Dynamischer, hygienischer, effizienter

Sobald es um sichere und verlustarme Getränkeabfüllung geht, kommt für Dominik Weirich Physik ins Spiel. Denn wo durch Rotationsgeschwindigkeit und Richtungsänderung, insbesondere am Übergang vom Transferstern zum Verschließer, hohe Zentrifugalkräfte auf den Inhalt der Behälter wirken, kann es passieren, dass die Flüssigkeit aus der Flasche schwappt. Zwar mögen jeweils nur wenige Tropfen austreten, angesichts von bis zu 90.000 Füllvorgängen pro Stunde summiert sich der damit verbundene Produktverlust jedoch schnell. „Man kann sich leicht vorstellen, dass ein Überschwappen zuckerhaltiger Getränke einerseits die Behälter an Hals und Verschluss verunreinigt“, sagt Weirich. Es kann sich sogar Schimmel bilden. Andererseits wird auch die Maschine kontaminiert. Das wiederum erhöht den Reinigungsbedarf und kostet wertvolle Produktionszeit. 

Analyse per Simulation

Um dem entgegenzuwirken, führt Weirich seit 2013 CFD-Berechnungen durch. „Angesichts immer höherer Abfüllleistungen nähert sich die Technik einem physikalischen Grenzbereich, sodass wir das Schwappen der Flüssigkeit bei Auslegung der Maschine mitberücksichtigen müssen“, sagt der KHS-Entwicklungsingenieur am Standort Bad Kreuznach. Grundlage sind Erkenntnisse aus den von ihm durchgeführten Simulationen. „Wir schauen erstens auf die geometrischen Parameter der Getränkebehälter selbst: Hier untersuchen wir den Effekt der Flaschenform, der Füllhöhe und des Mündungsdurchmessers.“ Insbesondere im Zusammenhang mit neuen Linienprojekten geschieht dies in enger Abstimmung mit den Bottles & Shapes-Experten von KHS, wenn beispielsweise Änderungen an der Geometrie erfolgen oder das Flaschengewicht reduziert wird. „Zweitens haben wir die physikalischen Parameter der Maschinen“, so Weirich. Diese sind abhängig von der Leistung, der Maschinenteilung und dem Durchmesser der Sterne. Anpassungen lassen sich hier vergleichsweise einfach vornehmen. 

Basis jeder Konstruktion 

Wenn es dagegen an den Behälter geht, benötigen die KHS-Entwicklungsingenieure meist einen iterativen und umfassenderen Prozess. Pauschal lässt sich sagen, dass je größer der Produktspiegel ist, und je näher an der Mündung, desto wahrscheinlicher kommt es zum Überschwappen. Das Zusammenspiel der unterschiedlichen Faktoren erfordert Berechnungen, die sowohl in den Konstruktions- als auch in den Angebotsbereich einfließen. Rund 850 dieser Simulationen habe Weirich bereits durchgeführt – „Tendenz steigend“.

Hygienische Dosenabfüllung

Doch nicht nur die Dynamik der Abfüllung nimmt stetig zu. Auch spielt die Flexibilität der Anlagen eine immer größere Rolle. Jüngstes Beispiel ist der SmartCan Eco von KHS, eine Weiterentwicklung des erstmals 2022 vorgestellten Füller-Verschließer-Blocks. Dieser gilt als ein Alleskönner für die sauerstoffarme Abfüllung von Bier sowie von stillen und kohlensäurehaltigen Getränken. Die Temperaturen reichen von vier bis 20 Grad Celsius für Bier, alkoholfreies Bier und Biermischgetränke über maximal 24 Grad Celsius für Softdrinks bis hin zu 95 Grad für die Heißabfüllung zum Beispiel von Saft, Tee- oder Kaffeegetränken. Augenfällig ist vor allem die Verkleinerung des Hygienebereichs gegenüber klassischen Einhausungen um bis zu 93 Prozent. Neu sind die eng anliegende Verkleidung und die vergleichsweise kleinen Oberflächen. Zwischen statischen und dynamischen Elementen kommen zudem anstelle von Gummidichtungen Flüssigkeitssperren zum Einsatz. Das verhindert Abrieb und Verunreinigung durch Partikel. Mittels Luftfiltergebläsen wird Sterilluft mit einem leichten Überdruck von fünf Pascal in den Hygienebereich eingebracht. In Kombination mit Absaugvorrichtungen unterhalb der Maschine entsteht ein gerichteter Luftstrom mit einer Austauschrate von rund 100 pro Stunde.

