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    50年灌装机历程 --“克朗斯制造”

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    50年前,克朗斯公司成立23周年,是贴标领域拥有多项专利的工艺技术领导者。就在1974年,具有远见卓识的赫尔曼·宫喜德先生对其经营业务进行了细分:一年后将灌装机和洗瓶机推向市场。很快,他就在这个领域设立了新的标杆,在此,我们向您介绍灌装技术的发展历程。 

    一切都不同于一次缓慢的开始。1974年,克朗斯推出了首台灌装机,一年以后,赫尔曼·宫喜德先生通过一套全新的解决方案对行业进行了彻底改变:组合机系统。这意味着,单机之间采用机械连接,完全不需要输送带。组合机技术是我们公司的特有标志,因此,我们计划在明年为其推出专题报道,本文的关注焦点保持在灌装技术。话题回到传统的灌装技术--这里的发展历程也存在许多亮点:首批灌装机的产能就已经达到每小时1万瓶。一份1977年12月份的产品宣传册证明,早期的克朗斯组合机可以实现每小时5万瓶的生产能力。 

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    克朗斯组合机配备灌装机、封盖机和贴标机,机器之间不需要输送带连接--这在1975年还是一种非同寻常的设备布局。

    进入80年代,大部分啤酒和柠檬水灌装在玻璃瓶中--至少欧洲如此。此外,还有果汁、葡萄酒、烈性酒和矿泉水,也采用玻璃瓶包装,不过,这些产品在那个年代尚未得到大范围推广。相反,美国当时主要采用易拉罐包装,这种一次性包装的重量轻,经过巴氏杀菌后通过火车或者货车长途运输至各地。相应地,克朗斯于1989年面向易拉罐市场推出了自己的灌装机。首批机型全部采用机械控制的灌装阀和回气管。 

    容积式易拉罐灌装机成为爆款产品 

    1993年,克朗斯通过开发容积式易拉罐灌装机取得竞争优势。其特点在于灌装容量的控制:这种机器不再通过测量探针和回气管调节易拉罐的灌装液位,而是借助内置悬浮探针的高精度测量筒精准控制进入易拉罐的液体量。借助这种独有特性,这种机型成为销售爆款,成功业绩持续多年。这种测量筒设计最初也用于玻璃瓶(VO灌装机),但后期被流量计系统取代。 

    1995年,克朗斯推出了当时世界最大的易拉罐灌装机,直径六米,生产能力高达每小时12万罐。其中的三台机器销往南美。 

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    VOC容积式易拉罐灌装机首次配备灌装容量监控系统--克朗斯独有特征,这种机器在此后多年一直保持畅销。

    进军PET瓶市场 

    我们再将目光投向略早的时期,看看我们的另外一种容器种类:1987年,PET瓶出现在克朗斯生产线中,确切地说,克朗斯开始为这种容器提供灌装设备。如同每一种容器类型,PET瓶也具有自己的特殊之处。这种瓶子容易出现划痕,当瓶子在输送带上相互挤压时,能够产生环状的摩擦痕迹。为了尽可能减少输送过程中的相互接触,克朗斯专门为灌装机大转盘开发了瓶颈夹持装置。不同于玻璃瓶灌装机的升降气缸,第一台PET瓶灌装机为环形酒缸上的每一个灌装阀配备了一个可以垂直移动的滑块,用于承接PET瓶。滑块底部的承接板带有U形缺口,在进口星轮中钩住瓶子的承重环。在后续过程中,瓶子被向上提起,与灌装阀保持气密性接触。这种结构还具有另外一个优势:除了很少的特例,大部分PET瓶都采用相同的瓶口直径,瓶型转换时不需要换装。 

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    克朗斯从1987年开始生产PET瓶灌装机。为了尽可能避免输送过程中瓶子相互接触,灌装机回转机构中配备了瓶颈夹持装置。

    1989年,这种方案在慕尼黑Interbrau展会上与另外一个厂家的吹瓶机联合展出。当时,进入瓶灌装机之前的自由悬挂式进瓶还采用气流输送方式。“借此,克朗斯在设备技术方面实现了革命性创新,竞争对手后期也采用了类似的方法”,Matthias Wahl表示。 

    1995年,推出了配备可控抓环的夹持系统。首先,为玻璃瓶开发了瓶身抓环,随后,为配备承重环的PET瓶推出了可控的瓶颈抓环。自此,星轮上不再需要导向弧线。1997年,克朗斯向公众展示了PET瓶无划痕瓶颈夹持系统和PET-Superbloc --其组成部分包括冲瓶机、灌装机和封盖机。2009年,该企业继续推进组合机技术的开发利用,推出了全面采用瓶颈夹持系统的组合机—从吹瓶机到贴标机,直至灌装机和封盖机。自此,不再需要气流输送设备。 

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    Volumetic灌装机也能用于方瓶,这是一家欧洲客户使用的2007年制造的生产线。

    灌装设备中的电子技术 

    关于易拉罐和PET瓶的话题就谈到这里,现在我们回到主题,继续介绍灌装技术的整体发展情况--关注焦点聚集在工作原理。至80年代末,克朗斯灌装机全部采用机械控制,通过灌装机转盘外部的曲线推动顶杆阀。这样,灌装速度完全由机器的机械装置决定。如果还要灌装其它饮料品种,更改灌装参数非常复杂。直到推出新的灌装设计,灌装阀采用中央控制,参数修改才变得相对比较简单。克朗斯通过VP灌装系统将设想变为现实,1991年,克朗斯推出首台电气控制的灌装机。其阀门动作气动完成,所需的压缩空气通过电子系统集中控制。由于灌装阀处于潮湿环境中,因此,在那个年代人们还不敢直接在阀门旁边安装电子设备。 

