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Aug 01, 2023

Tendances des machines de remplissage de liquide : l'équipement d'aujourd'hui est plus polyvalent

Machine de remplissage de carrousel Ampack de Bosch pour les produits laitiers dans des bouteilles et des gobelets préformés

La remplisseuse à carrousel Ampack de Bosch pour les produits laitiers en bouteilles et gobelets préformés répond à la demande croissante du marché pour un nettoyage simplifié, un risque de contamination croisée minimisé et une réduction des déchets de produits. Source : Bosch.

Avec le régulateur de débit proportionnel, Krones a rendu possible un réglage en continu de la vitesse d'écoulement du liquide et a éliminé l'air pneumatique. Source : Krones.

Le Modulfill avec sonde de niveau est équipé d'un tourbillon qui guide doucement le liquide vers la paroi du flacon et à l'intérieur du flacon. Source : Krones.

L'Unifiller de JBT a un grand orifice de valve et des trajets de produit courts, ce qui lui permet de remplir de gros produits particulaires et visqueux. Source : JBT.

Les domaines qui améliorent la convivialité de l'équipement pour les opérateurs comprennent une IHM intuitive ainsi que des panneaux faciles à utiliser et à lire. Source : Tetra Pak.

Une promenade dans l'allée de l'épicerie illustrera la quantité écrasante de produits de boissons parmi lesquels choisir de nos jours. Même avec la grande variété de saveurs et de concepts existants dans chaque catégorie de boissons, les consommateurs semblent vouloir encore plus. Par exemple, l'un des segments à la croissance la plus rapide dans l'industrie des boissons continue d'être la bière artisanale. Même après le début de son ascension fulgurante il y a quelques années, le nombre de bières de spécialité avec des ingrédients uniques et des styles différents continue de proliférer avec d'autres producteurs d'alcools artisanaux, tels que le cidre et les spiritueux, qui suivent de près. Pour suivre le rythme, de nombreuses installations conçoivent et installent des lignes de remplissage de liquide supplémentaires.

"Alors que les gammes de produits continuent d'évoluer pour répondre aux demandes croissantes des consommateurs, les fabricants recherchent des équipements flexibles qui permettent des modifications de produits sans se ruiner", déclare Paul Grainger, compte clé technique direct ou Amérique du Nord pour Tetra Pak. "L'équipement d'aujourd'hui doit simplement être conçu pour accueillir une gamme diversifiée de produits afin d'être viable."

De plus, pour maximiser l'efficacité de la production, beaucoup se tournent vers des équipements de grande capacité et plus automatisés qui offrent cette flexibilité. Cependant, la précision, la réduction des déchets de produits, la réduction des temps de changement et la simplification de l'assainissement sont toujours au cœur des préoccupations. Les fournisseurs d'équipements de remplissage de liquides s'efforcent de répondre à tous ces besoins et plus encore.

Lors du choix d'une machine de remplissage spécifique, un bon point de départ est de connaître les caractéristiques exactes du produit liquide. Est-ce un liquide fluide ? Cela pourrait mieux fonctionner avec une machine de remplissage à débit minuté où le même volume de produit est livré à chaque cycle. Et si le produit est plus visqueux ? Pour cela, une charge liquide à déplacement positif pourrait être la solution.

"La spécification du produit est le paramètre le plus important dont nous, chez Bosch Packaging Technology, avons besoin pour identifier un équipement de remplissage adapté à nos clients", déclare Jonathan Viens, directeur des ventes et du marketing pour l'Amérique du Nord. "Nous parlons des caractéristiques du produit, telles que la température de remplissage, les particules, la tendance du produit à éclabousser ou à mousser, etc."

Il explique que si une entreprise essaie de distribuer des aliments pour bébés dans des récipients, Bosch suggérerait des remplisseuses aseptiques servocommandées avec des pistons entièrement métalliques. Ce type d'équipement aide à assurer la précision du remplissage d'un produit très visqueux et riche en particules, mais évite également les fluctuations de poids ou les problèmes de surremplissage.

