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Jun 19, 2023

Die Reduzierung von Abfall und Ausschuss trägt dazu bei, die Bemühungen um recycelbare Verpackungen voranzutreiben

Lebensmittel- und Getränkehersteller verwenden zunehmend recycelte Materialien in ihren Produkten. Sie führen eine umfassende Palette von Floor-to-CloudTM-Lösungen ein, um die Produktivität zu verbessern und Verschwendung zu minimieren

Lebensmittel- und Getränkehersteller verwenden zunehmend recycelte Materialien in ihren Produkten. Sie führen eine umfassende Palette von Floor-to-CloudTM-Lösungen ein, um die Produktivität zu verbessern, Materialverschwendung zu minimieren und Produktausfälle in der Linie zu reduzieren.Bild mit freundlicher Genehmigung von Emerson

Lebensmittel- und Getränkehersteller auf der ganzen Welt sind bestrebt, den Einsatz recycelter Materialien in ihren Produkten auszuweiten. Mehrere Faktoren treiben das anhaltende Wachstum der Verwendung dieser Materialien voran. Laut einer Umfrage aus dem Jahr 2023 sind 82 % der Verbraucher aller Altersgruppen bereit, mehr für nachhaltige Verpackungen zu zahlen1.

In der Europäischen Union besteht das Ziel darin, bis 2030 55 % aller Kunststoffverpackungen recycelbar zu machen. Und in den USA beteiligt sich die Verpackungsindustrie an zahlreichen Bemühungen, den gesamten Recycling-Wertstrom zu verbessern.

Einige US-Bundesstaaten verfolgen eine Initiative namens „Extended Producer Responsibility“ (EPR), um Herstellern vorzuschreiben, mehr Verantwortung für den Lebenszyklus ihrer Verpackungen zu übernehmen, um sicherzustellen, dass diese wiederverwendet, recycelt, kompostiert oder biologisch abgebaut werden können. Große Hersteller von Konsumgütern haben sich den EPR-Bemühungen angeschlossen und sich verpflichtet, bis 2025 100 % ihrer Verpackungen wiederverwendbar, recycelbar oder kompostierbar zu sein.

Lebensmittel- und Getränkehersteller investieren in die Verbesserung ihres Einsatzes von recycelten Materialien. Sie erweitern außerdem den Einsatz von Technologie, um die Menge an verschwendetem und verschrottetem Verpackungsmaterial, das in ihren Herstellungsprozessen anfällt, zu reduzieren.

Eine Reihe von Automatisierungs- und Steuerungstechnologien können OEMs und Endbenutzer dabei helfen, Materialverschwendung bei der Behälterproduktion zu minimieren. Diese Floor-to-Cloud-Lösungen tragen dazu bei, Produktausfälle in der Produktionslinie zu reduzieren, die die Entsorgung falsch geformter Verpackungen erforderlich machen. Sie können dazu beitragen, die Einrichtung von Verpackungsmaschinen und den Wechsel von einem Verpackungs- oder Flaschentyp auf einen anderen zu optimieren. Dies kann dazu beitragen, Abfallprodukte, die beim Start eines neuen Laufs entstehen können, zu minimieren oder zu beseitigen.

Durch die Integration intelligenter Sensoren, Messgeräte, automatisierter Pneumatikventile und Aktoren in Verpackungslinien können wertvolle Prozessdaten freigesetzt und eine höhere Effizienz erzielt werden. Die Kombination dieser Elemente mit Edge-Controllern, die wichtige Kommunikationsprotokolle und offene, skalierbare und modulare Software unterstützen, liefert in Echtzeit umsetzbare Erkenntnisse in der Nähe eines Produktionssystems. Dies trägt dazu bei, dass Probleme schnell erkannt und behoben werden, datengesteuerte vorausschauende Wartungspraktiken etabliert werden, Verpackungsabfälle minimiert werden und ein höherer Durchsatz erreicht wird.

Es gibt Herausforderungen bei der Herstellung und Verarbeitung, um recycelte Materialien in Lebensmittel- und Getränkeverpackungen effizient zu nutzen. Flaschenhersteller erweitern beispielsweise den Einsatz von recyceltem Polyethylenterephthalat (rPET) in Kombination mit Neu-PET, um Flaschen mithilfe von Hochgeschwindigkeits-Streckblasformsystemen (SBM) für große Volumina herzustellen.

Hersteller von PET-Flaschen stellen fest, dass hochwertiges rPET selten ist. Wenn die Qualität und Zusammensetzung des Materials schwankt, müssen Blasformprozesse stärker gemessen und kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass alle Behälter den Endverwendungsspezifikationen entsprechen. Andernfalls lehnen die Hersteller minderwertige Flaschen ab und verschrotten sie.

Ein Hauptziel ist die Aufrechterhaltung einer großvolumigen Flaschenproduktion mit extrem niedrigen Ausschussraten oder minderwertigen Flaschen. Bei diesen Prozessen spielen mehrere pneumatische Systeme eine Schlüsselrolle.

