Kaffeekapseln: Das Stickstoff-Sparpaket

Retrofit: Optimierungen über den Lebenszyklus einer Maschine 

Kaffee ist ein empfindliches Produkt. Um die Oxidation des Kaffees in Portionspackungen zu verhindern, wird beim Dosieren bis zum Siegeln der Kapseln Schutzgas eingesetzt, das vorhandenen Sauerstoff verdrängt. Aus Kostengründen – und auch in Hinblick auf eine positive Ökobilanz – gilt es, den Verbrauch so niedrig wie möglich zu halten, bei zugleich optimierter Haltbarkeit und Qualität des Produkts. In einem Pilotprojekt hat Optima Consumer den Stickstoffverbrauch an einem älteren Maschinen-Modell auf ein beeindruckend niedriges Niveau gesenkt.

Ein bekannter europäischer Hersteller von Kaffeeportionspackungen betreibt mehrere OPTIMA CFL Kapselherstellmaschinen. Die Kaffee-Portionspackungen verkaufen sich gut, sodass eine weitere Maschine vom Hauptlieferanten Optima im Gespräch ist. Aktuell wird das Unternehmen alle ein bis zwei Tage mit Stickstoff beliefert, um den Bedarf zu decken.  

Unabhängig von diesem Kunden, so berichten Tobias Freiberger und Holger Frey, startete bei Optima ein Retrofit-Projekt, das die Stickstoff-Beflutung an Kapselmaschinen unter die Lupe nehmen sollte. Ziel war es, die Begasungssysteme in bestehenden Anlagen auf den technisch neuesten Stand zu bringen. 
 
Gas gegeben, Gas gespart 
Im ersten Schritt wurden mögliche Schwachstellen des Systems geprüft. Optima Consumer hat hierfür sogenannte Messplatten in eine bestehende Abfüllanlage installiert. Damit wurde der sich entlang der Begasungsstrecke ändernde Sauerstoffgehalt erfasst und dokumentiert. Erste vorsichtige Schätzungen gingen von einem Einsparpotenzial von zehn bis fünfzehn Prozent Stickstoff pro Anlage aus, das mit Umrüstmaßnahmen erreicht werden könnte. 

Als ein erstes „Feature“ entwickelten die Optima Ingenieure neue Begasungsplatten in veränderter Materialkombination und in Sandwichbauweise. Zum Stickstoff-„Sparpaket“ kamen zudem eine Becherspülung mit optimiertem Strömungsverlauf bei gleichzeitig minimierten Spaltmaßen sowie Ringbegasungen an bestimmten Modulen hinzu. Mit dieser Ergänzung lassen sich die gewünschten Restsauerstoffwerte in den Behältnissen äußerst genau regulieren. Für Versuchszwecke wurden Grenzwerte um 0,1 % Restsauerstoffgehalt (RO), 1 % RO, 2 % RO und 5 % RO verpackt und für spätere Auswertungen und Verkostungen eingelagert. 

Großes Interesse daran zeigte der Technische Leiter des Kaffee-Kapselherstellers. Welches Einsparpotenzial an Stickstoff ließe sich erzielen? Die Umbaumaßnahmen im ersten Pilotprojekt bei diesem Kunden verliefen reibungslos und die Auswirkungen auf die Produktion werden vom Technischen Leiter als „vernachlässigbar“ beschrieben. Dabei erwies sich die modulare Bauweise des CFL-Anlagentyps einmal mehr als vorteilhaft. Beim Anlagenbetreiber gilt eine Richtlinie, die einen Return on Investment (ROI) nach spätestens drei Jahren vorsieht. Spannend war daher die Frage, ob ein Retrofit dieses Kriterium erfüllen könnte? Bei der Berechnung des ROI sollte die Einsparung an Stickstoff den Investitionskosten für die Nachrüstung gegenübergestellt werden.
Kooperative und unkomplizierte Zusammenarbeit
Kooperative und unkomplizierte Zusammenarbeit
Montage: schnell und unkompliziert
Die Montage: schnell und unkompliziert
Weniger ist mehr 
An der mehrspurigen Pilotlinie des Kunden hat Optima den erwarteten Wert zwischen zehn bis fünfzehn Prozent an Einsparungen deutlich übertroffen – selbstverständlich bei identischen Restsauerstoff-Werten im Vorher-/Nachher-Vergleich. Zwei positive Nebeneffekte der Nachrüstung: Es werden extrem gleichmäßige Restsauerstoffwerte über alle Anlagenspuren hinweg erreicht. Zudem ist nun der gesamte Verarbeitungsprozess optisch sehr gut einsehbar. Aufgrund der Ergebnisse des Pilotprojekts sollen die Optimierungen auch an den anderen Optima Anlagen beim Kunden noch in diesem Jahr durchgeführt werden. 
Kunden-Feedback 
Das Fazit des Technischen Leiters im Kundenunternehmen:  „Unsere Erwartungen an die Stickstoffreduktion wurden voll erfüllt, das Konzept des neuen Begasungssystems hat uns überzeugt. Zusammen mit Optima werden wir noch einzelne Verbesserungen vornehmen. Insgesamt sind hier der modulare Aufbau und die hohe Fertigungsqualität der Anlagen sehr hilfreich. Zudem schätzen wir die kooperative und unkomplizierte Zusammenarbeit mit Optima sehr. Im täglichen Betrieb sind für uns vor allem die intuitive Bedienbarkeit und die Software für Auswertungen wichtig. Beispielsweise kennen wir den Ausschuss von jeder Spur und von jedem Modul. Positiv erwähnen möchte ich außerdem die hohe Qualifikation der Monteure von Optima. Auf schnelle und flexible Service-Einsätze legen wir großen Wert.“ 
Simulationen
Mit Simulationen wurden Parameter und die Spülnadelposition optimiert. Die ermittelten Vorher-/Nachher-Istwerte bestätigen die Einsparungen.

Dieser Bericht ist im Optima Magazin O-COM Sonderausgabe Optima Total Care erschienen

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