Pour les produits qui nécessitent une attention particulière pour minimiser les micro-organismes et garantir la sécurité alimentaire, tels que les jus, la technologie de remplissage à chaud pour les bouteilles hygiéniques sera nécessaire. Ce fut le cas lorsque Coca-Cola Canners en Afrique du Sud a commencé à embouteiller du thé glacé, des boissons pour sportifs et des jus avec et sans morceaux de fruits. L'installation disposait de deux lignes d'embouteillage PET existantes, mais en raison de la forte teneur en pulpe du jus, une nouvelle ligne était nécessaire.

L'entreprise a fait appel à KHS, un fabricant d'équipements de remplissage et d'emballage, pour installer une ligne de remplissage à chaud. Le contenu est chauffé à plus de 100°C et rempli à une température d'environ 83°C. La ligne peut remplir jusqu'à 48 000 bouteilles par heure, d'une contenance comprise entre 0,3 et 1,5 litre. Pour éviter d'endommager les morceaux de fruits lors du remplissage, la ligne a été équipée de deux remplisseuses volumétriques de précision où les morceaux de fruits sont d'abord embouteillés avec une petite quantité de jus avant que la deuxième remplisseuse ne remplisse les bouteilles avec du jus pur. Cette compréhension de l'impact de la charge sur le produit final est importante, en particulier pour les liquides sensibles.

"Certains yaourts ont tendance à se "cisailler" lorsqu'ils sont forcés à travers de petites ouvertures", explique Jan Sundberg, responsable du développement d'applications pour JBT Corporation. "Le remplisseur doit être manipulé en douceur à l'intérieur du bol/trémie de remplissage et également lorsque le produit s'écoule à travers la vanne. Des orifices plus grands et des chemins courts et droits pour le flux de produit sont essentiels pour minimiser les dommages." Par exemple, des caractéristiques telles que des coudes, des tuyaux et des pompes supplémentaires peuvent modifier la viscosité d'un produit, donc les éliminer pour ces applications pourrait offrir une protection contre les dommages.

"Les produits comme les crèmes ou les pansements huileux ne peuvent être dosés qu'avec une station de dosage spécifique, par exemple, une valve positive", explique Viens. "Sinon, le mouvement rotatif dans les stations de dosage standard pourrait endommager le produit, ou la conception de la pompe pourrait séparer l'huile du produit de base."

Lors de la mise en bouteille d'un produit comme la bière, qui a tendance à mousser, un remplissage en douceur est primordial. Les brasseries souhaitent limiter autant que possible la quantité d'oxygène absorbée par la bière pendant le processus de remplissage, mais souhaitent également maximiser le débit. Pour aider à résoudre ces problèmes, Krones a équipé sa remplisseuse Modulfill d'une sonde de niveau comprenant un tourbillon.

"Le tourbillon guide doucement le liquide vers la paroi de la bouteille et dans la bouteille", explique Stefan Kraus, chef de produit pour la technologie de remplissage. "De plus, la vanne de remplissage est équipée de deux vitesses de remplissage différentes. Le résultat est un processus de remplissage en douceur avec de faibles turbulences et moins de moussage."

En raison de la grande variété de produits emballés dans les usines, de plus en plus de transformateurs recherchent des remplisseuses capables de gérer plusieurs concepts. Les fournisseurs d'équipements le comprennent, mais ne sont peut-être pas encore en mesure de fournir une panacée.

« Dans le monde de l'alimentation, le jour du « un remplisseur pour tous » n'est toujours pas arrivé en raison de la large gamme de caractéristiques du produit », explique Viens avec Bosch, qui a acquis le fabricant d'équipements de remplissage et de scellage Osgood Industries, Inc. en 2015. Lorsque Bosch Osgood a introduit sa pompe de type réservoir, une partie de l'objectif était de répondre à ce besoin de remplisseurs pour traiter de nombreux types de produits différents. Ainsi, la pompe de type réservoir peut gérer une gamme de produits, du jus liquide au yaourt visqueux en cuve. "Avec cette solution, les pistons utilisés pour pomper le produit sont situés à l'intérieur de la trémie. Une répartition uniforme du produit au-dessus de chaque piston et des tolérances serrées offrent à l'utilisateur une excellente répétabilité d'une voie à l'autre et éliminent le besoin de joints toriques dynamiques sur la tête de piston."

