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Steigender Qualitätsanspruch & Kostendruck

Glas – hochwertiger & ökologischer Packstoff für Getränke?Über die Herstellung von Behälterglas und die wichtigsten Eigenschaften von Glasflaschen referierter Harald Zim-mermann von der Verallia Saint- Gobain Oberland AG in Bad Wurz-ach. Die Glashütte Oberland wurde im Jahr 1946 als „Torfglashütte“ gegrün-det. Hier wurden anfangs nur Haus-halts-Konservengläser gefertigt. Zehn Jahre später trat Dr. Wiegand als Ge-sellschafter und alleiniger Geschäfts-führer in das Unternehmen ein. Und 1986 erfolgte dann der Börsengang.

Grundlagen und aktuelle Forschungsergebnisse vertieft durch Berichte aus der Praxis. Der

Qualitätsanspruch und der Kostendruck bei der Getränkeabfüllung steigen. Gleichzeitig

wird zunehmend Flexibilität gefordert und die Bedeutung der Verpackung für den Kunden

wächst. Die Entscheidungsträger bewegen sich in einem entsprechend starken Spannungsfeld

zwischen Wirtschaftlichkeit und Verantwortung gegenüber Verbraucher und Gesetzgeber.

Das Flaschenkellerseminar, das alljährlich im Dezember am Fraunhofer-Institut IVV Freising

stattfindet – so auch 2014 – und vom Lehrstuhl für Lebensmittelverpackungstechnik (LVT)

veranstaltet wird, versteht sich deshalb als Fortbildungsseminar für Getränkeabfülltechnik und

wendet sich an technische Betriebsleiter und Abfüllleiter aus der Getränkebranche und auch

an Fachleute aus der einschlägigen Maschinenbauindustrie. Den 44 Teilnehmern wurden an

den beiden Seminartagen 16 Fachvorträge geboten. Im Folgenden werden die wesentlichen

Inhalte einiger ausgewählter Fachvorträge in komprimierter Form wiedergegeben.

WEIHENSTEPHANER FORTBILDUNGSSEMINAR FÜR ABFÜLLTECHNIK

Im Jahr 1998 übernahm die franzö-sische Firma Companie de Saint- Gobain 96,7 % des Aktienkapitals. Die-ser Konzern übernahm schließlich zahl-reiche weitere europäische Glashütten und firmiert heutzutage unter der eu-ropäischen Marke Verallia (Glasallianz). Am Standort in Bad Wurzach wer-den täglich 460 t Behälterglas herge-stellt, insbesondere Mehrwegflaschen für die Brauindustrie. Nach einem Überblick über das Herstellverfahren für Behälterglas, das Aufbereitungs-verfahren für Altglas und die inner-betriebliche Energierück gewinnung

ging der Referent ausführlich auf die innere Struktur des Glases ein. Die Eigenschaften des Glases ändern sich sehr stark mit der Temperatur. Das auf-geschmolzene Gemenge, aus dem die Glasbehälter gefertigt werden, durch-läuft beim Abkühlen unterschied-liche thermodynamische Gleichge-wichtszustände. Beim Unterschreiten der Schmelztemperatur findet keine Kristallisation statt, sondern die flüssi-ge Schmelze wird unterkühlt und bil-det dabei ein labiles Gleichgewicht aus. Während des weiteren Abkühlens erhöht sich dann die Viskosität des

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BRANCHEN Report | 21. Flaschenkellerseminar

Glases immer mehr, bis sich schließlich aus der zähen Flüssigkeit ein Festkör-per bildet. Die Temperatur an diesem Phasenübergang wird als Transforma-tionstemperatur oder auch als Einfrier-temperatur bezeichnet. In physikoche-mischer Hinsicht handelt es sich also bei Glas um eine eingefrorene, unter-kühlte Flüssigkeit.

