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Energieeffizienz hat viele Gesichter

 
Innovative Lösungen der Verpackungsindustrie | Dem wachsenden Energiebedarf der Menschheit stehen abnehmende Reserven an fossilen Energieträgern gegenüber. Maßnahmen zur Nachhaltigkeit im Umgang mit Ressourcen und energieeffiziente Verfahren entlang aller Prozesslinien sind die zentralen Herausforderungen unserer Zeit. Themen, die auch in der Verpackungs- und Abfülltechnik immer mehr Raum einnehmen und zu innovativen Lösungen führen.

Sparsamere Antriebe, Kompressoren, Lüfter oder Pumpen zählen zu den klassischen Lösungen, um Strom, Druckluft, Wasser oder Dampf einzusparen und die Energieeffizienz zu steigern. Bei dem heute bereits erreichten Stand der deutschen Verpackungs- und Abfülltechnik sind die Auswirkungen dieser Maßnahmen jedoch eher marginal. Deswegen greift die alleinige Konzentration auf energieeffizientere Antriebe und Verfahren zu kurz. Energieeffizienz bedeutet auch, dass Maschinen und Anlagen eine möglichst hohe Ausbeute an Gutprodukten erzeugen, denn mit jedem Folgeschritt in einer Produktionslinie steigt der Wert der hergestellten Waren. Anders ausgedrückt: Im Produkt selbst steckt der größte Anteil an Energie - gefolgt vom Verpackungsmaterial. Erfolgversprechender sind daher konstruktive Änderungen, die sich auf den Prozess als Ganzes auswirken. Die folgenden Beispiele zeigen hierzu innovative Lösungen der Branche.

Energieoptimiertes Design
Dank der Fortschritte in der Werkstoffforschung können Konstrukteure heute Werkstoffe nach Maß verwenden und das Design von Baugruppen gezielt optimieren. Ein Beispiel hierfür sind verbesserte Träger- und Haltesysteme für den Flaschentransport in Flaschenreinigungsanlagen. Mit 25 bis 30 Prozent Gewichtsersparnis verringern sie die mechanischen Belastungen der Antriebsmotoren sowie deren Stromaufnahme. Zusätzlich sinken auch die Wartungskosten. Da die neuen Trägersysteme deutlich weniger Wärme absorbieren, sind auch die energetischen Austragsverluste deutlich geringer. Beim Reinigen punkten sie durch einen geringeren Verbrauch an Waschlauge und weniger Verschleppung an Chemikalien.

Sauberes Wasser ist mittlerweile eine der wertvollsten Ressourcen. Es ist als Frischwasser unverzichtbar für viele Reinigungsprozesse in der Lebensmittelverarbeitung oder der Flaschenreinigung bei Getränkeabfüllanlagen. Das Gewinnen, Aufbereiten und Bereitstellen von sauberem Wasser ist jedoch äußerst energieintensiv - ebenso, wie die spätere Entsorgung des Abwassers. Durch einen umfangreichen Katalog von Maßnahmen wie konstruktives Optimieren, Vollisolation, Wärmerückgewinnung und dergleichen versuchen Ingenieure, Wasser und Energie einzusparen.
Konventionelle Flaschenreinigungsanlagen benötigen im Mittel etwa 180 ml Frischwasser für jede zu reinigende Halbliterflasche. Durch gezielte Maßnahmen, vor allem im Sprühsystem, lässt sich der Wasserbedarf beispielsweise auf 130 ml pro Flasche absenken. Das entspricht bei täglich 50.000 Flaschen an 340 Produktionstagen einer Einsparung an Frischwasser von 850.000 Liter pro Jahr.
Aufgrund seiner vielen Einsatzmöglichkeiten hat sich Druckluft als Arbeitsmedium und Energieträger in nahezu allen Industriezweigen etabliert. Doch die Produktion von Druckluft benötigt viel elektrische Energie - und das macht sie teuer. Hinzu kommt, dass bis zu 30 Prozent der zur Drucklufterzeugung eingesetzten Energie wirkungslos durch zahllose Leckagen in den Versorgungsnetzen verpufft. Typische Schwachstellen sind lösbare Verbindungen, Armaturen und Wartungseinheiten sowie nicht sauber schließende Schnellverschlüsse für Druckluftgeräte. Hier Einsparungen zu erzielen ist eine der vorrangigen Aufgaben zu mehr Energieeffizienz. Dabei bieten sich zwei grundsätzliche Wege an: Das Optimieren vorhandener Druckluftnetze - oder durch einen Technologiewechsel auf Druckluft zu verzichten. Letzteres verspricht interessante Einsparpotenziale zum Beispiel bei Tiefziehverpackungsmaschinen. Der Ersatz pneumatisch betriebener Baugruppen durch elektrische Antriebe mit hohem Wirkungsgrad bringt hier gegenüber konventionellen Systemen Energieeinsparungen von über 20 Prozent.

