen- Dosierung von Pflegeprodukten von fest bis flüssig. Eine Dreh­momentkontrolle verhindert das Auslaufen beim Verschließen.

Gesichtsmasken mit Pressverschluss, Nagellackentferner in Schraubflaschen oder Sonnensprays mit Sprühpumpe und Überkappe: Vielfalt ist Programm beim Kosmetikhersteller Mann & Schröder Cosmetics und das zeigt sich auch bei den Anforderungen an die Abfüllmaschinen.

„Wir befinden uns im Marktsegment der schnelllebigen Konsumgüter. Das heißt, wenn wir heute eine Linie für eine bestimmte Produktvariante kaufen, füllen wir schon wieder andere Sachen ab, wenn sie geliefert wird“, berichtet Heinrich Dick, Leitung Produktionstechnik bei Mann & Schröder Cosmetics. „Daher brauchen wir Abfüllanlagen, die sehr flexibel und zuverlässig mit variierenden Medien in Bezug auf Konsistenz und Abfüllmengen sowie verschiedenen Verschlüssen umgehen können.“

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Das ist vor allem wichtig, um die wechselnde Nachfrage ohne zeitraubende Unterbrechungen oder Umrüstarbeiten bedienen zu können. Seit mehreren Jahrzehnten setzt der Kosmetikhersteller dafür auf die Abfüllanlagen der Rationator Maschinenbau GmbH. Nun wurde für den Neubau am Firmenstandort im Rahmen einer Kapazitätserweiterung eine weitere Anlage in Auftrag gegeben.

Um sehr speziellen Anforderungen gerecht zu werden, wurde sie auf Grundlage der Vorgaben von Mann & Schröder überarbeitet. Grundlage ist die Serienmaschine „Robomat autoCIP 2/12-1000“ kombiniert mit den Verschließmaschinen Robocap und Robocap DP mit Drehmomentkontrolle.

Explosionssichere Abfüllanlagen mit flexiblem Dosiersystem

Weil für diese Linie sehr unterschiedliche Produkte geplant waren, insbesondere solche mit explosionsgefährdeten Bestandteilen wie Lösemittel, ist die Abfülllinie mit einem Explosionsschutz versehen. Neben kleinen Anpassungen an der Bedienung, welche die Betriebssicherheit erhöhen, hat Rationator außerdem den Abfüllprozess der Zwei-Phasen-Technik optimiert: „Bei bestimmten Produkten ist ein öl- und ein wasserhaltiger Teil enthalten, die optisch voneinander getrennt bleiben sollen“, erklärt Michael Musat, Vertriebsleiter bei Rationator. „Um das Vermischen in der Flasche zu verhindern, wird in zwei unterschiedlichen Konsistenzen abgefüllt. Das geschieht bei unserer Anlage in zwei Phasen, wobei für die beiden Medien auch unterschiedliche Volumina eingestellt werden können. Gleichzeitig wird dadurch die Flexibilität erhöht.“

Kolbendosierung für Unabhängigkeit von Viskosität und Konsistenz

Damit das Befüllen der unterschiedlichen Behältnisse mit der richtigen Menge gelingt, arbeitet der Robomat mit einem servogesteuerten Kolbendosiersystem – weltweit das erste digitalisierte Abfüllsystem. „Im Gegensatz zum einfacheren Durchflusssystem bietet die Zufuhr per Kolben den Vorteil, dass unabhängig von der Viskosität und Konsistenz abgefüllt werden kann, ohne Komplikationen wie Lufteinschlüsse oder Ungenauigkeiten fürchten zu müssen“, erläutert Musat.

Möglich wird dies durch die besondere Arbeitsweise des Systems: Vergleichbar mit dem Prinzip einer Spritze saugt die Anlage dabei jeweils exakt das benötigte Volumen an Flüssigkeit an, welches anschließend mit einer so genannten Spiegelfüllung in das entsprechende Gefäß eingebracht wird. Auf diese Weise entstehen keinerlei Mengenfehler und das Überlaufen wird verhindert, was insbesondere bei schäumenden oder explosiven Medien fatal wäre, da sich die übergetretene Flüssigkeit entzünden könnte.

Um die optimierte Zwei-Phasen-Abfüllung präzise durchführen zu können, wurde die neue Linie mit zwölf Füllstellen versehen, jeweils sechs pro Phase. Die entsprechenden Produktbehälter sind dabei in zwei Kammern geteilt; eine Ventilschaltung sorgt für die richtige Zufuhr beispielsweise von Creme und Wasser. Auf diese Weise ist eine volumenunabhängige Abfüllung der Phasen etwa bei Gesichtsmasken gewährleistet.