Scuffingringe – Entstehung und MesssungDipl.-Braumeister Christoph Nophut vom Lehrstuhl LVT berichtete über alte und neue Erkenntnisse zur Scuf-fingringbildung an Mehrweg-Bierfla-schen. Bei der Markteinführung der Euro-Bierflaschen in den 1970er Jah-ren wurde noch keine Oberflächenge-staltung gewählt, welche die Ausbil-dung von Verschließspuren berücksich-tigte. Dem unschönen Oberflächenver-schleiß wurde erst zehn Jahre später Rechnung getragen, indem die modifi-zierte Euroform 2 mit Reibe ringen aus-gestattet wurde. Damit konzentrier-ten sich die Oberflächenverletzungen auf zwei erhabene Ringe am Glaskör-per und die eingezogene Flaschenzar-ge bot damit auch einen Schutz für das Bauch- und Rückenetikett. Der Bildung von Scuffingringen lie-gen zwei Einflussparameter zugrun-de: Einerseits der chemische Angriff der Weichlauge (NaOH) der Flaschen-reinigungsmaschine und andererseits die mechanischen Beanspruchungen auf den Flaschenförderern. Die che-mische Beanspruchung setzt bei ph-Werten >9 ein und bewirkt ein Her-auslösen von Alkaliionen aus der aus Si-O-Bindungen bestehenden Glas-matrix. Wirkt die Lauge über längere Zeit auf das Behälterglas ein, kommt es auch zu einer Netzwerkauflösung des Glases, also zu einem oberflächli-chen Materialabtrag. Durch den ober-flächlichen Laugenangriff wird die Glasoberfläche geschwächt, so dass bei den mechanischen Einwirkungen auf den Förderstrecken dann Mate-rialzerstörungen auftreten, die sich in Scuffingringen manifestieren. Um das äußerliche Aussehen der Glasflaschen möglichst lange in einem akzeptablen Rahmen zu halten, bie-ten sich verschiedene Maßnahmen an. In der Flaschenreinigungsmaschi-ne sollte keine zu hohe Laugentempe-ratur vorliegen und bei betrieblichen Pausen oder Arbeits unterbrechungen sollten die Flaschen keinesfalls in der Weichlauge stehen gelassen, son-dern aus der Maschine herausgefah-ren werden. Im Bereich der Flaschen-

förderer ist darauf zu achten, dass kei-ne zu großen Staudrücke auf die Fla-schen einwirken. Kurze und breite För-derabschnitte sind langen und schma-len Förderabschnitten vorzuziehen. Letztendlich sind aber die Kräfte, die zwischen den Flaschen untereinan-der sowie zwischen Flaschen und Füh-rungsgeländern wirken, von der ein-gestellten Kettenschmierung abhän-gig. Die Kettenschmierung sollte so ausgelegt sein, dass ein Gleitreibungs-koeffizient zwischen Glasflasche und Scharnierbandkette von 0,12 nicht überschritten wird. Grundsätzlich sind dem Füll- und Verschließaggregat vor-geschaltete Flaschenpufferstrecken in befülltem Betriebszustand zu halten,

damit bei einer Störung das Zentralag-gregat noch einige Minuten betrieben werden kann. Ist jedoch an einer dem Zen tralaggregat nachgeschal teten Stel le eine Betriebsunterbrechung ge-geben, so sollten bei den vorgeschal-teten Flaschenförderern die Antrie-be abgestellt werden, um unnötige mechanische Belastungen zu vermei-den. Die dem Zentralaggregat nach-geordneten Flaschenpufferstrecken müssen immer in einem weitestge-hend leeren, d.h. aufnahmebereitem Betriebszustand gehalten werden, da-mit im Falle einer Störung die Füllma-schine noch einige Minuten weiterar-beiten kann. Hier sind nur wenige tri-bologischen Beanspruchungen zu er-


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warten. Ein kritisches Einzelaggregat ist erst wieder die Flaschen-Einpack-maschine, wo die Flaschen unter gro-ßem Staudruck in die Einlaufkabinette gedrückt werden.

Ermittlung der FlaschenbeanspruchungenIm zweiten Teil seines Vortrags ging Dipl.-Braumeister Christoph Nophut vom Lehrstuhl LVT auf die Frage ein, wie in der Praxis die tribologischen Flaschenbeanspruchungen ermittelt werden können. Üblicherweise wer-den die Oberflächenbeschädigun-gen anhand der entstandenen Reib-ringhöhen ermittelt. An welchen Stellen innerhalb der Abfüllanla-ge die größten mechanischen Bean-spruchungen auftreten, lässt sich mit verschiedenen Verfahren feststellen. Am einfachsten ist es, markierte Fla-schen mehrmals bestimmte Förder-abschnitte durchfahren zu lassen und hinterher die entstandene Reibring-höhe mit einem Messschieber zu be-stimmen. Dieses Verfahren ist aller-dings sehr aufwändig, da damit ge-rechnet werden muss, dass die mar-kierten Flaschen bis zu 100 mal durch den entsprechenden Förder abschnitt transportiert werden müssen. Au-ßerdem müssen die Test flaschen auch vor jeder Messung durch die Flaschen reinigungsmaschine gefah-ren werden. Eine etwas einfachere Methode besteht darin, dass Testflaschen zu-nächst mit einer geschäumten Poly-styrol-Folie gesleevt und dann in den zu untersuchenden Förderabschnitt eingestellt werden (MEBAK-Metho-de Band V aus dem Jahr 2002). An-hand der hierbei entstehenden Ver-letzungen der Sleevefolie in Gestalt von Druckstellen oder Einrissen kann

dann eine visuelle Beurteilung erfol-gen. Das Verfahren erlaubt allerdings nur eine subjektive Beurteilung der aufgetretenen tribologischen Bean-spruchungen.

