Jürgen Gröninger studierte Feinwerktechnik an der FH in Wilhelmshaven. 1992 begann er seine Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fachhochschule Münster. Sein Dienstort ist Steinfurt. Neben studentischen Aufgaben kümmert er sich seit vielen Jahren leitend und verantwortlich für die Durchführung von diversen praxisnahen Forschungsprojekten mit verschiedenen Kooperationspartnern im Bereich der Laseranwendungstechnik. Darüber hinaus nimmt er Aufgaben im Bereich der Selbstverwaltung als Senatsmitglied innerhalb der FH Münster wahr. Gemeinsam mit Herrn Siegfried Hartmann referiert er am 13. April 2018 auf den 5. PE- und PP-Folientagen über Multilayer-Folien zur verbesserten elektrischen Ableitfähigkeit.
Was hat Sie bewogen, der Einladung von Innoform zu folgen?
Die Innoform-Veranstaltung bietet ein ausgezeichnetes Auditorium, um neue innovative Verfahren zu präsentieren. Zudem freue ich mich auf den Austausch mit ausgewiesenen Fachleuten.
Multilayer ist der Themenschwerpunkt, den das SKZ und Innoform gelegt haben. Was wird Ihre Kernaussage dazu im Rahmen der Tagung sein?
Unsere Kernaussage wird die Vorstellung eines neuartigen Verfahrens sein, um Multilayer ableitfähig zu machen. Die damit verbundenen Vorteile sollen dabei in den Blick genommen werden.
Sie referieren über “Multilayer-Folien zur verbesserten elektrischen Ableitfähigkeit”. Warum braucht man im Verpackungsbereich überhaupt eine elektrische Leitfähigkeit und welche Trends zeichnen sich ab?
Die elektrische Leitfähigkeit von Multilayer-Folien ist absolut notwendig, um Sicherheitsstandards nach DIN für Schüttgutbehälter zu erfüllen. Mit dem neuartigen Verfahren kann ein Beitrag zur wesentlich verbesserten Ableitfähigkeit von Multilayer-Folien erreicht werden.
Wo sehen Sie für Folienhersteller und -Verwender besonderes Innovationspotenzial?
Mit dem Laserverfahren ist es möglich, neuartige Multilayer-Folien ableitfähig zu machen, die wesentlich höher beansprucht werden können und über wesentlich bessere physikalische Eigenschaften verfügen.
Wie lassen sich Multilayer und Kreislaufwirtschaft für Ihren Einflussbereich miteinander vereinbaren?
Innoform bietet technisch orientierte Tagungen an. Besucher sind in der Regel Fachleute aus der Branche, Hersteller und Verwerter. Was erwarten Sie persönlich von der Zuhörerschaft?
Im Rahmen von Gesprächen mit Fachleuten hoffe ich auf neue Impulse und möglicherweise erweiterte Ansätze für das neue Laserverfahren. Zudem hoffe ich auf eine vielseitige Bewertung und Einschätzung des Verfahrens.
Konferenzen zum Thema „Kunststoffe in der Verpackung“ erfreuen sich größerer Beliebtheit. Woher kommt Ihrer Meinung nach dieses große Interesse an Wissen und auch Kontakten trotz häufig negativer Berichterstattung in den öffentlichen Medien?
Die gute Resonanz der Teilnahme an der Veranstaltung Multilayer zeigt, dass es einerseits ein großes Interesse an neuen Entwicklungen im Verpackungsbereich gibt. Und andererseits besteht ein weiteres Interesse daran, über einen individuellen Austausch mit Fachleuten an nützliche Informationen zu kommen. Nicht zu unterschätzen sind die Kontakte, die für Neuentwicklungen und Bewertungen genutzt werden können.
Welchen Einfluss haben Ihrer Meinung nach der gesellschaftliche Druck sowie rechtliche Vorgaben und Kundenanforderungen auf die Innovation in der Herstellung von Multilayer-Folien?
