Bottles & Shapes™ bietet “Mehrwert auf der ganzen Linie”
Praxisbeispiel: Entwicklung einer neuen Lipton Eistee PET-Heißabfüllflasche für Pepsi Bottling Group
Matthias Gernhuber* Bottles & Shapes™ – so lautet das weltweit einmalige KHS Corpoplast Service- und Beratungsangebot für Design und Entwicklung von Kunststoffflaschen. Zugute kommt KHS Corpoplast hier eine über 35jährige Erfahrung in der Streckblas- und PET-Verfahrenstechnik und damit verbunden ein besonders umfassendes Know-how. Im Rahmen von Bottles & Shapes™ begleitet KHS Corpoplast Unternehmen der Getränke- und Foodbranche von der ersten Idee zu einem Kunststoffbehälter bis zu dessen industrieller Herstellung kontinuierlich über die gesamte Zeit- und Entwicklungsschiene hinweg. Jederzeit erfolgt hier die äußerst enge Zusammenarbeit mit Marketing- und Technik-Abteilungen des zu beratenden Unternehmens. Gleichzeitig geschieht bei jedem einzelnen Schritt der Behälterentwicklung eine exakte Betrachtung von ökonomischen, ökologischen und funktionellen Aspekten der Verpackung. Schließlich geht es im Rahmen des Bottles & Shapes™-Programms immer um die Konstruktion eines Behälters, der den Anforderungen des Marketings in vollem Umfang entspricht und der gleichzeitig für beste Qualität steht sowie für minimale Kosten und die Nachhaltigkeit im gesamten Produktionsprozess sorgt. Und es geht immer um Premium-Kunststoffverpackungen. Premium-Kunststoffverpackungen, deren optimale Produktion schließlich dadurch gesichert ist, dass InnoPET Blomax-Streckblassysteme von KHS Corpoplast nicht nur Maßstäbe im Bereich der Kosteneffizienz, sondern auch in Hinblick auf die Präzision der herzustellenden Kunststoff-Flaschen durch eine herausragende Prozessgenauigkeit setzen. Um zu verdeutlichen, wie der Mehrwert des Bottles & Shapes™-Programms im konkreten Fall aussehen kann, erfolgt die Betrachtung einzelner Bottles & Shapes™-Schritte am Praxisbeispiel der Pepsi Bottling Group. Die Aufgabenstellung lautete hier: Entwicklung einer neuen Premium-PET-Flasche für Lipton Eistee in der 0,6-l-, 1,0-l- und 1,5-l-Variante – gemäß vorgegebener Markentypik sowie bei höchster Funktionalität und minimierten Gesamtkosten.*Produktmanager Bottles&Shapes™, KHS Corpoplast
GmbH & Co. KG, Hamburg, Tel.: 0 40/6 79 07-4 42 Erste Frage: Welches Produkt mit welcher Abfüll-Technologie? Generell ist die erste Frage bei der Inanspruchnahme des Bottles & Shapes™-Programms immer: Welche Produkte sollen in die entstehende Kunststoff-
Flasche abgefüllt werden und welche Abfüll-Technologie kommt hierbei zum
Einsatz. Zudem geht es in einem ersten Schritt stets um die Klärung weiterer Anforderungen, die an die zu entstehende Flasche gestellt werden. Beispielsweise um Belastungen, denen die Kunststoff-Flasche während des Transports innerhalb der Linie bis hin zum Palettierprozess sowie während des Transports in den Handel und am Point of Sales ausgesetzt ist. Die Herausforderung: Heißabfüllung in PET-Flaschen ohne Vakuum-Einzugsflächen Im Pepsi-Fall lautete die Herausforderung, dass die Heißabfüllung von Lipton Eistee in eine von der Optik her exakt vorgegebene PET-Flasche zu realisieren war. Was zunächst einmal gar nicht möglich erschien, mussten die für eine Heißabfüllung geeignete PET-Flaschen bislang doch so genannte Vakuum-Einzugsflächen aufweisen, die gewisse Konturen in der Flaschenform bedingten. Grund: Wenn heißes Füllgut in die PET-Flasche gelangt und abkühlt, entsteht immer ein Vakuum in der PET-Flasche. Dieses Vakuum hat üblicherweise