Vorteilhaft ist dieses Verfahren al-lerdings dann, wenn es darum geht, die auftretenden Reibungen zwi-schen Glasflaschen und Einteilschne-cken von Karussellaggregaten (Füllma-schine, Etikettiermaschine) zu beur-teilen. Hier werden die Flaschen nicht auf Höhe der Reiberinge sondern im zylindrischen Bereich, also zwischen den Reiberingen beansprucht. In der Kunststoffoberfläche von Einteilschne-cken befinden sich häufig eingelager-te Schmutz partikel oder auch kleinste Glassplitter, die dann ganz charakteris-tische Kratzspuren auf der Glasober-fläche hinterlassen. Zwischenzeitlich gibt es auch elek-tronische Prüfgeräte, mit denen die Kräfte zwischen den Flaschen gemes-sen werden können. Hierbei handelt es sich um zylindrische Prüfkörper, die den gleichen Durchmesser wie die zu untersuchende Flaschentype auf-weisen. Unter der Oberfläche dieser Prüfkörper befindet sich eine Viel-zahl von Druck- und Bewegungssen-soren, deren Messwerte elektronisch erfasst und an einen außenstehen-den Empfänger ausgelesen werden. Damit können die wirksamen Kräfte und auch die Bewegungsrichtungen während des Transports durch einen kompletten Förderabschnitt ermittelt werden. Das Messgerät kann jedoch nicht durch Einzelaggregate gefahren werden. Allerdings ist es nicht ganz einfach, aus der Fülle von Messwer-ten dann konkrete Rückschlüsse auf die dadurch bedingte Scuffingbildung zu ziehen.

Abschließend berichtete Nophut über Untersuchungsergebnisse, die in einer deutschen Brauerei gewonnen wer-den konnten, die eine 0,5-l-Individual-flasche verwenden. Es zeigte sich, dass sich nach 25 Flaschenumläufen durch die gesamte Abfüllanlage Rei-bringhöhen zwischen 2,2 und 2,4 mm Höhe einstellten. Nach unterschied-lichen Umlaufzahlen wurden dann an Stichproben die Innendruckfes-tigkeitswerte bestimmt (1-Minuten-Innendruckfestigkeit nach DIN ISO 7458). Wie sich auch schon in frühe-ren Untersuchungen gezeigt hat, war zu erkennen, dass die Mittelwerte der Festigkeitswerte mit zunehmen-der Reibringhöhe nicht weiter absin-ken. Nach etwa fünf Umläufen lagen dann die Innendruckfestigkeitswer-te konstant bei rund 15 bar. Scuffing beschädigt zwar das äußere Erschei-nungsbild von Glasflaschen, die Fes-tigkeitswerte werden jedoch nicht ne-gativ beeinflusst.

Energiedatenerfassung und -auswertung in der GetränkeabfüllungÜber dieses derzeit sehr aktuelle The-ma der Energiedatenerfassung refe-rierte Dipl.-Ing. Isabel Osterroth vom Lehrstuhl LVT. Seit dem Jahr 2000 haben sich die Stromkosten für industrielle Abnehmer fast ver-dreifacht. Gemäß einer Zertifizie-rung nach ISO 50001 müssen Unter-nehmen energiebezogene Leistun-gen überwachen, messen und an-hand angemessener Energieleistungs-kennzahlen periodisch erklären. Ge-eignete Kennzahlen können histo-rischer Art sein, beispielsweise aufs Kalenderjahr bezogene Verbrauchs-zahlen, sie können aus Modellierun-gen berechnet werden oder auch als vergleichende Kennzahlen mit Pro-duktionskennzahlen verknüpft wer-den. In der Brau- und Getränkeindus-trie erfolgt die Verknüpfung oft mit der im betrachteten Zeitraum pro-duzierten Verkaufsbiermenge, also in kWh/hl, oder mit der Anzahl ge-tätigter Füllungen, also in kWh/1000 Fl. Letztendlich geht es immer dar-um, die Energieeffizienz kontinuier-lich zu erhöhen und die Verbrauchs-zahlen im Rahmen eines Benchmar-kings mit Referenzwerten der jeweili-gen Industriebranche zu vergleichen. Die Schwierigkeiten, die sich in der Getränkeindustrie auftun, be-stehen darin, dass in aller Regel un-terschiedliche Packmittel und auch Verpackungsgrößen verarbeitet wer-

Das Flaschenkellersemi-nar: Eine Plattform für den Fachdialog. Fach-leute schätzen den Er-fahrungsaustausch mit den Mitarbeitern des Lehrstuhls für Lebens-mittelverpackungstech-nik der TU München.