Laut meiner Einschätzung führt das neue Verfahren zu verbesserten Produkten. Wünschenswert wäre deshalb eine unmittelbare Akzeptanz des Verfahrens sowohl bei Anwendern als auch bei Institutionen, die sich mit unabhängigen Verfahrensbewertungen beschäftigen.
Wie schätzen Sie auf einer Skala von 1 (sehr gut) bis 5 (schlecht) die Zukunftschancen für Mehrschichtfolien im Vergleich zu anderen Folienarten ein und warum?
Meine persönliche Bewertung ist sehr gut, weil ich mich im Rahmen unserer Forschungsarbeiten mit alternativen Herstellungsverfahren auseinandergesetzt und von daher erkannt habe, dass viele Vorteile mit dem neuen Fertigungsprozess verbunden sind.
Unsere Teilnehmer möchten die Referenten auch gern persönlich besser kennenlernen. Deshalb eine persönliche Frage: Wofür begeistern Sie sich neben Ihren beruflichen Aufgaben besonders?
Neben meinen beruflichen Aufgaben leiste ich in unterschiedlichen Bereichen ehrenamtliche Arbeit und hoffe, dass ich die Welt in meinem Umfeld ein wenig besser machen kann.
Die Erfolgsgeschichte des Standbodenbeutels, heute aus keinem Verkaufsregal mehr wegzudenken, begann mit seiner Patentierung durch die Brüder Doyen vor 54 Jahren. Bis zur Mitte der 80er Jahre war der Standbodenbeutel eher eine Randerscheinung und stach nicht gerade durch Anmutung und Konvenienz hervor.
Seine Verbreitung war auf Oliven und ein Kindergetränk beschränkt. Diese Beutel waren und sind stets vorgefertigt. Zum Füllen und Verschließen gab es vorwiegend Maschinen von Thimonnier oder Indag, dem technischen Unternehmen von Wild und Lizenznehmer von Doy-Pack. Dort war ein System entwickelt worden, welches noch heute die Markenrechte dieses Beutels CAPRI SONNE inne hat und verteidigt. Das Material ist nach wie vor auf der Basis PET/AL/PE aufgebaut und im Laufe der Zeit technisch und wirtschaftlich optimiert worden.
Mit der Einführung der Verpackungsordung ab 1989 übernehmen Verpackungshersteller zunehmend die Verantwortung, die Entsorgung ihrer Produkte und der Standbeutel entwickelt sich zu einem starken Konkurrenten anderer, vorwiegend stabiler Behälter: Es werden immer häufiger Verpackungen mit einem geringeren Gewicht und einem gegen null gehenden Leervolumen entwickelt, kontinuierlich steigen die Mengen der Beutel an.
Dennoch beliefen sich die Mengen 1998 gerade mal auf 4,1 Milliarden Beutel, von denen 87 % auf Capri Sonne entfallen, während die Menge der Beutel mit Wiederverschluss vor 18 Jahren noch unbedeutend war.
Mengenverteilung Capri-Sonne und andere Beutel Quelle: Allied Development
Wenige Maschinen waren für die Herstellung und das Befüllen von Beuteln mit Wiederverschluss erhältlich, und die Leistung der verfügbaren Anlagen war sehr gering. Inzwischen sind weltweit über 6 Milliarden Beutel mit einem Ausgießer versehen, und bis 2020 wird eine Verdoppelung dieser Mengen prognostiziert. Dieser Mengenzuwachs in so kurzer Zeit hat Gründe:
On the go
Convenience
Umwelt
Kosten
Der Standbodenbeutel kommt einer Generation entgegen, die sich nicht mehr die Zeit nimmt, in Ruhe Nahrung zu sich zu nehmen.