ein Zusammenziehen und damit verbunden ein Schrumpfen der PET-Flasche zur Folge. Vakuum-Einzugsflächen verhindern den Schrumpfprozess und gewährleisteten die Formstabilität der PET-Flasche. Gleichzeitig bremsen Vakuum-Einzugsflächen jedoch die Kreativität bei der Flaschengestaltung. Die Lösung: Stickstoffbeaufschlagung frisch befüllter PET-Flaschen Speziell für Pepsi wurde bei KHS Corpoplast nun nach einer Möglichkeit gesucht, welche die vorgegebene PET-Flaschenform bei der Heißbefüllung ermöglicht. Die geniale Lösung: Hotfill+, eine innovative Methode, bei der kein Vakuum in der PET-Flasche entsteht und Vakuum-Einzugsflächen überflüssig werden. Durch diese Anwendung stand einer Entwicklung der Lipton-Eistee-Flasche ganz gemäß Pepsi-Wunschvorstellungen nun nichts mehr im Wege. Die gesamte Getränkebranche profitiert Mit der Entwicklung dieses Verfahrens machte KHS Corpoplast ganz im Pepsi-Sinn einmal mehr nahezu Unmögliches möglich. Wie bei neuen Forschungsergebnissen stets der Fall, profitiert davon die gesamte Getränkebranche in hohem Maße. So besteht nun auch für Heißfüllflaschen höchste Gestaltungsfreiheit. Ebenso profitiert die gesamte Getränkebranche von einer weiteren Neuentwicklung, die mit der Lipton-Eistee-Flasche erstmals bei Pepsi zum Tragen kommt. Die Pepsi-Vorgabe lautete: Premium-PET-Flaschenqualität bei gleichzeitiger Gesamtkostenreduzierung und höchstmöglicher Ausbringungsleistung der Streckblasmaschine. Entscheidende Kostenreduzierungen lassen sich bei der PET-Flaschenherstellung vor allem durch eine Reduzierung von Materialkosten erreichen. So strebte KHS Corpoplast denn auch eine deutliche Gewichtsreduzierung bei der 0,6-, 1,0- und 1,5-l-Lipton-Eisteeflasche an. Eine Verringerung von Materialkosten, die schließlich noch wesentlich vorteilhafter ausfiel als zunächst angenommen. Grund: Labortests ergaben, dass nicht nur Vakuum-Einzugsflächen überflüssig werden, sondern sich zudem der Herstellprozess der Lipton Eistee-PET-Flaschen nochmals optimieren lässt. Entwicklung des optimierten Herstellprozesses für Energie- und Drucklufteinsparung,… Die nochmalige Optimierung betrifft den Blasprozess. Bislang für PET-Heißfüll-Flaschen üblich: eine während des Blasprozesses im Werkstoff PET thermisch induzierte Kristallisation (führt zur thermischen Resistenz des Werkstoffes PET) sowie eine Relaxation (führt zur Reduktion von Spannungen im Werkstoff PET). Um den Werkstoff PET thermisch zu kristallisieren, ist üblicherweise ein Aufheizen von Blasformen auf Temperaturen nötig, die zwischen 130 bis 165 Grad Celsius liegen. Fülltests mit für Lipton Eistee hergestellten PET-Flaschen verdeutlichten, dass es bei einer für dieses Produkt vorgesehenen Fülltemperatur durchaus genügt, während des Streckblasvorgangs auf den Relaxationseffekt im PET-Material zu setzen und auf die Einbringung thermisch induzierter Kristallinität zu verzichten. Was bedeutet, dass während des Streckblasprozesses ein Aufheizen von Blasformen auf lediglich 115 Grad ausreicht und somit eine deutliche Energieeinsparung erreicht wird. In diesem Zusammenhang zudem äußerst vorteilhaft: Bei ausschließlicher Anwendung des Relaxationsverfahrens kann auf die Innenspülung mit kalter Luft im Anschluss an den Streckblasprozess verzichtet werden, da die PET-Flaschen durch die verringerte Temperatureinwirkung während des Blasprozesses bereits formstabil sind. Allein durch diesen Verzicht werden bis zu 60 Prozent der bei herkömmlicher PET-Heißabfüll-Flaschenproduktion benötigten Druckluft direkt