Wärmer abfüllen und dabei Energie sparen

Jeff Smith arbeitet bei einem Getränkebetrieb, der sich auf die Herstellung von Softdrinks spezialisiert hat. Als Sustainability Manager ist er von der Unternehmensführung beauftragt worden, sich zu überlegen, wie sich in der Produktion Energie einsparen lässt. Denn zum einen denkt man natürlich unternehmerisch und möchte die Produktionskosten optimieren. Zum anderen weiß der Betrieb um seine Verantwortung für die Umwelt – und hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, die Produktion in Hinblick auf Einsparungsmaßnahmen zu durchleuchten.  

Eine Option ist die Energieeinsparung im laufenden Betrieb – und tatsächlich gibt es hier verschiedene Möglichkeiten. Doch welche ist auch effizient? Sprich: Wo kann man mit möglichst wenig Aufwand möglichst schnell ein sichtbares Ergebnis erzielen? Genau mit dieser Fragestellung wandte sich Jeff Smith an Krones. Denn zum Abfüllen der Cola- und Limonadengetränke nutzt der Betrieb bereits seit mehreren Jahren eine PET-Linie von Krones. Und genau der Abfüllprozess ist es auch, der bei vielen Betrieben so einiges an Einsparungspotenzial birgt. 

Den Füllprozess im Fokus 

Warum dies so ist, erläutert Jonas Sittenauer aus dem Vertriebsteam für den Bereich Lifecycle Service: „Bei der Inbetriebnahme werden unsere aktuellen CSD-Füller auf Abfülltemperaturen von rund 20 Grad Celsius eingestellt, bei älteren Modellen lagen die Werte oft bei etwa 16 Grad.“ Doch im laufenden Betrieb bleiben diese Werte nicht die Realität, erklärt er weiter: „Wenn ich mit Kunden spreche, die ihre Linien schon ein paar Jahre betreiben, zeigt sich oft, dass diese bei nur zwölf bis 14 Grad abfüllen – obwohl eigentlich viel mehr drin wäre.“ Doch wieso tun sie es dann nicht? „Das kann mehrere Gründe haben, der häufigste ist aber wohl, dass kältere Abfülltemperaturen für eine stabilere Produktion sorgen, da das Getränk weniger schäumt“, so Jonas Sittenauer. Gut für die Performance also, aber mit Optimierungspotenzial in Sachen Kostensparen und Nachhaltigkeit! 

Und genau dieses Potenzial erkennt und hebt Krones nun, indem es gemeinsam mit seinen Kunden prüft, ob sich Abfülltemperaturen ohne Leistungseinbußen erhöhen lassen. „Das ist kein Hexenwerk, sondern nur eine Frage der Feineinstellung der Maschinen – und diese können, wenn wir in Grenzregionen kommen, ganz schön knifflig sein. Aber natürlich helfen wir dem Kunden dabei, die perfekten Parameter für seine Produkte zu finden“, sagt Dr. Valentin Becher aus dem Entwicklungsteam bei Krones.  

Schritt 1: Aufnahme und Analyse der Daten 

Dafür hat er jetzt einen Fragebogen entwickelt, den Jeff Smith nun ausfüllt. Dort notiert dieser Rezepturen der einzelnen Getränke, Flaschenvolumen, erlaubte Maximaldrücke und Ausdehnungen der PET-Behälter, Produktionsgeschwindigkeiten und weitere Details der Fabrik sowie die Temperaturen, denen das Produkt im weiteren Verlauf der Wertschöpfungskette ausgesetzt ist. Dr. Valentin Becher analysiert anschließend all diese Werte und bestimmt mit Hilfe eines neuen, detaillierten Prozessmodells der Produktionslinie individuell für jede Getränk-Behälter-Kombination einen maximal möglichen Abfülldruck, von dem sich wiederum eine maximale Abfülltemperatur ableiten lässt.  