Convenience und Umweltfreundlichkeit werden dabei kritisch diskutiert, und jeder findet ein Argument dafür oder dagegen. Neben dem Erfolg des Produktes haben Hersteller insbesondere die Kosten im Fokus und müssen bei einer Entscheidung zugunsten oder gegen den Standbeutel drei Aspekte betrachten:
Beutel (Folie und Ausgießer)
Verarbeitungsmaschine
Produkt
Die Folie ist die Haut des Beutels. Die Barriereeigenschaften der Folie und die Formenvielfalt sind soweit fortgeschritten, dass fast alles möglich ist. Die rechteckige Form mit der schlechten Standfähigkeit gehört der Vergangenheit an. Auch die Anforderungen nach verbesserter Barriere für andere Produktgruppen sind erfüllt, ohne dass das Material selbst erheblich teurer wurde. Fensterausschnitte zur realen Betrachtung des Produktes sind ebenso möglich wie auch die Substitution von Aluminium.
Durch Mengensteigerungen dieser Verpackungsart sind inzwischen auch attraktive Preise für Gebindegrößen bis 300 ml erreicht.
Der Ausgießer ist zum wichtigsten Bestandteil der Verpackung geworden. Diente er anfangs nur dazu, den Inhalt der “Nachfüllverpackung” bequemer in andere stabile Gebinde umzufüllen, so ist der Beutel mit dem Wiederverschluss inzwischen zur “Primärverpackung” aufgestiegen.
2-Liter-Beutel Frosch
1989 präsentierte Werner&Mertz in Europa den ersten 2-Liter Beutel mit einem wiederverschließbaren Ausgießer. Wie alle bis dahin angebotenen Beutel wurde dieser Beutel durch die verbleibende obere Kopfnaht gefüllt und verschlossen. Diese Methode des Füllens und Verschließens bereitete viele Probleme und war dazu auch noch sehr langsam.
Mittlerweile hat der Ausgießer fast immer eine technische Führung: Mit dieser technischen Führung können ca. 50 Beutel aufgereiht auf einer Schiene hängend der Füllmaschine besser zugeführt, durch den Ausgießer befüllt und dann verschraubt werden. Außerdem können die Beutel so besser transportiert und vereinzelt werden.
Die Füllmaschine nähert sich damit einer Verschraubmaschine für Flaschen an, wobei der Beutel im Gegensatz zur Flasche (fast) luftleer ist und beim Füllen entlüftet werden muss.
Mit dem Druck des Produktes wird der Beutel geöffnet und nimmt dadurch – stark schaumreduziert – den Inhalt schnell durch die meist kleine Öffnung auf. Danach wird – wiederum an der technischen Führung – der Ausgießer mit dem gefüllten Beutel zur nächsten Station geführt und verschraubt.
Entwickelt wurde diese Führung von der Firma Hosokawa in Japan, wo sie unter dem Namen Cheer Pack vermarktet wird. In Europa und USA wird das System von GUALA vermarktet.
Ob in USA oder China
Heute sind fast alle Beutel mit Ausgießer nach diesem Prinzip aufgebaut. Die Packungen können schnell und sauber verarbeitet werden. Außerdem werden mit diesem System die Leistungen der Füllmaschinen erheblich gesteigert und so die Kosten reduziert.
… Beutel mit Ausgießer in jeder Form
Die Verarbeitung des Beutels auf der Schiene hat maßgeblich dazu beigetragen, dass der Beutel heute seinen festen Platz im Regal hat: Weltweit werden 6 Milliarden Packungen jährlich produziert. Neben der Verdoppelung der Mengen in den kommenden vier Jahren werden weitere Entwicklungen wie die Formgebung und die Wiederverwertung sowie das Kompostieren erwartet.
Die Maschinen zur Verarbeitung des Beutels spielen dabei eine zentrale Rolle. Drei verschiedene Systeme stehen zur Verfügung:
Füllen-Verschrauben (FC)
Formen-Füllen-Siegeln (FFS)
Einsetzen-Füllen-Verschrauben (IFC)
Maschinen zum Füllen und Verschrauben (FC) arbeiten nach dem System GUALA und verarbeiten Beutel mit eingesetztem Ausgießer. Diese werden schon beim Packmittellieferanten mit dem Ausgießer versehen und auf Schienen aufgereiht. Die Zuführung zur FC-Maschine ist über die technische Führung am Hals des Ausgießers möglich. An dieser Führung wird der Beutel während der Verarbeitung gehalten. Um eine Zuführung der einzelnen Beutel nicht manuell zu vollziehen, werden Schienen eingesetzt, die je nach Größe des Ausgießers mit ca. 40 bis 70 Beuteln bestückt sind. Die Verschlusskappen werden separat geliefert.Eine automatische Zuführung dieser Beutel ohne eine Schiene ist technisch denkbar, ist aber noch nicht verwirklicht und wahrscheinlich sehr teuer.