eingespart. …für eine Vereinfachung des Blasvorgangs und den erhöhten Flaschenausstoß,… Die Vereinfachung des Streckblasprozesses bei PET-Heißfüll-Flaschen für Lipton Eistee trägt gegenüber dem klassischen Streckblasprozess zudem den Vorteil der Leistungssteigerung in sich. War bislang eine stündliche Produktion von 1.200 bis 1.400 Heißfüll-PET-Flaschen pro Blasstation machbar, lassen sich bei Anwendung des neu entwickelten Produktionsverfahrens nun stündlich bis zu 1.800 Heißfüll-PET-Flaschen pro Blasstation herstellen. Was gegenüber dem klassischen Streckblasprozess für PET-Heißfüll-Flaschen eine Produktionssteigerung von bis zu 50 Prozent bedeutet. …für die Realisierung einer signifikanten Materialkosteneinsparung Der vereinfachte Streckblasprozess kombiniert mit dem Verzicht auf Vakuum-Einzugsflächen in den PET-Flaschen ergibt eine Gewichtsreduzierung zwischen 7% und 25%, abhängig von der Flaschengröße. Das Pilotprojekt „Flaschenherstellung und -abfüllung von Lipton Eistee in die neu entwickelten PET-Flaschen“ startete bei der Pepsi Bottling Group in Russland. Dort übernimmt eine Streckblasmaschine InnoPET Blomax 24 CHR mit 24 Blasstationen die Produktion der neuen Heißfüll-Flaschen. Betrachtet man beispielhaft die Herstellung von 0,6-l-PET-Flaschen für Lipton Eistee, so produziert die Streckblasmaschine stündlich 43.200 0,6-l-PET-Flaschen - mit dem Resultat von jährlichen Einsparungen an PET Materialkosten in Höhe von etlichen Tausend Euro. Das Bottles & Shapes™-Programm – stets identisch und dabei gleichzeitig höchst individuell Genannte Daten und neu entwickelte Herstellungs-Technologien sind die Ergebnisse eines Bottles & Shapes™-Konzepts, das bis ins letzte Detail ausgeklügelt ist. Stets erfolgt im Rahmen des Bottles & Shapes™-Programms eine identische Vorgehensweise, die so gewählt ist, dass sie gleichzeitig maximale Individualität zulässt. Im Anschluss an den bereits beschriebenen Schritt der Klärung von Verpackung, Füllgut und zu erwartenden Belastungsfällen entwickelt KHS Corpoplast auf Wunsch in enger Absprache mit dem jeweiligen Unternehmen Designvorschläge für jede Art an Kunststoffflaschen. Orientiert an Marktgegebenheiten und geprüft auf technische Machbarkeit. Computersimulation von PET-Flaschen mittels Finite Elemente-Analyse Dabei erfolgt die Entwicklung der Behälterkonturen mittels Computersimulation. Mit der Finite Elemente-Analyse werden sämtliche bekannten Einflüsse wie Lastfälle, Vakuum-Belastung bei Überdruck usw. auf die virtuelle Verpackung hin simuliert. Daten am System sind jederzeit variierbar. Das spart Zeit und lässt zügige Neueinstellungen zu. Im Pepsi-Fall war die Computersimulation ein bedeutender Bestandteil der Flaschenentwicklung. Wobei es hier vor allem darum ging, für die vorgegebenen PET-Flaschenvarianten die Vakuum-Belastung sowie deren Neutralisation zu simulieren. Durch „Rapid Prototyping“ Zeit und Geld gespart Entsprechen die Eigenschaften des per Computersimulation ermittelten PET-Behälters den Spezifikationsvorgaben des Kunden, können von KHS Corpoplast innerhalb kürzester Zeit Prototypen der neuen Verpackung angefertigt werden. Ob Gipsmodell oder Kunststoffmodell – beides ist machbar und in wenigen Stunden verfügbar. Gegenüber der reinen 3-D-Darstellung am Bildschirm bieten Modellkonstruktionen Kunden die Möglichkeit, „ihren“ PET-Behälter bereits vor dessen Erstellung real vor sich zu sehen. Konturen lassen sich auf diese Art und Weise fühlen, die optische Gestaltung ist noch differenzierter