"Les clients exigent que les nouveaux équipements de remplissage soient plus polyvalents et puissent gérer une gamme complète de produits variés", déclare Sundberg. En conséquence, la remplisseuse JBT Unifiller peut traiter des produits avec une consistance fine et aqueuse à des produits épais et volumineux avec une teneur élevée en solides et de grosses particules. "[Il] s'agit d'un remplisseur à piston volumétrique unique avec des trajets de produit courts et un orifice plus grand." De plus, les buses de remplissage sont conçues pour des applications spécifiques et peuvent être facilement remplacées.

Les machines de remplissage Krones sont également conçues dans un souci de flexibilité, explique Kraus. À titre d'exemple, il cite certains des équipements de remplissage de l'entreprise qui peuvent être réglés automatiquement via la sonde de remplissage, ce qui concerne également l'amélioration de l'automatisation.

Pour la plupart de ses machines de remplissage, Serac utilise la technologie de remplissage par poids net, qui contrôle la quantité de produit distribuée dans le récipient pour donner une mesure précise de ce qu'il y a à l'intérieur. Alan Bonanno, directeur marketing de Serac, explique que l'aération, la température et la viscosité n'affectant pas la précision d'une remplisseuse à poids net, elle peut gérer une variété de produits aux caractéristiques différentes.

La flexibilité des produits n'est pas la seule demande de remplissage, mais les formes, tailles et matériaux utilisés dans les différents contenants à remplir sont également très variables. Connaître le type de conteneur est important à comprendre pour les fournisseurs d'emballages, explique Viens, car cela « déterminera la configuration sur de nombreux postes de machines et le nombre de voies nécessaires ».

"Les conteneurs plus grands nécessiteront des vannes plus grandes, des cycles de remplissage plus longs et un pas accru entre les centres des vannes ; tout cela entraîne des cadres de remplissage plus grands", explique Sundberg. Cependant, ce n'est pas seulement la taille du conteneur qui est un facteur, mais aussi le matériau. "Le verre est parfois plus difficile simplement parce qu'il est beaucoup plus lourd que les canettes. La contre-pression sur la section d'alimentation est plus élevée et des renforts peuvent être nécessaires. Un arrêt de conteneur traditionnel de type coin ne fonctionnera pas avec du verre." Cependant, JBT utilise un arrêt de conteneur de style rotatif, qui, selon lui, ne brisera pas le verre.

De nombreuses entreprises se tournent vers des emballages plus légers et utilisent des matériaux tels que le PET. Serac s'y est adapté en développant la pince à col universelle qui déplace le récipient par le col dans la machine. Cela peut augmenter le débit et réduire les coûts en réduisant le temps de configuration et les besoins de maintenance.

« Étant donné que le diamètre du col de la plupart des conteneurs a des tailles standardisées, la pince à col Serac peut manipuler des conteneurs de différentes tailles sans changer d'outillage, ce qui permet d'économiser les coûts d'outillage qui sont normalement nécessaires pour les machines sans pinces à col », explique Bonanno.

Les machines de remplissage Krones permettent de remplir une large gamme de types de récipients similaires avec des volumes variables avec une seule machine. Lorsqu'Ocean Spray a ouvert sa nouvelle usine de production à Lehigh Valley, Pennsylvanie en 2014, la société a installé une ligne Krones flex PET qui peut produire 11 tailles d'emballage différentes et fonctionne à 350 bouteilles par minute avec une efficacité de 87,5 %. Différents types de contenants peuvent parfois être fabriqués sur une seule machine, dit Kraus, mais le verre et les canettes doivent être séparés.

