Prozesssicher zu PET-Preforms

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Hansa-Heemann und Motan-Colortronic entwickelten eine neue Materialaufbereitung für PET-Bottle-Flakes.

Flaschen aus PET-Preforms mit einem Recyclingmaterial-Anteil von mindestens 25 % werden auf Basis des RAL Gütezeichens und des IFS-Standards hergestellt. Bereits 2011 war die Hansa-Heemann AG verfahrenstechnisch in der Lage, PET-Flaschen mit einem Mahlgut­anteil von bis zu 50 % herzustellen. Heute sind, für ausgewählte Produkte, bereits Recyclingmaterial-Anteile von 80 % oder gar 100 % bei Hansa-Heemann möglich.

Rohrleitungssystem und Fördergerät auf dem Trockentrichter sind für die materialspezifischen Eigenschaften der Bottle Flakes ausgelegt. Dabei kam das neue Metro G für große Materialdurchsätze und Flakes zum Einsatz. Foto: Motan-Colortronic

Die Preforms werden an zwei Standorten, Bruchsal und Kloster Lehnin, für die weiteren Werke der Gruppe hergestellt. Der Mate­rialdurchsatz ist gewaltig: Bei den Preform-Spritzgießanlagen beträgt er zwischen 830 und 1.300 kg/h je nach Anlage. Die verfahrenstechnischen Herausforderungen liegen aber vor allem in der Aufbereitung des Recyclingmaterials für den Spritzgießprozess, der sogenannten Bottle Flakes. Diese müssen einerseits lebensmitteltauglich sein und andererseits kostengünstig im Einkauf und bei der Aufbereitung. Seit vielen Jahren setzte Hansa-Heemann auf eine Beschaffung aus der Kreislaufwirtschaft mit Partnern im Lebensmitteleinzelhandel, um möglichst sortenreines Rezyklat einsetzen zu können. Durch hohe Nachfrage stößt diese Strategie allerdings immer mehr an Grenzen. Hochwertiges Recyclingmaterial ist heute ein begehrter und knapper Rohstoff und nicht zum Nulltarif zu haben.

Dünnwandige PET-Flaschen als Herausforderung

Als jüngste Herausforderung sah sich Hansa-Heemann mit dem Phänomen zunehmend dünnwandiger PET-Flaschen konfrontiert. Wenn PET-Flaschen dünnwandiger werden, so ist dies in der Nutzungsphase der Flaschen wirtschaftlicher, erschwert aber den Recyclingkreislauf durch veränderte Eigenschaften in der Schüttgutmechanik der zugehörigen Bottle Flakes. Dies bedeutet konkret, die Materialaufbereitung im Vorfeld des Spritzgießprozesses wird erheblich anspruchsvoller. Hansa-Heemann entschied sich daher, gemeinsam mit Motan-Colortronic ein Entwicklungsprojekt für eine Pilotanlage zu starten. Das entstandene Anlagenkonzept wurde vor Ort im Werk Kloster Lehnin für eine Verarbeitungs­maschine umgesetzt und getestet. Die gewünschte Prozessfähigkeit der Anlage zeichnet sich zwischenzeitlich ab und überzeugt die Akteure.

Vorausgegangen war dem Entwicklungsprojekt eine langjährige Zusammenarbeit der beiden Firmen auf dem Gebiet der Material­aufbereitung. Erste Kontakte bestanden bereits seit der K 2007. So war es folgerichtig, gemeinsam auch das Projekt für die Bottle Flakes einzuleiten. „Mit den bisherigen Anlagen von Motan-Colortronic hatten wir sehr gute Erfahrungen gemacht. Für die heutigen Bottle Flakes war uns allerdings sofort klar, dass wir zusammen mit Motan-Colortronic neue Wege beschreiten müssen“, sagt Ralph Möller, Leiter der Preform-Fertigung bei Hansa-Heemann.

Fakten klar ins Auge sehen

Bei dem Trockentrichter für Bottle Flakes wurde das neu entwickelte Metro G für große Durchsätze und Flakes verwendet. Foto: Motan-Colortronic

Seit 2017 sah Möller, dass die aktuellen Bottle Flakes zunehmend für fehlerhafte Preforms sorgten. Eine Analyse der Anlagentechnik ergab keine Fehler, daher konzentrierte man sich auf das Material. Ralph Möller und sein Team fanden sehr schnell heraus, dass die Bottle Flakes aus sogenannten „Leichtgewichtsflaschen“ wesentlich leichter waren als in den Jahren zuvor. In Schüttung waren sie entsprechend kompakter, so dass sowohl die Fließeigenschaften bei Lagerung und Förderung als auch die Durchströmung im Trockentrichter für die vorhandene Anlagentechnik unzureichend waren. Neue Konzepte in der Materialaufbereitung, insbesondere für Trocknung und Förderung, waren also unausweichlich.