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den. Ein Bezugswert in kWh/hl ist nur dann mit Ergebnissen aus ande-ren Brauereien vergleichbar, wenn immer das gleiche Gebindevolumen zugrunde gelegt wird. In deutschen Brauereien dominiert die Packungs-größe 0,5 l, was das Berechnen der Kennzahlen erleichtert. Bezieht man die Kennzahlen auf die Anzahl an ge-tätigten Füllungen, dann können die-se in der Brunnen- und Limonaden-industrie zwischen 0,25 l und 1,5 l Füllvolumen liegen. Dies hat zur Folge, dass zu jeder Energiekennzahl das zugrunde liegende Packungsvo-lumen und auch die eingesetzte Um-verpackung angegeben werden müs-sen. Speziell in der Getränkeabfül-lung kommt noch ein weiteres Pro-blem hinzu: Ein elektrischer Energie-verbrauch liegt nicht nur während der Produktionszeit vor, sondern auch dann, wenn die Anlage steht und sich im Bereitschaftsmodus be-findet. Betrachtet man Flaschen- und Kastenreinigungsmaschinen, kann man feststellen, dass während einer Betriebsbereitschaftszeit fast genau-so viel elektrische Energie benötigt wird wie während der Betriebszeit.

Ähnliches ist bei Flaschen- und Kas-tenförderanlagen zu beobachten, wenn diese während eines Anlagen-stillstands nicht abgeschaltet wer-den. Bei einer Abfüllanlage für 1,5-l-PET-Einwegflaschen ließ sich der Be-reitschafts-Stromverbrauch durch Ab-schalten einzelner Antriebe um rund 15 % verringern. Betrachtet man in einer solchen Anlage den elektrischen Energieverbrauch über eine gan-ze Produktionswoche, so zeigt sich, dass rund ein Drittel des verbrauchten Stroms auf Zeiten entfällt, in denen die Füllmaschine überhaupt nicht pro-duziert, sondern im Bereitschafts-modus verharrt. Das vielfach zur Er-mittlung der Produktivität verwen-dete OEE-Kennzahlensystem ( Overall Equipment Effectiveness) lässt sich eins zu eins in ein Kennzahlensystem für den elektrischen Energieverbrauch umwandeln. Von dem im Betrach-tungszeitraum gemessenen Ener-gieverbrauch werden die Verbräu-che während geplanter Stillstandszei-ten, während Anlagenstörungen und bedingt durch Qualitätseinbußen in Abzug gebracht und daraus der Ener-gieverbrauch während der produkti-

ven Betriebszeit errechnet. In Analo-gie zur Produktivitätsberechnung er-hält man dann auch eine Kennzahl für die elektrische Energieeffizienz.

Spezifikation neuer Anlagentechnik Die hohen Investitionskosten von 5-10 Mio. für neue Getränkeabfüll-anlagen machen eine sehr sorgfältige Planung und Auftragsvergabe zwin-gend erforderlich. Dr. Tobias Voigt vom Lehrstuhl LVT machte deut-lich, wie ein entsprechender Werkver-trag ausgestaltet werden kann. Sei-tens des Auftraggebers, also der Brau-erei oder dem Getränkehersteller, ist zunächst ein sogenanntes Lastenheft gemäß DIN 69901-5 zu erstellen. Die-ses enthält die festgelegte Gesamtheit der Forderungen an die Lieferungen und Leistungen des Auftragnehmers innerhalb eines bestimmten Projekts. Anhand dieses Lastenhefts erstellt der Auftragnehmer, also der Maschinen- und Anlagenlieferant, ein sogenann-tes Pflichtenheft, in dem die techni-schen Festlegungen mit der Betriebs- und Wartungsumgebung verknüpft sind. Darin sind auch Garantie angaben