Siegeln mit Ultraschall
Heiß- und Kaltsiegeln sind gängige Verfahren zum Fügen thermoplastischer Verpackungsmaterialien mit Hilfe einer thermoplastischen Siegelschicht. Speziell bei produktbenetzten Folien in Schlauchbeutel-Verpackungsmaschinen erweist sich das thermische Siegeln oft als Schwachstelle. Das aus offenen Beuteln austretende Produkt verunreinigt die Werkzeuge und erfordert ein häufiges Reinigen von Werkzeugen und Maschine.
Anders dagegen das Ultraschall-Siegelverfahren. Es nutzt den Effekt, dass die mechanischen Schallwellen in der molekularen Struktur thermoplastischer Kunststoffe Reibungswärme erzeugen. So lassen sich Packmittel samt Siegelschicht unter Druck zwischen Sonotrode und Amboss zum Schmelzen bringen und stoffschlüssig verbinden. Die Vorteile des Verfahrens liegen in der höheren Qualität und Dichtigkeit der Nähte - selbst wenn das Füllgut die Packmitteloberfläche benetzt. Ultraschallsiegelsysteme zeichnen sich zudem durch einen großen energetischen Wirkungsgrad und sehr kurze Siegelzeiten zwischen 80 und 200 Millisekunden aus. Bei der Frage nach höherer Energieeffizienz durch Ultraschallsiegeln muss man den Fokus auf die erzeugten Gutprodukte legen, denn die meiste Energie steckt beim Verpacken im Produkt selbst und in den Packmaterialien. Und hier ist das Ultraschallsiegeln eindeutig im Vorteil gegenüber dem Heißsiegeln, da es auch bei produktbenetzten Folien saubere und vor allem dichte Siegelnähte liefert. So erhöht es gegenüber dem Heiß- und Kaltsiegeln die Ausbeute an Gutprodukten. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch deutlich schmalere Siegelnähte. Die wiederum erhöhen die Ausnutzung des Folienmaterials, wodurch sich eine deutlich größere Anzahl Schlauchbeutel pro Folienrolle realisieren lässt.

Der Handel verlangt bei Fleisch-, Geflügel- oder Fischprodukten zunehmend Fixgewichtverpackungen. Nun sind die von den Zerlegebetrieben kommenden Teile sehr unterschiedlich in Form, Größe und Gewicht und es gilt Hunderte Teile pro Minute zu wiegen, zu sortieren und passend zu verpacken. Konventionell erfolgt das heute noch in vielen Unternehmen rein manuell - kosten- und energieintensiv. Wesentlich effektiver sind hier Bandsortierer, die sich in vielen Unternehmen etabliert haben. Diese Systeme benötigen jedoch große Stellflächen, arbeiten sehr energieintensiv und verlangen einen hohen Reinigungsaufwand. Heute verlagert sich der Trend immer mehr zu schnellen Pick&Place Robotern mit Stabkinematik, da sie den für das Sortieren erforderlichen maschinellen Aufwand erheblich reduzieren. So entfallen die bei Bandsortierern notwendigen langen Förderbandstrecken mit ihren vielen Pufferboxen und Klappensteuerungen sowie die dazu erforderlichen Antriebe. Die geringere Anzahl Antriebe verringert die Gesamtstromaufnahme und das insgesamt geringere Volumen an Maschinen und Maschinenteilen reduziert den Wartungs- und Reinigungsaufwand. Der wichtigste Faktor hinsichtlich Energieeffizienz ist jedoch die höhere Ausbeute an Gutprodukten beziehungsweise die Reduktion der Verluste durch Give-away, denn im Produkt selbst steckt, wie eingangs erwähnt, der größte Anteil an Energie.

Energieeffizient zu produzieren geht weit über das Einsparen von Energie durch Einsatz energieeffizienter Maschinen und Geräten hinaus. Es gilt, die Gesamteffizienz zu steigern.
Einer der großen Schwerpunkte der interpack ist Energieeffizienz. Besucher können sich auf dem VDMA-Stand (Halle 05 /H38) über weitere aktuelle Trends und Entwicklungen informieren.

Energieeffizienz bedeutet auch, dass Maschinen und Anlagen eine möglichst hohe Ausbeute an Gutprodukten erzeugen.

Für Sie entscheidend
Energieeffizienz muss sich auf den ganzen Prozess auswirken

Energieoptimiertes Design von Baugruppen sorgt für weniger Gewicht, weniger mechanische Belastungen, senkt Wartungskosten und spart Waschlauge beim Reinigen

Konstruktives Optimieren, Isolieren und Wärmerückgewinnung sorgt für einen geringeren Wasserbedarf beispielsweise bei Flaschenreinigungsanlagen

Optimieren vorhandener Druckluftnetze spart Druckluft oder Technologiewechsel macht Druckluft verzichtbar

Ultraschall-Siegelverfahren sorgt für dichte Siegelnähte und damit für mehr Gutprodukte

Roboter reduzieren den für das Sortieren erforderlichen maschinellen Aufwand

Foto: Fotolia
Über die Firma
VDMA - Verband Deutscher Maschinen-und Anlagenbau e. V.
Frankfurt/Main
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