Diese Verarbeitung ist mit einer Flaschenfüllmaschine vergleichbar. Der Packmittellieferant trägt die Verantwortung für die Qualität des Beutels und wird dem Käufer eine Angabe zur Häufigkeit eventueller Undichtigkeiten im ‰-Bereich nennen. Bei dieser Form der Herstellung hat der Produkthersteller das Risiko auf den Lieferanten des Packmittels verlagert, wofür er einen entsprechend höheren Preis zahlt.
Mit ca. 1.800 Einheiten sind FC-Maschinen weltweit im Einsatz. Sie ermöglichen eine sichere und risikolose Verarbeitung des vorgefertigten flexiblen Gebindes. Der Systemanbieter stellt dem Verarbeiter also nicht nur die Maschine, sondern auch das Packmittel. Inzwischen haben sich auch andere Lieferanten auf dieses Schienensystem eingestellt und bieten vergleichbare Systeme an.
Die FFS-Maschinen zum Formen – Füllen – Siegeln haben sich seit 1980 kontinuierlich den Markt der trockenen Produkte erobert. Der Standbeutel wird im Fertigungsprozess hergestellt: Von der Folienrolle wird der Beutel mit seiner Bodenfalte geformt, vereinzelt und das Produkt wird in den oben geöffneten Beutel gefüllt. Nach dem Füllen des Beutels wird der montierte Ausgießer (das Unterteil mit der bereits verschraubten Kappe) in die Kopfnaht des Beutels eingesetzt. Der gefüllte Beutel wird gestreckt, um eine gute Verschweißung in der Kopfnaht zu erreichen. Bei diesem Vorgang steigt der Pegel des Füllgutes nach oben. Damit besteht die Gefahr, dass das Füllgut die Schweißnaht kontaminiert. Dies ist besonders risikoreich bei schäumenden Produkten. Hinzu kommt nicht nur, dass der Beutel oben verschlossen wird, sondern dass der Ausgießer in diese Naht integriert werden muss, wozu ein einfacher Siegelvorgang nicht ausreicht.
Bei diesem Vorgang können aus verschiedensten Gründen Leckagen entstehen, was bei flüssigen Produkten im flexiblen Beutel beachtet werden muss. Deshalb werden diese Maschinen vorwiegend für trockene Produkte in allen Segmenten eingesetzt.
Für nasse Produkte sind zu mehr als 90 % vorgefertigte Beutel im Einsatz. Für diese Produktkategorie sind die Entnahme und der Wiederverschluss durch den Ausgießer von großer Bedeutung.
Auch die Systemanbieter von FFS-Maschinen haben sich auf den Bedarf eingestellt, Schienensysteme und Packmittel zu liefern.
Verschiedene Schienen für unterschiedliche Ausgießer
Die Schienen sind damit ein integraler Bestandteil und ein notwendiges Übel, um die Beutel zum Füllen und Verschrauben der Maschine zuzuführen. Eigentümer der Schienen ist in der Regel der Packmittellieferant. Er berechnet diese Schienen (pro Schiene € 00,20 bis – 00,80) und gibt Teilgutschriften, wenn diese leer und kostenfrei wieder zurückgeliefert werden.
Neben dem zusätzlichen Vorlumen liegt der Nachteil dieses etablierten Systems in erheblichen, meist unterschätzten logistischen Problemen und Transportkosten. Zusätzlich müssen die Schienen gereinigt werden, bevor sie wieder eingesetzt werden können.