Eine Reihe von Lösungen vermeidet Abfall aus SBM-Systemen. Sie liefern wertvolle Einblicke in die Leistung von Blasformgeräten und leiten Interventionen und vorbeugende Wartungsprogramme an, um Blasformfehler und Verschwendung aktiv zu verhindern. Die neueste Generation pneumatischer Luftaufbereitungssysteme verbessert die Effizienz und Steuerung sowohl von Niederdruck- als auch von Hochdruckprozessen. Durch eine präzisere Steuerung beider Schritte können Hersteller die Menge schlecht geformter oder unzureichend expandierter Flaschen deutlich reduzieren.

Darüber hinaus erweitern führende Hersteller von SBM-Systemen den Einsatz pneumatischer Proportionalregelventile für die Vorblasstufe. Diese intelligenten Ventile kombinieren ein speziell entwickeltes Proportionalventil mit Steuerelektronik und Software, die die Sollwerte für die Blassequenz speichern oder auf Befehle der SPS reagieren können. Dieser Floor-to-Cloud-Ansatz ermöglicht es Herstellern, die Vorblas-Durchflussrate zu modulieren und fein abzustimmen. Durch eine bessere Kontrolle zu einem früheren Zeitpunkt im Flaschenformungsprozess können falsch geformte Flaschen, die verschwendet werden müssen, reduziert oder sogar vermieden werden.

Durch die Kombination von Filtern, Reglern und Sensoren mit Edge-Controllern werden Betriebsdaten effizient an übergeordnete, werks- und unternehmensweite Analysesysteme übertragen. Die daraus resultierende integrierte Lösung bietet Möglichkeiten, die Umstellung des SBM-Systems von einem Flaschentyp auf einen anderen zu beschleunigen und gleichzeitig weniger Abfall zu erzeugen.

Eine weitere Möglichkeit für Hersteller, Produktionsabfälle zu reduzieren und die Recyclingziele besser zu erreichen, besteht darin, das Befüllen und Verschließen von Flaschen und Flüssigkeitsbehältern zu optimieren. Es gibt komplette Abfüllkontrollsysteme, die die Abfüllgeschwindigkeit und -präzision verbessern und gleichzeitig die Stellfläche in der Linie maximieren.

Diese Systeme kombinieren intelligente pneumatische Steuerventile, Durchflussmesser und Regler, die das Risiko einer versehentlichen Überfüllung erheblich reduzieren können. Eine Überfüllung kann zu Verschüttungen führen und kostspielige außerplanmäßige Stopps der Produktionslinie, die Reinigung kontaminierter Produktionslinien und die Entsorgung überfüllter Behälter erforderlich machen.

Führende Technologieanbieter bieten intelligente automatisierte Abfüllkontrollplattformen mit ausgefeilten Funktionen. Dazu gehören einstufige Regler, die eine gleichmäßige Spülung, Überlagerung und Einfügung mit hohem Durchfluss, Wärmebehandlung und Abschirmung unterstützen, um die Flaschenfüllraten auf dem richtigen Niveau zu halten.

Kompakte, automatisierte Massendurchflussmesser ermöglichen eine schnelle und genaue Füllkontrolle. Durch die Messung des Füllvolumens nach Masse und nicht nach Gewicht kann die Flaschenfüllung auf 0,05 % genau sein. Dadurch kann verhindert werden, dass unterfüllte Flaschen aussortiert und in der Produktionslinie verschwendet werden. Sie reduzieren auch das Risiko kostspieliger Vertragsstrafen für Unterfüllungen seitens des Kunden.

Um sicherzustellen, dass gefüllte Flaschen versandbereit sind, implementieren viele Abfüller automatisierte Bleitestsysteme mit hohem Durchsatz. Diese sorgen für die abschließende Qualitätskontrolle und können 100 % Online-Test- und Aussortierungssysteme bereitstellen, um Flaschen vor der Karton- oder Kartonverpackung umzuleiten.

Die Herstellung besserer Flaschen in der Blasformphase ist eine Möglichkeit, mit Floor-to-Cloud-Lösungen Abfall zu reduzieren – und die gleichen Vorteile bei der Reduzierung von Ausschuss gelten auch für ähnliche intelligente Steuerungs- und Sensortechnologien bei Behälterfüll- und -verschließanwendungen.

Die Vermeidung von Überfüllung, Unterfüllung und Lecks entlang der gesamten Linie trägt dazu bei, die Anzahl der Behälter, die umgeleitet und entsorgt werden müssen, zu minimieren und so die Effizienz der Abfülllinie und die Rentabilität der Technologieinvestitionen zu verbessern.

Der Markt für Flüssigkeitsbeutelverpackungen wächst rasant, und mit diesem Wachstum werden zunehmend biobasierte Kunststoffe (BBP) sowie biologisch abbaubare und kompostierbare Kunststoffe (BDCP) in Flüssigkeitsbeuteln verwendet.

Das Wachstum umweltfreundlicher Verpackungen schafft Herausforderungen im Zusammenhang mit der Hochdurchsatz-Versiegelung von Ausgusstüllen und Beuteln. Wichtige Floor-to-Cloud-Lösungen wie intelligente Aktuatoren, Ventile und fortschrittliche Ultraschallschweißwerkzeuge bieten wertvolle Werkzeuge zur Aufrechterhaltung der Beutelproduktion mit hohem Durchsatz unter Verwendung dieser biofreundlichen Materialien.