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enthalten, welche die Produktivität der Gesamtanlage kennzeichnen (z.B. Anlagenliefergrad oder Anlagenwir-kungsgrad). Der Auftragnehmer muss dann dem Auftraggeber das Werk in-nerhalb einer vorgegebenen Zeitspan-ne mangelfrei verschaffen. Der Werkvertrag beinhaltet einen mit der Aufbauplanung verknüpften Zahlungsplan, detaillierte Ausführungs-vorschriften, ein Groblayout mit deut-lich hervorgehobenen Schnittstellen-abgrenzungen, eine Sortimentsvorga-be (Getränke, Primär- und Sekundär-verpackungen), alle technischen Da-ten einschließlich der zu erwartenden Verbrauchswerte sowie eine Preiszu-sammenstellung. Eine exakte Schnitt-stellenabgrenzung ist immer dann er-forderlich, wenn die Anlage von unter-schiedlichen Herstellern errichtet oder auch mit bereits vorhandenen Anlagen-komponenten des Auftraggebers ver-knüpft wird. Die wichtigsten Anlagen-kenndaten können unter Zugrunde-legung der Norm DIN 8784 (Mindest-angaben und auftragsbezogene Anga-ben) beschrieben werden. Für die Ab-gabe von Garantiekennzahlen ist die Norm DIN 8782 (Begriffe für Abfüll-anlagen und einzelne Aggregate) he-ranzuziehen. Wichtig ist, dass allen dem Zentralaggregat vor- und nach-geschalteten Einzelaggregate in Be-zug auf ihre Ausbringung angemes-sen überdimensioniert werden. In Be-trieben mit hohem Fremdflaschenan-teil ist es unter Umständen sogar erfor-derlich, die Entpalettiermaschine und die Auspack maschine mit der doppel-ten Ausbringung ge-genüber der Füllma-schine zu konzipieren. Die Flaschenförderer zwischen den Einzelag-gregaten müssen hin-sichtlich ihrer Puffer-kapazität, also ihrer maximalen Belegungs-zahl, und ihrer effekti-ven Pufferzeit gekenn-zeichnet werden. Als behältertyp abhängige Pufferzeit wird diejeni-ge Zeitspanne definiert, die eine nach- bzw. vorgeschaltete Maschi-ne weiterarbeiten kann, bis sie durch den Stillstand einer weiter vom Zentral-aggregat entfernten Maschine in Man-gel- oder Stauzustand gebracht wird und somit selbst zum Stillstand kommt. Bei Inspektionsmaschinen, wie bei-spielsweise Leerflaschen- und Vollfla-schen-Inspektionsmaschinen, müssen

deren Erkennungsgrad und Fehlaus-leitungsrate angegeben werden. Un-ter Erkennungsgrad ist der prozentua-le Anteil in zutreffender Weise als feh-lerhaft erkannter Flaschen bezogen auf alle fehlerhaften Flaschen zu ver-stehen. Die Fehlaussortierrate kenn-zeichnet den prozentualen Anteil der von einer Kontrolleinrichtung fälsch-licherweise ausgeleiteten Verpackun-gen zur Gesamtzahl der kontrollier-ten, fehlerfreien Verpackungen. Für Maschinentests können Testflaschen entsprechend der Norm DIN 8784 ein-gesetzt werden. In Abfüllanlagen, die unterschiedliche Primär- und Sekun-därverpackungen verarbeiten müs-sen, sind Angaben über die erforderli-che Zeitdauern der Umstellungen und den hierfür erforderlichen Personalbe-darf abzugeben.

InformationstechnologieIm zweiten Teil der Präsentation von Dr. Tobias Voigt vom Lehrstuhl LVT wurde auf die Informationstechno-logie eingegangen. Allgemein dient eine Betriebsdatenerfassung (BDE) der Erfassung und Ausgabe betrieb-licher Daten in maschinell verarbeit-barer Form. Die Daten werden dabei automatisch oder manuell erfasst, um sie am Ort ihrer Verarbeitung zur Ver-fügung zu stellen. Die Betriebsdaten-erfassung ist eine Voraussetzung für ein Fertigungsmanagementsystem, auch als Manufacturing Execution System (MES) bezeichnet. Ein MES zeichnet sich gegenüber ähnlich wirk-samen Systemen, wie beispielswei-

se dem Enterprise Resource Planning (ERP), durch die direkte Anbindung an die Automatisierung aus und er-möglicht eine zeitnahe Kontrolle und Steuerung der Produktion. Der Planungsablauf erfolgt auch hier anhand eines Lastenhefts des Auftraggebers und eines Pflichten-