Avoir des contenants correctement remplis est l'un des éléments clés pour assurer la qualité du produit et contrôler les pertes. Les bouteilles sous-remplies, au mieux, peuvent entraîner des plaintes des consommateurs et, au pire, entraîner une entreprise devant les tribunaux. Cependant, un remplissage excessif peut être coûteux et inutile. Cela signifie qu'un remplisseur doit être précis et maintenir constamment cette précision au fil des ans.

"La précision est fonction de nombreuses parties différentes de la charge", explique Sundberg. En d'autres termes, la machine doit être robuste pour répondre aux critères les plus importants pour les processeurs, à savoir la disponibilité et la maximisation du débit opérationnel avec une maintenance minimale.

Étant donné que la précision du remplissage dépend de nombreux facteurs, tels que la technologie utilisée et les caractéristiques variables du produit, une méthode pour améliorer les performances consiste à augmenter l'automatisation. Bosch Viens recommande d'utiliser des contrôleurs logiques programmables (PLC) qui contrôlent et ajustent systématiquement les paramètres de remplissage et le flux de produit. De plus, dans les installations qui utilisent des remplisseuses multivoies, il souligne l'importance d'éliminer les variations d'une voie à l'autre pendant le processus de remplissage. Il recommande d'avoir une pression d'air stérile dans la trémie pour minimiser la variation du remplissage et d'avoir "une répartition uniforme du produit dans la trémie au-dessus de chaque piston".

Bonanno de Serac affirme que la clé pour augmenter la précision lors de l'opération de remplissage est le contrôle du débit. La remplisseuse Servo Dynavalve surveille et ajuste le débit via un servomoteur contrôlant l'ouverture et la fermeture de la vanne et un mécanisme pas à pas pour maintenir un débit constant. Serac a également conçu sa nouvelle station de remplissage FC Filler Capper pour intégrer trois composants en une seule action standardisée.

"Nos nouvelles conceptions offrent des vitesses de remplissage accrues en utilisant un algorithme avancé pour surveiller le cycle de remplissage pour une plus grande précision et une nouvelle vanne de remplissage utilisant des servomoteurs pour une efficacité accrue et un remplissage précis", dit-il. De plus, cette précision permet d'éliminer le gaspillage de produit en garantissant l'absence de surremplissage ou de débordement de produit. "Cela permet non seulement d'économiser de l'argent en économisant du produit, mais cela réduit également les dépenses de maintenance associées au nettoyage de la machine et de la zone entourant la machine."

La conservation de l'énergie devient de plus en plus un point de friction pour les transformateurs qui tentent d'économiser sur les coûts des services publics et de réduire leur empreinte environnementale. Viens dit que Bosch s'efforce d'améliorer cela en installant des moteurs électriques et des servocommandes, ce qui réduit la nécessité pour les opérateurs de saisir manuellement différentes formules, formats, quantités, etc.

"Tous les mouvements majeurs sont également propulsés par des servomoteurs, permettant des ajustements rapides et faciles à la configuration, améliorant l'efficacité globale de l'équipement [OEE] et offrant des vitesses allant jusqu'à 40 cycles par minute", dit-il. "Les stations pour des fonctionnalités supplémentaires, telles que les couvercles encliquetables, peuvent également être facilement intégrées à l'aide de servocommandes, ce qui améliore encore la flexibilité de la ligne."

Pour assurer l'efficacité énergétique, les machines Modufill de Krones sont également équipées de servocommandes ainsi que d'un régulateur de débit proportionnel. Cette technologie permet aux processeurs d'ajuster électroniquement la vitesse d'écoulement du liquide dans la vanne de remplissage sans avoir besoin d'air pneumatique.

Avec de nombreux transformateurs augmentant la variété des produits à remplir, la réduction du temps de nettoyage et de changement continue d'être un objectif majeur. Les remplisseuses dotées de capacités de nettoyage en place (CIP) automatiques sont depuis longtemps identifiées comme un moyen d'accélérer le processus de nettoyage. Cependant, Sundberg dit que cela n'est possible que si le bol de remplissage et les vannes ont une conception à vidange automatique, ce que les remplisseurs à piston traditionnels n'avaient pas, mais le JBT Unifiller en a.