Viele Systeme zum Formen und Befüllen von Beuteln verwenden pneumatische Antriebe, Ventile, Zylinder und Schieber, um eine effiziente, zuverlässige und wiederholbare Bewegungssteuerung beim Öffnen und Befüllen des Beutels zu gewährleisten. Führende Anbieter von Pneumatiksystemen verfügen über komplette pneumatische Bewegungssysteme, die für eine präzise sequentielle Bewegung bei jedem Schritt in der Beutelfülllinie sorgen.

Die Erhöhung der Genauigkeit bei gleichzeitiger Beibehaltung des maximalen Durchsatzes trägt dazu bei, fehlerhaftes oder unsachgemäßes Öffnen und Befüllen von Beuteln zu minimieren. Darüber hinaus steht mittlerweile eine ausgefeilte pneumatische Prozessanalyse- und Optimierungssoftware zur Verfügung. Sie analysieren Drücke, Komponentengrößen und Lastbedingungen und sorgen so für einen effizienteren pneumatischen Betrieb bei gleichzeitiger Reduzierung des Luftverbrauchs und des Energieverbrauchs.

Die Herstellung zuverlässiger Beutelverpackungen und -versiegelungen mit BBP und BDCP erfordert eine viel strengere Siegeltemperatur und Prozesskontrolle als bei herkömmlichen Kunststoffen. Aus diesem Grund erweitern Unternehmen den Einsatz des Ultraschallschweißens zur Verpackungsversiegelung und des Ausgussschweißens für diese Produkte.

Hersteller, die Ultraschallschweißgeräte verwenden, können Prozessparameter in Echtzeit überwachen, da Ultraschallschweißgeräte während der kurzen Schweißzyklen (weniger als 1 Sekunde) mehrere Modi der digitalen Regelung mit geschlossenem Regelkreis bieten.

Hersteller können jeden Schweißeingang und jeden Parameter der Siegelqualität präzise überwachen und steuern. Die exakte Resonanzfrequenz von Ultraschallwerkzeugen ermöglicht mikroskalige Anpassungen der Amplitude zur Feinabstimmung der an der Schweißschnittstelle erzeugten Wärme.

In den meisten Fällen ist die Nachrüstung einer Verpackungslinie mit modernen Ultraschall-Siegelgeräten nicht schwierig, und die verbesserte Kontrolle kann neue Möglichkeiten für Nachhaltigkeit und die Verwendung von recycelten Materialien eröffnen. In Kombination mit prozesserprobter Pneumatik, die darauf ausgelegt ist, Fehler zu minimieren, die zu verschrotteten Beuteln führen, besteht ein erhebliches Potenzial für die Ausweitung des Einsatzes umweltfreundlicher Beutelmaterialien.

Die digitale Transformation in der Lebensmittel- und Getränkeverpackung ist mit nur einer neuen Technologie oder einem neuen System nur schwer zu erreichen. In der Vergangenheit haben Flaschenhersteller und Verpackungsunternehmen eine gewisse Menge an Abfall und Ausschuss als unvermeidbares Element bei Verpackungsvorgängen mit hohem Volumen berücksichtigt. Mit der digitalen Transformation und den nun verfügbaren Floor-to-Cloud-Lösungen muss diese Annahme nicht mehr gelten.

Lebensmittel- und Getränkeunternehmen können dazu beitragen, die Recyclingziele der Gesellschaft voranzutreiben, indem sie Abfall und Ausschuss in ihren Betrieben minimieren, indem sie über die richtige Art von Einblick und Kontrolle über jeden Aspekt ihrer Produktion verfügen. Bewährte und effiziente Fertigungstechnologien wie die Pneumatik sorgen für zuverlässige Leistung in Produktionslinien mit hohem Durchsatz. Zuverlässigkeit muss mit Einsicht kombiniert werden. Intelligentere Verpackungssysteme mit im gesamten Systemdesign integrierten Sensoren generieren kritische Systemdaten in Echtzeit. Diese Daten benötigen Verpacker, um Herstellungsprobleme zu beheben, bevor Hunderte von verschwendeten Flaschen, Beuteln und anderen Behältern produziert werden.

Die Gesellschaft recycelt, um Abfall zu reduzieren und bereits produziertes wiederzuverwenden. Die richtige Technologie kann Herstellern dabei helfen, dieses Ziel zu erreichen, indem sie den Abfall minimiert und gleichzeitig wettbewerbsfähige Verpackungsabläufe mit hohem Durchsatz aufrechterhält.

1. Buying Green Report 2023, TRIVIUM Packaging, https://buyinggreen.triviumpackaging.com/.

Gerson Henning ist Business Development Manager für Lebensmittel & Getränke und Verpackung EMEA bei Emerson. Er verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Pneumatik und Automatisierung in den Bereichen Engineering, Vertrieb, Anwendungs- und Geschäftsentwicklung – in mehreren Ländern und in zahlreichen Industriesektoren.