Als nächstes gibt er alle Werte an Johannes Vogl aus dem Team der Fülltechnik weiter. Dieser prüft, ob der Füllprozess zeitliche Reserven enthält, die man ausschöpfen kann, da bei höheren Temperaturen mehr Zeit zum Füllen benötigt wird. Anschließend berechnet er die maximale Behandlungszeit, die zur Verfügung steht, ohne dass es zur Minderleistung kommt. Denn die Behandlungszeit korreliert mit der Temperatur: „Unsere Berechnungen anhand der Kombination aus Füllerdesign, Flaschen und Getränk zeigen gerne auch Werte von 24 bis sogar 30 Grad Celsius. Ob diese in der Praxis dann direkt so umsetzbar sind, ist aber von vielen verschiedenen Faktoren abhängig. Deshalb nähern wir uns diesem Temperaturbereich immer erst vor Ort an, wenn wir langsam die Temperatur erhöhen. Vorrang hat dabei natürlich immer, dass die Produktion auf der Linie ohne Einschränkung weiterläuft“, so Johannes Vogl, und Dr. Valentin Becher ergänzt: „Am Ende unserer Berechnungen haben wir eine individuelle Empfehlung pro Getränk-Behälter-Kombination zur jeweils möglichen Abfülltemperatur – und damit ein maßgeschneidertes Paket, um den Energiebedarf in der Linie zu senken.“ 

Schritt 2: Umsetzung vor Ort 

All diese Berechnungen stellt Krones anschließend dem Kunden vor, gemeinsam bespricht man dann die weiteren Schritte. Und diese führen von der Theorie am Laptop zur Praxis an den Füller. „Denn auch, wenn wir alles berechnet haben – letztlich müssen wir natürlich sicherstellen, dass es im Feld funktioniert“, sagt Johannes Vogl.  

Vorrang hat dabei natürlich immer, dass die Produktion auf der Linie ohne Einschränkung weiterläuft. Johannes Voglaus der Fülltechnik

Krones macht sich gemeinsam mit dem Team des Kunden dann daran, die perfekte Abfülltemperatur für den täglichen Betrieb zu finden – und zwar bei laufender Produktion! „Wir wissen aus der Analyse, was maximal möglich wäre und nähern uns diesen Werten pro SKU*, also Getränkesorte und Flaschengröße, Schritt für Schritt an. Die Produktion läuft dabei natürlich ganz normal weiter“, so Johannes Vogl. Und auch, wenn man gemeinsam beschließt, den Füller am Ende auf „nur“ 20 Grad Celsius einzustellen, ist das doch ein Wert, der sich sehen lassen kann! „Von 12 auf 20 – das ist ein Sprung von 8 Grad – und der macht sich natürlich ab Sekunde eins beim Energiebedarf bemerkbar“, unterstreicht Jonas Sittenauer. 

* SKU: Stock Keeping Unit

Von 12 auf 20 – das ist ein Sprung von 8 Grad – und der macht sich natürlich ab Sekunde eins beim Energiebedarf bemerkbar. Jonas Sittenaueraus dem LCS Sales

Schritt 3: Optionale Software-Bausteine und Upgrades 

Warum ist oft bei 20 Grad Celsius Schluss – obwohl doch eigentlich noch viel mehr drin wäre? „Natürlich muss eine stabile Produktion gewährleistet sein. Doch gerade bei älteren Linien ist dafür noch mehr manueller Bedienaufwand nötig – und nicht immer herrscht beim Personal das Wissen vor, um den Füller an seinen Einstellungsgrenzen dauerhaft sicher und hochperformant zu betreiben“, erklärt Jonas Sittenauer den im ersten Schritt eher konservativen Ansatz bei der Temperatureinstellung. Aber natürlich lässt sich im Hinblick auf Warmabfüllung noch mehr herauskitzeln – und zwar mit verschiedenen Upgrades, die dem Bedienpersonal unter die Arme greifen.  

Zum einen sind da Software-Bausteine wie Cluster Filling oder Dynamic Filling Pressure Control, die das Wiederanfahren nach einem Produktionsstillstand deutlich vereinfachen: Statt den Füller sofort wieder auf volle Leistung zu fahren, sorgen Upgrades wie diese für eine automatisch angepasste Geschwindigkeitssteigerung und Druckregelung. So wird die Gefahr eines schäumenden Produkts – und damit Einbußen bei Ausstoß und Qualität – aufgrund zu schneller Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit gebannt, und zwar ganz ohne ein Zutun des Bedienpersonals. „Wenn man überlegt, dass gerade bei älteren Linien Maschinenstopps doch mehrmals pro Schicht vorkommen, ist das definitiv eine enorme Arbeitserleichterung für das Personal an der Linie und sorgt gleichzeitig für einen stabileren und höheren Output der Produktion“, so Jonas Sittenauer. 