hefts des Auftragnehmers. Das Las-tenheft enthält die Ist-Situation, die Zielsetzung, die gewünschten Funk-tionen und die Systemarchitektur. Zu den gewünschten Funktionen gehö-ren beispielsweise die Produktions-planung und -steuerung, die Cargen- und Auftragsverfolgung, eine Prozess-visualisierung, eine Messdatenauf-zeichnung einschließlich der Energie-verbrauchswerte, eine Effizienzanlyse der Abfüllanlage, eine Auswertungs-funktion einschließlich Berichtswesen sowie eine Instandhaltungsplanung und -steuerung. Die Systemarchitek-tur beschreibt das eingesetzte infor-mationstechnologische Netzwerk, die internen und externen Schnittstellen sowie die sogenannte Hardware. Mit einer derartigen Systemeinführung in Abfüllanlagen verfolgt man folgen-de Ziele: Eine Effizienzsteigerung der Abfüllanlage, eine umfassende Quali-tätssicherung und eine Verbesserung des Produktionsablaufs. Das vom Auftragnehmer zu erstel-lende Pflichtenheft enthält eine nach-vollziehbare Beschreibung der kon-kreten Umsetzung mit allen Pflichten von Lieferanten und Kunde. Die tech-nische Umsetzung beschreibt die Sys-templattform, das eingesetzte Bussys-tem, die Standardsoftware, die Daten-bankmechanismen sowie alle Schnitt-stellen mit Protokoll und Dateneinga-be. Anhand detaillierter Funktionsbe-schreibungen werden alle Workflows, konkrete Visualisierungs- und Berichts-layouts und die Bedienung dokumen-tiert. Schließlich enthält das Pflichten-

heft auch die Preis-basis und den Pro-jektplan. Empfeh-lenswert dazu ist eine Konformitäts-erklärung für die Maschinen und das IT- System ent-sprechend der am Lehrstuhl LVT ent-wickelten Weihen-stephaner Stan-dards (WS). Diese Maschinensteuerun-gen verfügen dann über WS-BDE-Schnitt stellen und

ermöglichen die Kommunikation über die minimal geforderten Befehlssätze. Die physikalischen Schnittstellen sind in XML- Gerätebeschreibungsdateien dokumentiert (Extensible Markup Lan-guage). Die Funktionsfähigkeit der physikalischen Schnittstelle kann mit-hilfe eines WS-Testtools überprüft

Der Werkvertrag beinhaltet einen mit der Aufbauplanung verknüpften Zahlungsplan, detaillierte Ausführungsvorschriften, ein Groblayout mit hervorgehobenen Schnittstellen-abgrenzungen, eine Sortimentsvorgabe (Getränke, Primär- und Sekundärverpackungen), alle technischen Daten einschließlich der zu erwartenden Verbrauchswerte sowie eine Preiszusammenstellung.

Auszug aus dem Vortrag von DR. TOBIAS VOIGT, Lehrstuhl LVT


werden. Dabei stellt sich heraus, ob alle Maschinen auch alle geforderten Pflichtdatenpunkte bereitstellen.

PET bottle-to-bottle Recycling in EuropaÜber die Voraussetzungen und Verfah-ren eines Recyclingsystems für PET-Fla-schen referierte Dr. Frank Welle vom Fraunhofer-Institut für Verfahrens-technik und Verpackung (IVV). Im Jahr 2013 wurden weltweit betrach-tet von allen PET-Verpackungen 36 % für Mineral- und Tafelwasser und 33 % für Limonaden verwendet. Innerhalb Europas wurden etwa 1.600 t PET-Fla-schen eingesammelt, was einer Rück-laufquote von rund 56 % entspricht. Für ein wirtschaftliches PET-Recyc-ling erfüllt der Packstoff PET alle we-sentlichen Voraussetzungen. Es exis-tieren gut etablierte Sammelsysteme, PET ist kaum additiviert, die PET-Roh-stoffe sind generell für den Lebensmit-telkontakt zugelassen und PET ist ein vergleichsweise inertes Polymer, wel-ches nur geringe Wechselwirkungen mit Füllgütern eingeht. Das PET-Recyclingverfahren kann zunächst ein konventionelles Verfah-ren sein, welches die Prozessschritte Sortieren, Zerkleinern, Waschen und Trennen umfasst. Um ein lebensmittel-taugliches Recyclat zu erzeugen, ist ein weiterer Verarbeitungsschritt erforder-lich, welcher auch als Super-clean-Re-cyclingprozess bezeichnet wird. Mithil-fe eines im Polymer verbleibenden Ka-talysators werden zunächst bei Tem-peraturen von 260-280 °C überschüs-siges Ethylenglycol und Wasser aus-getrieben und gebrochene Polymer-ketten wieder miteinander verknüpft. Die dabei gebildeten PET-Pellets wer-den danach in einem Inertgasstrom und bei 180-230 °C über sechs Stun-denlang einer Festphasenkonden-sation unterworfen. Nach diesem Super-clean-Verfahrensschritt gewinnt man dann praktisch PET-Neuware. Be-dingt durch die Verlängerung der Poly-merketten erhöht sich auch die für die Weiterverarbeitung wichtige Viskosi-tät der PET-Schmelze. PET-Flakes, die einem Recycling-prozess zugeführt werden, sind nie homogen kontaminiert. Die Kontami-nanten befinden sich nur in der Ober-fläche der Flakes. Bei Schicht dicken der Flakes von etwa 300 µm sind oberflächlich nur rund 10 µm konta-miniert. Aus diesem Grund wird bei einer Temperatur von 180 °C inner-halb von 5 min. eine 95 %-<ige und bei 15 min. eine 97 %-ige Dekonta-