"Beaucoup de gens ne comprennent pas cela", dit-il. "Un rinçage rapide automatique du produit et un rinçage à l'eau chaude ne sont possibles que si vous pouvez vidanger complètement les conduites de produit, la cuve et les vannes sans aucun démontage."

Avec la solution de pompe de type réservoir de Bosch-Osgood, les pistons et les tiges de buse se rétractent dans la trémie pendant le NEP. Viens indique que certains des clients de l'entreprise ont signalé des temps de CIP réduits par rapport aux remplisseuses à piston horizontales traditionnelles. De plus, comme indiqué précédemment, la conception élimine le besoin de joints toriques dynamiques, qui peuvent se briser et tomber dans un conteneur.

L'augmentation des caractéristiques générales de conception sanitaire des charges continue d'être un autre domaine d'amélioration. De plus en plus d'équipements intègrent des surfaces inclinées pour un drainage accru et éviter l'utilisation de corps creux, ce qui peut faciliter l'accumulation de produit.

"Rendre la remplisseuse facile à nettoyer et visible pour les opérateurs en fait automatiquement une machine plus propre", déclare Sundberg. Des éléments tels que des protections claires et un éclairage LED peuvent éclairer les zones sales. "Si c'est visible, ça va être nettoyé."

Le nouveau FC Filler Capper de Serac a été conçu pour réduire la contamination via un carénage incliné et l'élimination d'un réservoir de rétention traditionnel, explique Bonanno. Il recommande de rechercher l'utilisation d'acier inoxydable sur les équipements, y compris les compagnies aériennes et les entretoises, ce qui aide à garder la machine hygiénique. Les machines qui utilisent un système à flux laminaire correctement conçu ainsi que des tubes de soufflage et des jets de lavage contribueront également à réduire la contamination.

Ce sont tous des principes généraux de conception d'équipements propres qu'il est bon de garder à l'esprit. Cependant, le niveau d'hygiène du remplisseur sera dicté par les besoins spécifiques du produit de remplissage.

"Il est préférable de définir les ambitions de durée de conservation, le profil de saveur et les autres exigences du produit", explique Grainger de Tetra Pak. Ainsi, au lieu de commencer par le choix de l'équipement puis de développer un produit, commencez par déterminer si le produit nécessite une technologie de remplissage propre, ultra propre ou aseptique.

« Pour les aliments dont la durée de conservation peut aller jusqu'à 14 jours, comme les huiles comestibles ou les jus de fruits chauds, la plupart des fabricants utilisent la technologie propre, qui ne nécessite pas de décontamination supplémentaire des contenants », explique Viens. "Alors que, dans le cas de produits nécessitant jusqu'à six semaines de stockage, les matériaux d'emballage sont traités et désinfectés, et le processus de remplissage est terminé dans les limites d'un tunnel d'air stérile. Le niveau d'hygiène le plus élevé possible, permettant une durée de conservation allant jusqu'à un an en dehors de la chaîne du froid, est une solution choisie par les producteurs d'aliments pour nourrissons et cliniques."

Même si les machines de remplissage tendent vers plus d'automatisation, les équipements doivent être faciles à utiliser pour les opérateurs. Une plus grande attention est accordée à la conception d'une interface homme-machine (IHM) intuitive avec des panneaux plus faciles à utiliser et à lire.

"Une configuration appropriée de l'IHM est essentielle", déclare Sundberg. JBT a incorporé des images sur l'IHM de certaines machines afin que les opérateurs puissent détecter un problème d'un simple coup d'œil, également sans avoir à surmonter les barrières linguistiques.

Certains fournisseurs d'équipements se sont concentrés sur la configuration des machines avec un système IHM standard. Par exemple, Bosch utilise des écrans tactiles avec des fonctionnalités conçues pour faciliter le travail des opérateurs, comme l'inclusion de sections FAQ et l'utilisation de représentations plus graphiques. Selon Viens, cela aide les opérateurs à surveiller les performances de plus près et à prévenir les temps d'arrêt potentiels.