Effizientere Reinigung

Der erheblich verkleinerte Hygienebereich wirkt sich positiv auf die Effizienz der Reinigung des Füller-Verschließer-Blocks aus. Kombiniert mit der zuverlässigen und vollständigen Abdichtung sämtlicher Fenster und Fugen ermöglicht er erstmals die gleichzeitige innere und äußere Reinigung: „Bisher haben wir eine Laugenreinigung nur in den produktführenden Teilen durchgeführt“, erläutert Manfred Härtel, Product Manager Filling bei KHS in Bad Kreuznach. 

„Jetzt können wir Füllerkarussell, Transporteure und Transfersterne mit demselben Medium säubern. Statt – wie bei der Außenreinigung bisher üblich – in den Gulli und letztlich in die Kläranlage zu fließen, wird die gebrauchte Reinigungslösung komplett in der Einhausung aufgefangen, zur CIP-Anlage zurückgepumpt und von dort wiederverwendet.“ Gegenüber der bisher getrennt voneinander ablaufenden inneren CIP- und äußeren Schaumreinigung spart das vor allem Zeit, Wasser und Chemikalien. Auch für die Zwischenreinigung werden Lauge beziehungsweise Säure wiederverwendbar genutzt. Damit ist eine eigene Schaumstation überflüssig.

Füllventile

Ein weiterer Vorteil des verkleinerten Hygienebereichs: Anstelle von bisher acht bis zehn Luftfiltergebläsen benötigt er für den permanenten Luftaustausch nur noch ein bis zwei. Das bedeutet geringeren Stromverbrauch, einen weniger häufigen Filteraustausch und niedrigeren Wartungsaufwand. Und bei aller Miniaturisierung des Hygienebereichs wurde zudem darauf geachtet, eine gute Zugänglichkeit für Formatwechsel und Wartung zu bewahren. Das gilt besonders für alle Füllventile: Als kompakte Baueinheiten sind sie jeweils uneingeschränkt zugänglich. „Unsere Füllventile werden von unseren Kunden für ihre hygienischen Eigenschaften, die kompakte Bauweise sowie die einfache Handhabung und Wartung besonders geschätzt“, sagt Härtel. „Die Ventile unseres rechnergesteuerten Füllsystems sind mit magnetisch-induktiven Durchflussmessern ausgestattet. Das stellt eine gleichmäßige Füllmenge und exakt gleich große Kopfräume in den Dosen sicher.“

Mehr Produktionszeit

Während der Füller für eine Leistung von bis zu 135.000 Dosen pro Stunde ausgelegt ist, stellt der Verschließer FS14 aktuell mit einer Kapazität von bis zu 108.000 Dosen pro Stunde noch einen limitierenden Faktor dar. Dieselbe Leistung wie der Füller erzielt der nächstgrößere Verschließer FS18, der künftig ebenfalls für den Einsatz im SmartCan Eco zur Verfügung steht. Dieser kann wahlweise im Block verbaut werden. „Dann ist, je nach Verschließer, unser Füller-Verschließer-Block für den Leistungsbereich zwischen 60.000 und 135.000 Dosen pro Stunde einsetzbar“, so Härtel. Im bisher verblockten Ferrum-Verschließer FS14 sowie beim nächstgrößeren Modell, dem FS18, erfolgt die Formatumstellung weitgehend automatisiert und rezeptgesteuert. Neben verbesserter Hygiene bewirkt das vor allem eine Zeitersparnis von rund 50 Prozent. Zudem wurde das Gewicht der Wechselteile deutlich reduziert: Kein Teil wiegt heute mehr als zwölf Kilogramm, sodass auch das Handling leichter fällt. Unterm Strich fasst Härtel zusammen, sei es in erster Linie die noch bessere Hygiene, die die Effizienz steigere: „Je hygienischer die Abfüllung ist, desto länger kann man produzieren. Früher lief die Anlage acht Stunden am Stück, jetzt um ein Vielfaches länger. Mehr Produktions- und weniger Reinigungszeit jedenfalls sorgen dafür, dass man, einfach ausgedrückt, am Ende der Woche mehr Dosen auf der Palette hat.“