mination erreicht. Bei den dickeren PET-Pellets dauert das Dekontaminie-ren wesentlich länger. Eine Stunde Behandlungszeit bei 180 °C bewirkt eine 43 %-ige und fünf Stunden Be-handlungszeit eine 87 %-ige Dekon-tamination. Beim „Super-clean“-Re-cycling wird die Oberfläche der Flakes in einer Stärke von ungefähr 15 µm abgelöst, was einen Materialverlust von etwa 10 % mit sich bringt. Das Abtragen der Materialoberfläche er-folgt mit Natronlauge bei einer Tem-peratur von 190-210 °C und dauert im Inertgasstrom 3-5 Stunden. Die dabei entstehenden „Super-clean“-Flakes werden anschließend einem 1-4 min. dauernden Extrusionsprozess unter-

worfen. Unter Vakuum und bei Tem-peraturen von > 280 °C werden dann die PET-Flakes zu PET-Pellets extrudiert. Bei einem anderen Recyclingver-fahren wird ein PET-Mischkonden-sat aus ursprünglichem Präpolymer und gewaschenen Recyclat-Flakes hergestellt. Das Recyclat wird zu-nächst unter Zugabe von Ethylen-glycol bei Temperatur zwischen 260 und 280 °C depolymerisiert und dann über einen im Bypass geschalteten Ex-truder der Schmelzkondensation des Präpolymers beigegeben. Unter die-sen verfahrenstechnischen Bedin-gungen bilden sich dann PET-Pellets mit erhöhter Viskosität. Der zulässige Recyclatanteil liegt bei 30 %. Die PET-

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Pellets werden anschließend bei Tem-peraturen zwischen 180 und 230 °C unter Inertgas mindestens sechs Stun-den lang einer Festphasenkondensa-tion unterzogen. Im Ergebnis erhält man dann recyclathaltige PET-Neuware.

Reinigungseffizienz nach Challenge-TestDie in Italien ansässige Behörde Eu-ropean Food Safety Authority (EFSA) hat eine Vielzahl von Bewertungskri-terien für den Einsatz von recyclathal-tigem PET ausgearbeitet. Die Reini-gungseffizienz eines Recyclingprozes-ses wird dabei mit einem sogenann-ten Challenge-Test unter Zugrunde-legung einer Worst-case-Kontamina-tion ermittelt. Die noch vorhandenen Restkonzentrationen nach dem Chal-lenge-Test werden in den Oberflächen von PET-Mineralwasserflaschen unter-sucht. Der Beurteilung der maximal zulässigen Migrationswerte erfolgt dann nach drei Szenarien: Kleinkinder, Heranwachsende und Erwachsene.

Seitens der EFSA wird angenommen, dass aus Mineralwasserflaschen mi-grierende Substanzen physiologisch unbedenklich sind, wenn die Exposi-tion nicht größer als 0,0025 µg pro kg Körpergewicht ist. Legt man die Annahme zugrunde, dass Kleinkin-der 0,75 l Mineralwasser aus PET-Fla-schen konsumieren, die zu 100 % aus PET-Recyclat hergestellt wurden, dann lässt sich aus Migrationsmodellen für Mineralwasser ein Migrationsgrenz-wert von 0,1 µg/l ableiten. Nach der-zeitigem europäischem Recht müs-sen PET-Recycler entsprechend der einschlägigen EU-Reycling-Regula tion 282/2008 einen Zulassungsantrag bei der EFSA einreichen. Bislang wur-den 97 Petitionen auf Zulassung ein-gereicht und davon 86 vorläufig posi-tiv bewertet. Es ist damit zu rechnen, dass noch in diesem Jahr eine Veröf-fentlichung der von der EFSA auto-risierten PET-Recycler erfolgen wird. Zwischenzeitlich gilt weiterhin noch nationales Recht.