    克朗斯还为灌装阀引入了液位探针,以电子方式控制灌装流程中的液位高度。借此,首次实现了以软件精确控制灌装时间,不再受即时灌装速度的约束,进而确保最佳的流程参数。“这种灌装系统后来被称作Sensometic,对克朗斯的后期发展起到了决定性作用”,Matthias Wahl说。 

    冷无菌灌装 

    在这种电气灌装阀的基础上,克朗斯于1992年首次推出了冷无菌啤酒灌装机。在此,灌装前利用蒸汽吹扫完成瓶子的杀菌。当时,有些啤酒企业希望延长啤酒的保质期,但又担心巴氏杀菌影响其啤酒口味,该解决方案成为这些啤酒企业的最佳选择。这台冷无菌灌装机标志着克朗斯正式进入饮料的冷无菌灌装领域(参见文本框)。 

    在90年代,灌装机的销量快速增长:1990年,克朗斯向巴伐利亚的一家啤酒厂提供其第500台灌装机。三年之后,第1000台机器销往爱尔兰,那是一台容积式易拉罐灌装机。2000年,克朗斯收到第2000台灌装机的订单。 

    卫生型设计和内置式电子设备 

    一个简单、有效的卫生型设计实例就是屋顶形瓶台,它配备了一套独立的机器防护设施,克朗斯从2000年起为行业设立了新的发展趋势。此前,灌装机采用平面的瓶台,饮料残留和碎玻璃汇集在瓶台表面,造成卫生风险。相反,屋顶形瓶台的形状类似于一个四坡屋顶,液体可以从表面流走,碎玻璃也无法在表面停留。目前,这种倾斜的表面已经成为卫生型灌装设计的标准。 

    五年之后,克朗斯在F1 PET瓶灌装机中彻底取消了瓶台。这样,饮料残留和清洗剂可以自由流走。灌装机取消瓶台,其前提是灌装机转盘和星轮的各套电驱动装置必须能够实现电子同步。此前,所有一切都以机械方式通过齿轮完成。这些传动装置安装在瓶台的下方,受到瓶台的保护。在F1灌装机中,每一个星轮都安装在一个所谓的Monotec立柱上,内置独立的电机。这是电子控制装置首次安装在贴近灌装阀这种潮湿环境中。“2005年drinktec展会上推出的F1灌装机是一个划时代的设计方案,后期,许多竞争对手在产品设计中或多或少地参考了这个方案”,Matthias Wahl解释说。 

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    2005年drinktec展会上的F1灌装机

    增添新的饮料品种 

    2002年,克朗斯启动乳品灌装项目,为此推出了称重盒。乳品在灌装过程中产生泡沫,因此,传统的液位测量不适合这种产品。如果采用流量计测量,其电导率又太低。称重方式可以精准地确定灌装量。 

    2012年,推出了适用于含果肉果汁的双流系统。对此,果汁和果肉单独加热和灌装。FlexiFruit流加系统可以精准地控制瓶中的果肉比例。 

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    为了进军乳品灌装领域,克朗斯于2002年引入了称重式灌装容量测量系统。

    Dynafill:变革灌装流程 

    克朗斯于2017年推出了Dynafill 灌装机,在此之前,行业内普遍认为含气饮料必须采用背压灌装,否则必然会产生很多泡沫。“后来,我们的一位同事说:一切都太慢了”,Matthias Wahl讲述。他的设想:在抽真空的瓶子内直接灌装带有压力的碳酸饮料,然后直接封盖,不需要预先卸压至大气压力。 

    这个方案蕴藏着大量优势:对于啤酒,可以实现极低的增氧量,不需要预先对产品进行冷却,灌装液位可以通过瓶子和酒缸之间的压力平衡进行调节,由于取消了灌装机和封盖机之间的高压喷水,染菌风险得到大幅度降低。如果采用热灌装工艺,灌装后不会产生结露水,这意味着不再需要暖瓶机。由于不再需要液位探针和回气管,瓶子的全部瓶口截面可以充分利用,实现极快的灌装速度。“这位同事在实验室制造了这套装置,有一天找到我商谈此事。那是2014年1月,至今我还记得非常清楚”,Wahl回忆说。“第二天,他向福乐克·宫喜德当面展示了这个创意,宫喜德先生当场表示:马上实施。” 

    2017年,Dynafill出现在drinktec展会上,它在不到五秒的时间内完成灌装和封盖,创造了世界纪录。“这是克朗斯的独有技术,我们申请了全面的专利保护”,Wahl强调说。 

    2017年,克朗斯还将组合机技术运用到易拉罐灌装,将自己制造的一台卷封机配置到Modulfill Bloc FS-C 组合机中。

     

    两位参与研发的克朗斯员工介绍Dynafill的详细情况 

    每小时10万个PET瓶 

    2022年,克朗斯继续树立里程碑--这次是组合机技术的产能(本文开始已经提及)。一套 ErgoBloc L 组合机的产能超过每小时10万瓶(PET瓶),这在世界也是首创。其难点在于灌装机,传统理念“更大的转盘等同于更高的产能”在此受到物理现象的限制:在高速运转情况下,由于离心力的作用,灌装机出口处的液位平面成倾斜状态,产品从瓶中漫出。突破点源于一项创意,即通过组合两个灌装封盖单元替代一台巨大的灌装机。 

    Dynafill也步入新的一轮:2024年,首次配备人工智能系统,自动、精准地调节灌装液位。与以往一样,克朗斯集团再次通过创新赢得行业的敬佩--这绝对不是最后一次!

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