Temperaturregelung neu gedacht

Die aktuell verfügbaren Systeme sind in der Regel dauerbeheizte Werkzeuge, welche unter Druck die Packstoffe miteinander versiegeln. Sie sind mit einer einzelnen Heizpatrone und einem Temperatursensor ausgestattet. Durch die große thermische Masse und Trägheit unterliegen sie starken Temperaturschwankungen im Bereich von bis zu zehn Grad Celsius an der Siegeloberfläche, die aus der örtlichen Trennung von Wärmeentstehung und Wärmeabgabe resultiert.

Von Menschen aufgenommen, können sie eine Listeriose auslösen. Bei intaktem Immunsystem kann die Erkrankung symptomlos verlaufen. Bei sehr hohen Keimzahlen kann es auch zu schweren Entzündungen des Magen-Darm-Traktes kommen. Gefährlich bis tödlich werden die Bakterien hingegen für immunsupprimierte Menschen und für Ungeborene im Mutterleib. Gefährdet sind grundsätzlich alle verzehrfertigen Lebensmittel, die eine kühlgelagerte Haltbarkeit von mehr als zwei Wochen haben. Denn bei diesen Bedingungen besteht die Gefahr, dass Listerien zu so hohen Keimzahlen wachsen, dass sie Menschen krank machen. Doch wie kommen die Keime überhaupt in den Betrieb?

„Die pathogenen Listerien teilen sich in zwei Linien auf“, erklärt Michael Gänzle. „Die Stämme der Linie I kommen überwiegend über Rohmilch und pflanzliche Rohkost in die Betriebe“, fährt er fort. „Sie sind zwar stärker virulent, dafür aber weniger geeignet, über im Betrieb zu persistieren.“ Genau andersherum würde es sich bei Stämmen der Linie II verhalten. Die seien zwar weniger virulent. Dafür seien sie fünf bis zehn Mal häufiger in Lebensmittelbetrieben anzutreffen und können dann die Produkte stetig kontaminieren. Wie, das soll am Beispiel eines vakuumverpackten Aufschnitts deutlich werden. Dafür wird Fleisch gemischt; in Form gebracht; erhitzt und durchgegart. Bei Kerntemperaturen von mindestens 80 Grad Celsius ergibt das im Prinzip ein sauberes und sicheres Produkt. Aber nach der Erhitzung folgen weitere Prozessschritte. Es wird geschnitten. Es wird verpackt. Und da besteht die Möglichkeit, das Produkt mit im Betrieb persistierenden Organismen zu rekontaminieren. „Ein anderes Beispiel ist Frischkäse“, ergänzt der Experte. „Beim Pasteurisieren der Milch werden zwar alle Listerien gründlich ausgeknockt. Aber bei den folgenden Prozessschritten kann es zu einer Rekontamination kommen, wenn Organismen im Betrieb persistieren.“

Im Gegensatz zu aktuellen Siegelsystemen bestehen unsere Heizer aus mehreren unabhängig voneinander steuerbaren Heizkreisen, sogenannte Heizpixel, welche eine ortsunabhängige Temperaturregelung ermöglichen. Das Ergebnis ist ein stabiler Siegelprozess – gerade bei einem geringen Verarbeitungsfenster, wie es bei Monomaterialien der Fall ist. Die Wärme wird präzise und nur auf die Wirkstelle der Siegelfläche abgegeben. Recycelbare Monomaterialien lassen sich so ohne Kompromisse in Bezug auf Qualität, Effizienz und Produktivität ordnungsgemäß versiegeln.

Die maximale Temperatur, die unsere Heizer erreichen können, beträgt 250 Grad Celsius. Beim cera2seal-System sind die Heizkreise mit integrierten Temperatursensoren nahe der Heizoberfläche platziert. Zudem haben unsere Heizpixel eine an die Siegelaufgabe angepasste Dimension von wenigen Millimetern und können individuell in ihrer Temperatur geregelt werden. Somit heizen beziehungsweise versiegeln unsere Systeme punktgenau und bringen die Wärme gezielt dorthin, wo sie gebraucht wird.

Es handelt sich um ein speziell für Molkereierzeugnisse adaptiertes Siegelsystem, das seit diesem Jahr als markfähige Lösung für Anwendungen in Fill-Seal- sowie Form-Fill-Seal-Maschinen zur Verfügung steht. Die cera2seal SRHH-Siegelköpfe sind mit acht beziehungsweise 16 individuell steuerbaren Heizelementen ausgestattet. Sie zeichnen sich ebenfalls durch mehrere, keramische Heizelemente aus, die die notwendige Wärme für die Versiegelung sehr nah an der Siegelfläche bereitstellen. Die integrierten Temperatursensoren, die unmittelbar auf thermische Belastungen reagieren, halten über die Regelelektronik den Sollwert für eine perfekte Siegelung konstant. Zudem lässt sich durch den Einsatz unserer Technologie der Energieverbrauch der Siegelköpfe um circa 30 bis 50 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Systemen senken.