Servogesteuerte Verschließmaschinen

„Damit wir eine Verpackung mit zwei unterschiedlichen Verschlüssen ausstatten können, haben wir auch zwei Verschließmaschinen in die Rationator-Linie integrieren lassen“, berichtet Dick. Die Maschinen sind dabei so geschaltet, dass beispielsweise für ein Sonnenspray nach der Abfüllung eine Pumpe auf die Flasche gesetzt und direkt im Anschluss darüber noch eine Überkappe aufgebracht wird. So können in einem Durchlauf unterschiedliche Aufsätze verschlossen werden, von Pumpen über Press- bis hin zu Schraubverschlüssen.

Das Verschließen erfolgt dabei auf Drehmoment: Servogesteuerte Spindeln werden einzeln angesteuert, wodurch die schwankende Geometrie bei den Verschlüssen und Flaschen ausgeglichen wird. Geschwindigkeit und Winkelposition sind digital vorwählbar. Dafür wird zuerst die Stromaufnahme des Verschließkopfs gemessen, um den Deckel oder die Kappe aufzubringen, und dann mit der richtigen Kraft bis zum Erreichen des erforderlichen Drehmoments aufgesetzt. „So wird ein Auslaufen oder ein Beschädigen des Behälters verhindert, da der Verschluss weder zu locker noch zu fest aufgesetzt ist“, so Musat. Wird das Drehmoment dennoch einmal zu früh oder zu spät erreicht, erfolgt die automatische Aussortierung der Flasche.

Pucks für sicheren Transport

Den sicheren Transport der Behälter entlang der Abfülllinie gewährleistet das hauseigene Ratilight-Puck-System. Dabei befinden sich die Gefäße in kleinen Modulen, so genannten Pucks, die das Behältnis von unten umschließen und somit ein Umfallen und Verschütten des Mediums nahezu unmöglich machen. Auch beim Abfüllvorgang selbst entsteht kein Sicherheitsrisiko, da die Flaschen fest in ihren Transportformen stehen. Auf diese Weise können verschiedene Flaschengrößen und -formen gleichzeitig transportiert werden.

„Da wir in unseren Produktionshallen auch ältere Anlagen von Rationator betreiben, ist dies besonders wichtig, weil wir so schnell Formatteile von alten auf neue Linien übertragen können, wenn wir beispielsweise eine höhere Nachfrage für ein bestimmtes Produkt haben“, erläutert Dick. „Die Linien sind da sehr identisch gebaut, was uns genügend Flexibilität gibt, die von unseren Kunden auch gefordert wird.“ Aufgrund dessen hat Mann & Schröder für die neue Anlage auch Input bezüglich des Transports der Behälter gegeben, sodass der Machinenbauer diesen mit angepassten Führungen für die Transportformen sowie Geländerführungen im Bandbereich begegnen konnte.

Optimierte Antriebe für mehr Energieeffizienz

Um die Energieeffizienz der Anlage zu verbessern, kommen optimierte Antriebe zum Einsatz. Zudem sorgen smarte Steuerungen dafür, dass einzelne Prozesse präziser koordiniert werden; auch der hohe Druckluftverbrauch im Sortiergerät wurde durch moderne Düsen gesenkt. „Sie saugen mit Unterdruck Umgebungsluft ein, wodurch weniger Druckluft benötigt wird“, so Musat. Die automatische Reinigung der Abfülllinie arbeitet ebenfalls im Sinne der Nachhaltigkeit. Den Vorgang führt der Robomat selbst durch, lediglich das Reinigungsmedium muss extern zugeführt werden und kann je nach zu reinigendem Produkt variabel erfolgen. Die Reinigung erfolgt meist in drei Phasen. Dabei wird ein Teil im Kreislauf gefahren, weshalb das Medium mehrfach verwendet werden kann.

Schnell auf neue Formate umstellen

Die neue Anlage bildet die nunmehr zehnte Abfülllinie von Rationator bei Mann & Schröder. „Gerade weil wir viel umrüsten und neue Formate haben, ist es gut, eine zuverlässige Technik im Haus zu haben, die wir auch gut kennen“, erklärt Dick. „Die älteste Anlage ist sogar 22 Jahre alt.“ Da die Maschinen des Herstellers ähnlich konstruiert und einfach zu bedienen sind, lässt sich ein Umrüstvorgang beispielsweise auf andere Formteile schnell durchführen. Ein großer Vorteil ist dabei auch die lokale Nähe beider Unternehmen, sodass völlig neue Formatteile oder Puck-Formen kurzfristig geliefert werden können. „Wenn Flaschen und Verschlüsse eines Formats nicht mehr verfügbar sind, können wir einspringen und aufgrund der Inhouse-Fertigung Formatteile für einen anderen Typ schnell liefern und somit unseren Kunden zu einer raschen Umstellung verhelfen“, bestätigt Musat. n

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