den Einsatz von Elektronik und Infor-mationstechnologie eine weitere Au-tomatisierung der Produktionsprozesse vorangetrieben wurde. Heutzutage stehen wir am Anfang der vierten industriellen Revolution, durch welche die Warenproduktion auf Basis cyber-physischer Systeme und, durch das Internet getrieben, immer stärker individualisierte Produkte her-vorbringt. Kennzeichen dieser Indus-trieproduktion sind eine hoch flexibili-sierte Serienproduktion, eine automati-sche Produktion von Kleinstchargen so-wie eine weitreichende Einbindung von Kunden und Geschäftspartnern in die Wertschöpfungsprozesse. Die vernetz-ten Produktionssysteme bestehen da-bei aus physischen Objekten, wie Ma-schinen, Automatisierungskomponen-ten und Werkstücken, aus Datenspei-chern und dynamischen Informations-netzwerken sowie aus Diensten, Apps und Algorithmen. Man spricht dann von Cyber-physischen Produktionssys-temen (CPPS) mit vollständiger digita-ler Repräsentation der Produktion und digitalem Produktgedächtnis. Die Pro-duktionssteuerung selbst erfolgt da-bei dezentral durch das intelligente Produkt. Auslöser für die Entwicklung der CPPS sind eine wachsende Nach-frage nach individualisierten Produk-ten, der Boom des Internet-Fachhan-dels, die fortschreitende Urbanisie-rung, welche neue Versorgungsmög-lichkeiten erfordert, die immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen sowie eine zunehmende Marktdynamik. Da-neben besteht aber auch der Wunsch, neue Geschäftsmodelle zu entwickeln, beispielsweise durch einen Direktver-trieb oder eine gemeinsame und flexib-le Nutzung von Produktionsinfrastruk-turen (Lohnabfüllung), eine enge Ver-netzung mit Lieferanten und eine enge Zusammenarbeit zwischen Maschinen-lieferanten und Anlagenbetreibern. Das Forschungsprojekt „RoboFill“ des Lehrstuhls LVT hat das Ziel, ein Re-ferenzmodell für eine produktgesteu-erte, individualisierte Getränkeproduk-tion zu entwickeln. Dabei geht es um Konzepte für sicheren Datenaustausch, sichere Datenspeicherung und Daten-bereitstellung. Es werden standar-disierte Kommunikationsschnittstellen für Maschine und Dienste entwickelt und eine praxistaugliche Demonstra-tionsanlage für das Abfüllen individua-lisierter Getränke aufgebaut. Diese An-lage stellt eine Beispielapplikation für die Distribution mit Kundenschnittstel-len dar, einschließlich des Aufbaus ei-nes Kundenportals. Prof.Dr.H.V.

Im eingesetzten Recyclat darf nicht mehr als 5 % der PET-Flaschen aus Non-food-Anwendungen stammen. Die Worst-case-Konzentration für missbräuchlich genutzte PET-Flaschen liegt bei 3 ppm im Eingangsmaterial. Erfahrungen haben gezeigt, dass 0,03 bis 0,04 % der gesammelten PET-Fla-schen missbräuchlich genutzt wur-den. Die höchste Kontamination mit 6750 ppm erreicht man in PET-Flakes, die in Toluol getaucht wurden. Nach einem Super-clean-Prozess verbleibt dann eine Restkonzentration von 1,4 bis 2,7 ppm. Für lebensmitteltypi-sche Substanzen, wie beispielsweise die Aromakomponente Limonen, wird eine zulässige Maximalkonzentration von 20 ppm angegeben. Die durch-schnittliche Limonen-Konzentration liegt bei 2,9 ppm.

„RoboFill“ – Ein Konzept für die hochflexible und individualisierte GetränkeabfüllungÜber die Auswirkungen der sogenann-ten 4. industriellen Revolution auf die Getränkeindustrie referierte Dipl.-Ing. Romy Eichler vom Lehrstuhl LVT. His-torisch betrachtet gab es in der Vergan-genheit drei industrielle Revolutionen. Die erste Revolution fand Ende des 18. Jahrhunderts mit der Einführung me-chanischer Produktionsanlagen statt. Wasser- und Dampfkraft wurden für den Antrieb von Maschinen eingesetzt. Mit Beginn des 20. Jahrhunderts be-gann dann die zweite Revolution, die sich durch die Einführung einer arbeits-teiligen Massenproduktion mithilfe elektrischer Energie auszeichnete. Mit Beginn der 1970er Jahre startete dann die dritte Revolution, bei welcher durch

Akkreditierung nach DIN EN ISO/IEC 17025:2005. Analytische Qualitätssicherung Bayern (AQS).Zerti!kat gem. TrinkwV 2001.

Forschungszentrum Weihenstephanfür Brau- und LebensmittelqualitätNEUTRAL – UNABHÄNGIG – KOMPETENT

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