wahrnehmbar als dies bei einer reinen Computersimulation der Fall ist. Gleichzeitig entsteht durch die schnelle Herstellung von Prototypen kein Zeitverlust, der sich negativ auf eine Markteinführung auswirken könnte. Labortests – die Prüfung „auf Herz und Nieren“ Nächster Schritt bei Bottles & Shapes™: Die Herstellung von PET-Flaschen an einer Labormaschine. Diese Labormaschine arbeitet exakt so, wie die Streckblasmaschine im späteren Praxiseinsatz. Leistung, Blasdrücke, das Temperaturprofil zum Aufheizen der PET-Preforms und der Blasformen – alles das lässt sich an der Labormaschine ebenso demonstrieren wie bei jeder KHS Corpoplast-Streckblasmaschine. Sämtliche prozessrelevanten Einstellungen sind demzufolge realisierbar. Die für die Labormaschine verwendeten Blasformen fertigt – wie bei der später im Praxisbetrieb arbeitenden Streckblasmaschine – KHS Moldtec. So bleibt – und das ist ein weiterer Kundenvorteil – alles in einer Hand. Und: KHS Moldtec verfügt über einen kaum zu toppenden Erfahrungsschatz. Pro Jahr werden hier mehr als 4.000 unterschiedliche Blasformen hergestellt. Neben dem Streckblasprozess wird im KHS Corpoplast-Labor auch der daran anschließende Füllprozess ganz gemäß Praxisvorgaben simuliert. Bei den Lipton Eistee-Flaschen ging es in den Labortests vor allem um die Prüfung, ob der Prozess der Relaxation bei der Fertigung der PET-Flaschen für vorgegebene Heißfüll-Bedingungen genügt. Gleichzeitig wurde untersucht, wie das Flaschendesign modifiziert werden muss, um das Auftreten von Vakuum zu neutralisieren. Musterbehältnisse für den ersten Praxislauf Immer erst dann, wenn Labor-Testergebnisse alle vorgegebenen Spezifikationen bestätigen, gibt das zertifizierte KHS Corpoplast-Labor Kunststoff-Behälter zur Produktion frei. Üblicherweise folgen daraufhin Praxistests. KHS Corpoplast stellt die hierfür notwendigen Kunststoff-Musterbehälter zur Verfügung – für Markt-, Füll-, Etikettier-, Pack- und Palettiertests. Auch Pepsi orderte Musterflaschen und unterzog diese einer „Prüfung auf Herz und Nieren“. Das Ergebnis: Die Produktion lief exakt so, wie von KHS Corpoplast prognostiziert. Generell betont KHS Corpoplast bei sämtlichen Testergebnissen, dass zahlreiche Features wie beispielsweise Ultra-Light Weighting allerhöchste Prozesswiederholgenauigkeit benötigen. InnoPET Blomax-Streckblassysteme von KHS Corpoplast verfügen neben hervorragender Effizienz und Verfügbarkeit über eine führende Prozessgenauigkeit, die u. a. durch präzise Dornführung der Preforms, kleinsten Pitch und somit beste Wärmedurchdringung der Preforms, durch Bestwerte in der Wiederholgenauigkeit des Streckblasvorgangs sowie der Materialverteilung und sehr schnell schaltende Blasventile mit niedrigstem Totraumvolumen unterstrichen wird. Endergebnis: Top Qualität Insgesamt gesehen bietet das Bottles & Shapes™-Programm den zu beratenden Unternehmen eine durchdachte, effiziente Know-how-Kette. Von der ersten Design- und Marketingidee für eine neue Verpackung über eine CAD-unterstützte Auslegung und Entwicklung von Behälterdesign, über Preformauslegung und Blasformen bis hin zur industriellen PET-Flaschenherstellung ist hier alles beinhaltet. Damit werden für Unternehmen Mehrwerte geschaffen, die sich im wahrsten Sinne des Wortes sehen lassen können und die sich in vielfacher Hinsicht auszahlen. Letztlich treffen sich alle Argumente, die für Bottles & Shapes™ sprechen, allerdings immer in einer Aussage: Hier geht es um ein Optimum an Qualität – eben um Premium Kunststoffflaschen.