Der Vorteil neben den geringen Kosten für die Beschaffung der Anlage ist, dass die sichere Bereitstellung des fertigen Packmittels in der Verantwortung des Lieferanten liegt.
Bei einer vorausgesagten Verdopplung der Beutel mit Wiederverschluss bis 2020 ist es angebracht, über das System der Schienen nachzudenken:
In der zurückliegenden Zeit hatte sich das Schienensystem bei relativ geringen Mengen an verkauften Produkten im Beutel bewährt. Heute sind die Mengen erneut gestiegen. Im vergangenen Jahr sind in Europa 25 Milliarden Beutel verbraucht worden. Davon sind 8 Milliarden mit einem Ausgießer versehen. Wenn nur 50 % dieser Beutel auf Schienen geliefert werden (50 Beutel/Schiene), dann ergeben sich 80 Millionen Schienen. Bei 10 Umläufen pro Jahr sind 8 Millionen Schienen stets in Umlauf.
Passen ca. 800 leere Schienen in eine Palettenbox, dann sind das 10.000 Paletten-Stellplätze, die wechselseitig Lieferant und Käufer belasten. Auf das Jahr gerechnet sind es aber 100.000 Stellplätze.
Alleine diese Zahlen müssen zu einer neue Betrachtung führen, und wenn wir von Nachhaltigkeit reden, ist dieses umso notwendiger. Daraus resultiert eine neue technische Lösung, die in den letzten Jahren immer mehr an Bedeutung gewinnt.
Die Maschine zum Einsetzen – Füllen – Verschrauben (IFC)
ist die Lösung für größere Mengen ohne Schienen. Bisher wurde der Ausgießer meist beim Packmittellieferanten in den Beutel eingesetzt. Diese Technologie ist inzwischen so sicher, dass dieses vor der Füllmaschine durchgeführt werden kann. Inzwischen bieten verschiedene Anbieter dieses System an. Maschinen mit Leistungen von 100 bis 250 Beutel pro Minute sind im Markt. Neben dem Vorteil, ohne Schiene zu arbeiten, bietet das IFC-Verfahren auch Kostenvorteile: Vorgefertigte Beutel und Ausgießer mit passenden Kappen zu kaufen, ist günstiger und vor allem risikoloser.
Layout IMA 250 ppm
Seit über 10 Jahren setzt ein großer Hersteller von medizinischen Produkten dieses Verfahren ein. Seit 2 Jahren kommt hinzu, dass die Verarbeitung mit Ultraschall möglich ist. Sowohl die Herstellung der Beutel als auch das Einschweißen der Ausgießer ist erfolgreich mit der Ultraschalltechnik eingeführt. Sie bietet Vorteile wie kleinere Schweißnähte und damit geringeren Folienverbrauch und geringeren Energieeintrag.
Layout Widmann SIF-100
Damit ist eine entscheidende Weichenstellung für den Beutel und seine Verarbeitung erreicht.
Die weltweite Mengenentwicklung an Beuteln in den letzten 15 Jahren hat sich rasant entwickelt, wie Schönwald Consulting darstellt. Die Prognose für Beutel mit Ausgießer für 2018 liegt schon bei über 63 Milliarden weltweit, was noch einmal die Notwendigkeit zur Entwicklung einer verbesserten Maschinentechnologie unterstreicht.
weltweite Mengenbetrachtung Beutel mit und ohne Ausgießer 2013 bis 2018
Anbieter sind unter anderen: Layout Widmann SIF-100, Thom, Waldner, Indag, IMA, Toyo Jidoki und Widmann
Layout INDAG Aseptik
Ich bin bei meinen Betrachtungen zur Schiene von weitaus geringeren Zahlen ausgegangen, weil ich mich auf Europa fokussiert habe. Bei einer globalen Betrachtung wird dies Problem noch einmal deutlicher.
Hieraus folgt, dass das Maschinenkonzept zum Einsetzen, Füllen und Verschrauben das sicherste Verfahren ist, eine flexible Einkaufspolitik ermöglicht und auch einen Kostenvergleich mit FFS nicht zu scheuen braucht.