Flaschenreinigungsmaschine

Für die hygienische Reinigung von Mehrwegflaschen aus Glas und PET bietet KHS die Flaschenreinigungsmaschine Innoclean Cascade-D. Die ersten Exemplare aus der neuen Generation werden voraussichtlich ab Mitte 2026 im Markt verfügbar sein. Orientiert hat man sich dabei an den drängendsten Bedürfnissen der Getränkeindustrie. „Dazu zählt an erster Stelle der TCO, die Betrachtung der Gesamtbetriebskosten“, erklärt Knut Soltau, Product Manager Bottle Washers & Pasteurizers bei KHS. „Hier punktet die Innoclean Cascade-D vor allem mit deutlich geringerem Energie-, Medien- und Wasserverbrauch.“ Das zweite zentrale Kriterium ist angesichts des großen Volumens der Anlagen ihr räumlicher Fußabdruck: „Indem wir die neue Maschine 50 Zentimeter höher machen als ihre Vorgänger, können wir den Platzbedarf um rund 10 Prozent verringern“, sagt Soltau. „Daraus folgt, dass die gleiche Laugentauchzeit bei reduzierter Grundfläche realisiert werden kann.“

Wärmetauscher zur Beheizung

Der dritte Aspekt schließlich dreht sich um Overall Equipment Effectiveness (OEE): In puncto Verfügbarkeit, Leistung und Qualität überzeugt die Innoclean Cascade-D mit hoher Prozesssicherheit sowie optimaler Zugänglichkeit, die sowohl Wartung als auch Instandhaltung erheblich vereinfacht. „Ein Beispiel sind die Wärmetauscher zur Beheizung, die bisher oben in der Maschine über eine Länge von mehreren Metern im Laugenbad untergebracht waren“, sagt Soltau. „Diese Funktion haben wir aus dem Maschinenkörper herausgelöst und perfekt zugänglich auf kleiner Fläche daneben positioniert – mit einem stehenden Wärmetauscher, der sich deutlich einfacher warten und reinigen lässt.“ Ein anderes Beispiel ist die aufgeräumte Seitenwand der Maschine mit klar strukturiertem Rohrleitungsverlauf und optimal platzierten sowie leicht zugänglichen Bauteilen.

ECO Carrier 2.0

Neu sind zum Beispiel die Flaschenkörbe ECO Carrier 2.0, die dank größerer Ausstanzungen an den Seiten ein geringeres Gesamtgewicht aufweisen als bisher. Das reduziert sowohl die Wärme- als auch die Flüssigkeitsverschleppung. Beides zusammen bringt eine hohe Wasserersparnis. Zudem sorgt eine optimierte Geometrie des Flaschenkorbträgers für eine gezieltere Strömung durch die Zellen und damit für einen verbesserten Etikettenaustrag.
 

Verbessertes Spritzsystem

Deutlich kompakter und wartungsfreundlicher als bisher ist das weiterentwickelte Spritzsystem. Soltau schildert dessen Aufgabe und Funktion: „Eingesetzt werden die Spritzungen sowohl in der Vorreinigung und Vorwärmung am Anfang der Maschine als auch, noch wichtiger, an deren Ende: Hier dienen sie der Klarspülung des Flascheninneren sowie der Rückkühlung des Flaschenkörpers.“ Was sind die konkreten Verbesserungen? „Anstelle von zwei Spritzrohren benötigt jedes Modul jetzt nur noch eins“, erklärt Soltau. „Und mit Blick auf die Wartung profitieren unsere Kunden davon, dass das neue System weniger Teile umfasst und sich ganz einfach seitlich aus der Maschine ziehen lässt.“

Neues Kettenrad

„Auch wenn Kettenräder nicht sehr häufig gewartet werden müssen, war das früher ein aufwendiger Prozess“, betont Soltau. „Zum Austausch der über 80 Kilogramm schweren Kettenräder mussten zuvor die gesamten Antriebe abgebaut und die Wellen in bis zu fünf Meter Arbeitshöhe mit einem Kran aus der Maschine gehoben werden.“ Bei der Innoclean Cascade-D erfolgt der Austausch des Verschleißbereichs durch den Wechsel von Teilsegmenten der Kettenräder, die mit nur noch 13 Kilogramm rund 84 Prozent weniger Gewicht auf die Waage bringen.