« Une autre façon d'augmenter la convivialité consiste à localiser les interactions de l'opérateur dans une zone spécifique », explique Grainger de Tetra Pak. L'entreprise a repensé ses machines de remplissage pour placer tous les modules au niveau du sol, éliminant ainsi la nécessité de monter des escaliers pour exécuter des commandes au deuxième niveau. "Cela élimine les mouvements inutiles et réduit l'incidence des chutes ou d'autres blessures."

Cependant, ce n'est peut-être pas seulement l'amélioration de l'interaction machine-opérateur qui augmente l'efficacité des travailleurs. Grainger adopte une approche plus holistique et conseille aux transformateurs d'adopter la méthodologie 5S. Il s'agit d'une méthode d'organisation du lieu de travail qui utilise une liste de cinq mots japonais, qui peuvent être traduits par : trier, mettre en ordre, briller, standardiser et soutenir. Ces concepts demandent aux employés de maintenir un environnement ordonné grâce à des stratégies de travail ordonnées et mises en place. De plus, grâce à ce programme, il incombe aux gestionnaires d'identifier et d'employer les meilleures pratiques, conçues pour maintenir des normes élevées.

"Une usine peut avoir toute la technologie du monde, mais elle n'ira pas très loin si le sol est en désordre, et les travailleurs ne savent pas ce qu'ils sont censés faire ensuite", explique Grainger.

Traditionnellement, le soufflage et le remplissage étaient deux étapes de fabrication distinctes, utilisant de l'air comprimé pour former des contenants en plastique. La technologie LiquiForm récemment développée combine ces processus en un seul en utilisant un liquide sous pression pour former un récipient en plastique rigide.

« LiquiForm représente une opportunité significative pour l'industrie des produits de consommation en créant un changement radical en termes d'efficacité et de flexibilité », déclare Ann O'Hara, présidente de LiquiForm Group, une joint-venture entre Amcor et Sidel.

La préforme est placée dans le moule, et le liquide réel à embouteiller est ensuite forcé à haute pression dans la préforme, la moulant en forme de bouteille, ce qui donne une bouteille remplie. Les avantages incluent la réduction d'énergie due à l'élimination de l'air comprimé dans le processus ; la rentabilité puisqu'il n'y a pas d'équipement redondant nécessaire pour les opérations traditionnelles de soufflage et de remplissage ; et économiser de l'espace grâce aux processus combinés.

La technologie LiquiForm a été validée avec une gamme de substrats, de produits et de conditions d'emballage utilisant la même machine LiquiForm pour les contenants à remplissage froid, ambiant et à chaud. Récemment, le groupe LiquiForm et Krones ont conclu un accord de licence technologique pour développer et commercialiser davantage cette technologie.

« Avec la technologie LiquiForm, Krones a la possibilité de s'appuyer sur la technologie d'embouteillage, la propriété intellectuelle et le savoir-faire existants pour développer des solutions industrielles uniques afin d'améliorer encore plus le coût total de possession pour nos clients », déclare le Dr Christian Compera, responsable de la technologie d'embouteillage chez Krones.

LiquiForm,[email protected], www.liquiformgroup.com

Jean Sundberg, JBT Corporation, 559-661-3200, [email protected], www.jbtcorporation.com

Alan Bonanno, Serac, 630-510-9343, [email protected], www.serac-usa.com

Stephen Kraus, Krones AG, 49 15114637296, [email protected], www.krones.com

jonathan viens, Bosch Packaging Technology, 727-855-7337, [email protected], www.boschpackaging.com

Paul Grainger, Tetra Pak, 940-565-8800, [email protected], www.tetrapakusa.com

Debra Schug était rédactrice en chef de Food Engineering. Elle a commencé sa carrière dans les médias il y a plus de dix ans en écrivant et en produisant des nouvelles télévisées et radiophoniques aux niveaux local et national. Elle a passé de nombreuses années en tant que rédactrice en chef de deux magazines spécialisés dans l'industrie pétrolière et rédactrice en chef de la recherche pour un rapport annuel sur le pétrole. Elle est titulaire d'une maîtrise en journalisme et communication de masse de l'Iowa State University.