Lebensmittelsicherheit spielt sowohl für die Maschinenbauer als auch für die Endanwender eine wichtige Rolle. Im Vergleich zum Stand der Technik bei herkömmlichen Heizsystemen hat watttron einen Algorithmus entwickelt, der permanent Daten des Heizsystems erfasst und ausliest. Aufgrund der verbrauchten Wärmeleistung beim Siegelvorgang ist der Bediener der Maschine stets in der Lage, die Qualität der Verpackung und die Kontinuität des Prozesses zu überwachen. Mit Hilfe der digitalen Datenauslese unserer Heizer ist auch die Konsistenz der Versiegelung besser als bei herkömmlichen Versiegelungsköpfen. Temperaturschwankungen während des Produktionslaufs werden, gesteuert durch die integrierte Überwachungsfunktion, eliminiert.

Die während des Siegelns aufgebrachte Wärmemenge beziehungsweise Energie lässt sich messtechnisch für jeden der Heizkreise erfassen. Tritt ein Fehler auf, zum Beispiel ein verrutschter Deckel des Bechers oder Reste des Produktes auf der Siegelfläche, meldet der Sensor eine Abweichung durch einen geringeren oder erhöhten Energieverbrauch zum Sollwert. Mit entsprechenden Auswertealgorithmen lassen sich diese Abweichungen automatisiert detektieren und mittels Klassifizierungsverfahren einer Fehlerursache zuordnen. Mit Hilfe dieser Meldung an die Maschinensteuerung können falsch gesiegelte Produkte gezielt ausgeschleust werden.

Bei den Siegelrundheizern finden sich im Handel zahlreiche Anwendungsfälle, zum Beispiel: Joghurtbecher, Kaffeekapseln oder andere Molkereiprodukte in Bechern. Auch nicht-runde Formate lassen sich mit diesem Prinzip versiegeln. Hierzu werden formatangepasste Siegelrundheizer auf dieser technologischen Basis abgewandelt.

Dafür bieten wir unsere Matrixsiegelschienen, welche beim Verschließen von verschiedenen Beutel- beziehungsweise Standbodenbeutelarten in horizontalen oder vertikalen Form-Füll-Schließmaschinen zum Einsatz kommen. Eine weitere Produktsparte sind die sogenannten Spout & Port Heizer, welche zum Einschweißen der Spouts dienen und durch eine gezielte Temperaturvariation das Einschweißen in nur einem Arbeitsschritt ermöglichen. Sie finden in der Praxis bei Standbodenbeuteln als Nachfüllpackungen mit Ausgießer für Seife Verwendung.

Ja, auch komplizierte Verpackungsgeometrien lassen sich mit unseren digitalen Heizsystemen umsetzen. Aufgrund der individuell anzuordnenden Heizkreise je nach Bedarfsfall können wir die Siegelformate kundenspezifisch anpassen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn man an komplexere Formen im Bereich Joghurtbecher, wie ovale oder rechteckige sowie Mehrkammer-Becher, denkt. Insgesamt ist ein breiter Einsatz in verschiedenen Lebensmittelbranchen möglich.

Neben den typischen Rund-Bechertypen wurden von uns bereits Werkzeuge für Doppelkammerbecher realisiert oder Siegelköpfe mit mehreren ineinander geschachtelten individuellen Heizzonen für spezielle Single-Serve Anwendungen. Aufgrund der modularen Bauweise unserer Heizer lassen sich auch solche Sonderformate vergleichsweise einfach realisieren. In vielen Fällen kann auf Standard-Heizelemente im watttron Portfolio zurückgegriffen werden und damit in kurzer Zeit eine individuelle Lösung realisiert werden.

Diese Frage hören wir sehr oft von unseren Kunden und die Antwort ist ein klares „Ja!“. Dies ist ein weiterer ökonomischer Vorteil unserer Technologie, denn die meisten unserer Systeme in unserem Angebot sind als Nachrüstlösung einsetzbar. Will der Kunde auf das watttron System umsteigen, muss er in keine komplett neue Maschine investieren, sondern es reicht der Austausch des Heizsystems. Eine steigende Anzahl an OEM, wie etwa IMA und Waldner bieten diesen Schritt ihren Kunden auch direkt an. Wir verfügen darüber hinaus über einfache Lösungen zur Integration in die Steuerung – von Stand-Alone-HMI-System bis zur möglichen Vollintegration in die vorhandene Maschinensteuerung.

Kathrin Eckhardt

Tel. 0351 271 808 09

kathrin.eckhardt@watttron.com

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