Zum anderen bietet Krones auch weitere Upgrades, um den gestiegenen CO₂-Verbrauch durch die höheren Abfülldrücke wieder zu senken. Am Mixer gibt es verschiedene Möglichkeiten. Eine ist die angepasste Druckregelung. Hier bleibt der Contiflow bei einem Produktionsstopp am Füller nur so lange in Produktion, bis ein Füllstand im Tank erreicht ist, der eine CO₂-Abgabe notwendig macht. Doch statt dann CO₂ nach außen abzugeben, stoppt auch der Contiflow die Produktion. Fällt der Füllstand im Tank dann wieder, kann die Produktion sehr schnell erneut aufgenommen werden. Die kontinuierliche Versorgung des Füllers mit dem Produkt ist so jederzeit sichergestellt. Eine weitere Möglichkeit mit großem Einsparpotenzial stellt die Verwendung von Stickstoff oder Druckluft anstelle von CO₂ während der Produktion dar. CO₂ wird in diesem Fall nur beim Anfahren der Anlage verwendet. Erfahrungsgemäß stellt der Wechsel des Produktgases keine Qualitätseinbußen dar, empfohlen wird diese Option allerdings in erster Linie bei sauerstoffunempfindlichen Produkten. Auch am Füller gibt es eine ähnliche Möglichkeit. Hier kann beispielsweise nach dem Anfahren der Produktion, sobald das System befüllt ist und stabil läuft, Sterilluft statt CO₂ verwendet, um den Gegendruck zu halten. 

Die ganze Linie im Blick 

Dass Krones auch beim Thema Warmabfüllung einen ganzheitlichen Blick auf die Linie hat, zeigt sich aber nicht nur anhand der Upgrades für den Mixer. Ein weiteres Beispiel kommt in Regionen mit hohen Umgebungstemperaturen und Luftfeuchtigkeitswerten zum Tragen, denn hier kann neben der Temperaturdifferenz am Kühler auch die Temperaturdifferenz am Wärmer verringert werden. Gerade in wärmeren Ländern ist auch das Rohwasser wärmer als die 16 oder gar 12 Grad Celsius, mit denen der Füller gefahren wird. Das heißt, dass das Wasser zunächst gekühlt werden muss, bevor es dann ausgemischt und kalt abgefüllt werden kann – Schritte, auf die, je nach künftiger Temperatureinstellung, verzichtet werden kann. 

Und auch nach dem Abfüllen muss dank Warmabfüllung eine niedrigere Temperaturdifferenz ausgeglichen werden. Die Rede ist vom Wärmer, der das Produkt auf eine Temperatur oberhalb des Taupunkts bringt, um eine Kondensatbildung am Behälter zu verhindern und so die Voraussetzung für optimale Etikettier- und Verpackungsergebnisse birgt. 

„Betrachtet man den gesamten Produktionsverlauf, ist es ein echtes Temperatur-Auf-und-Ab. Indem wir die Abfülltemperatur erhöhen, sinken auch die Temperaturdifferenzen – und wir benötigen insgesamt weniger Energie für die Produktion“, so Jonas Sittenauer und er fasst zusammen. „Wir optimieren nicht nur den Füller, sondern die komplette Linie.“

Wir optimieren nicht nur den Füller, sondern die komplette Linie. Jonas Sittenaueraus dem LCS Sales

Künftig soll ein solches optimiertes und übergreifendes Nachhaltigkeitskonzept für Linien zentral von einem Team im Bereich Line Solutions angeboten und betreut werden – und zwar sowohl für Bestands- und Neuanlagen. Die dortigen Kolleginnen und Kollegen beraten Kunden dabei generell rund um das Thema Nachhaltigkeit in der Produktion, auch über das Thema Warmabfüllen hinaus. 

Ziel erfüllt: monetäre Einsparungen und Nachhaltigkeit 

Doch zurück zu Jeff Smith. Gemeinsam mit Krones hat er verschiedene Optimierungen am Füller sowie den angrenzenden Maschinen durchgeführt – und somit den Auftrag seiner Vorgesetzten klar erfüllt. Denn die Produktion läuft jetzt deutlich energieeffizienter, gleichzeitig konnte er auch die tägliche Arbeit des Teams an der Linie erleichtern. Eine klassische Win-win-Situation für alle Parteien! 

So ist der Ansatz des Krones Teams, Warmabfüllung von CSD bei älteren Füllermodellen zu etablieren, nicht nur ein Treiber für Kosteneinsparung im laufenden Betrieb, sondern beweist auch, dass eine nachhaltige Produktion nicht nur bei Neuinvestitionen möglich ist.