Einschätzung der Grundstrategie

Hansa-Heemann erzielte in der Vergangenheit große Erfolge mit Bottle-Flakes, die einen immer höheren Recyclingmaterial-Anteil in den Preforms ermöglichten, bei gleichzeitiger Wahrung der notwendigen Eigenschaften für den Blas- und Abfüllprozess sowie der Barriereeigenschaften am fertigen Produkt. Dies passt einerseits zur Unternehmensstrategie und gewährleistet andererseits auch den wirtschaftlichen Erfolg.

„Diese Grundstrategie war nicht das Problem, sondern sollte auch weiterhin ein Teil der Lösung sein“, stellt Möller fest. Das Entwicklungsprojekt mit Motan-Colortronic hatte somit eine einfache, klare Zielsetzung: Welche Strategie ermöglicht es, die leichteren Bottle Flakes prozesssicher zu PET-Preforms mit mindestens 25 % Flakes-Anteil zu verarbeiten?

Von Motan-Colortronic neu konzipiert: Die Konstruktion für den inneren Aufbau des Trockentrichters.Ergebnis ist eine verbesserte Luftströmung durch die leichten Flakes, die die Trockenleistung deutlich steigert und sich zudem materialschonend auswirkt. Foto: Motan-Colortronic

Voruntersuchungen bei Motan-Colortronic ergaben, dass die eingesetzten Bottle Flakes einen ausreichend hohen Kristalli­sationsgrad aufweisen, so dass generell auf eine Kristallisierung verzichtet werden kann.
Schlüsselfaktoren waren somit die veränderte Schüttgutmechanik und damit einhergehend ver­änderte Lager- und Fließeigenschaften.

Die Applikationsabteilung von Motan-Colortronic konzipierte daher eine neue Konstruktion für den inneren Aufbau des Trockentrichters, bei der die Luftzuführung durch eine modifizierte Geometrie auf das Material hin optimiert wurde. Dazu wurden in Isny Testversuche durchgeführt, die auf Anhieb erfolgreich verliefen. Ergebnis ist eine verbesserte Luftströmung durch die leichten Flakes, die die Trockenleistung deutlich steigert und sich zudem materialschonend auswirkt. Die Bottle Flakes sind nun deutlich homogener getrocknet. Die spezielle Geometrie des Trockentrichters verhindert zudem eine mögliche Brückenbildung des Materials.

Gesamtanlage überarbeiten

Nachdem eine Lösung für den Trocknungsprozess erfolgreich gefunden war, wurde durch die Experten von Motan-Colortronic das vorhandene Gesamtanlagenkonzept überarbeitet und an das neue Recyclingmaterial angepasst. Die im Werk Kloster Lehnin vorhandene Lagerlogistik wird um Aufgabestationen für die in Big Bags angelieferten Bottle­ Flakes ergänzt. Die Materialaufgabe zur pneumatischen Förderung erfolgt in auf das Material abgestimmten Behältern und Absaugkästen. Da im Werk ein Permanent-Zentralvakuumsystem von Motan-Colortronic mit ausreichender Leistung installiert ist, kann die Materialverteilung über einen Kupplungsbahnhof geführt werden, so dass zu einem späteren Zeitpunkt auch andere Anlagen in die Materialaufgabe mit eingebunden werden können.

Blick auf die Pilot-Trocknungsanlage, die im Werk Kloster Lehnin bereits erste Tests durchlaufen hat - allesamt mit positiven Ergebnissen. Nach und nach sollen sämtliche Anlagen bei Hansa-Heemann auf das neue Konzept umgestellt werden. Foto: Motan-Colortronic

Rohrleitungssystem und Fördergerät auf dem Trockentrichter sind ebenso für die materialspezifischen Eigenschaften der Bottle Flakes ausgelegt. Hier kam das neue Metro G für große Material­durchsätze und Flakes zum Einsatz, das mit einer extragroßen Auswurfklappe versehen wurde. Da die Geometrie im Trockentrichter einen gleichmäßigen Ausfluss des Materials gewährleistet und einer Brückenbildung entgegenwirkt, kann auf eine mechanische Unterstützung bei der Materialentnahme verzichtet werden. Der Behälter ist in eine Bühne oberhalb der Verarbeitungsmaschine eingebaut und über einen Fallschlauch mit dieser verbunden. Direkt über dem Materialeinzug der Verarbeitungsmaschine befindet sich ein volumetrisches Dosier- und Misch­gerät, in dem – wie bei den bisherigen Anlagen auch – die Material­ströme von Neuware und Recyclingmaterial zusammengeführt werden.

Erste Tests vor Ort mit der beschriebenen Pilotanlage verliefen positiv. Für die Zukunft ist geplant, Zug um Zug alle Anlagen auf das neue Konzept umzustellen. „Das könnte für uns neue Impulse und Maßstäbe für Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit und Intensivierung der Kreislaufwirtschaft ergeben, um unsere Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten“, hofft Ralph Möller.

db

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