Weniger Einsatz von Material und Energie | 70 Prozent der Verpackungskosten einer PET-Flasche sind Materialkosten (PET-Rohmaterial). Der Schlüssel zu einer ökonomisch günstigen und zugleich ökologischeren Verpackung ist der Verbrauch von weniger Material, also “Lightweighting”. In die-sem Jahr hat Krones beispielsweise eine 0,5 l PET-Flasche für stilles Wasser mit einem Gewicht von nur 6,6 g entwickelt.

G enerell gibt es zwei Bereiche, in denen das Gewicht einer Flasche reduziert werden kann. Das

Mundstück und der Körper der Flasche. Das Mundstück allgemein blickt schon auf eine bewegte Geschichte der Ver-änderungen zurück. Zum Beispiel das CSD-Mundstück. Anfänglich herrschte das Glas-inspirierte BPF (ca. 6 g) vor, das heute mehr oder weniger vollständig er-setzt ist durch das PCO1810 (ca. 5 g). Von diesem Mundstück existieren zahllose Variationen, die etwas Gewicht sparen durch kleine Veränderungen der einen oder anderen Dimension wie Wanddi-cken oder Durchmesser. Aktuell befin-

den wir uns mitten in der nächsten Um-stellung, wir sehen eine wachsende Zahl von Umstellungen auf “shorty” Mund-stücke, basierend auf dem neuen “ISBT voluntary standard” PCO 1881 oder dem PCO Corvaglia.

Zusätzliche Einsparungen kommen bei diesen Umstellungen durch ein reduzier-tes Schraubkappengewicht, da diese kür-zeren Mundstücke auch durch kürzere und leichtere Schraubkappen verschlos-sen werden.

Materialreduktion am Flaschenkörper Die zweite Möglichkeit Material ein-zusparen ist eine Reduktion im Bereich

PET-Flaschen werden immer leichter

des Flaschenkörpers (und also auch des Preformkörpers). Wenn hier eine schlecht abgestimmte Flasche – Preform – Kombination vorliegt, dann ist es manch-mal möglich, Gewicht einzusparen ohne die Eigenschaften der Flasche nachteilig zu verändern. Der übliche Fall ist aller-dings, dass mit einer Reduktion des Fla-schengewichtes eine Verschlechterung der mechanischen Flascheneigenschaf-ten einher geht, die natürlich gleichwohl im akzeptablen Bereich liegen muss.

Wo aber liegen die Grenzen für eine Gewichtsreduktion? Wie leicht darf denn eine Flasche werden? Es ist möglich ei-nen Behälter von nur 4,5 g für die Abfül-lung von 0,33 l Stillwasser zu produzie-ren, wie uns Nestle mit dem “PLOC” (Plastic Lowcost Ovoid Container) in Ni-geria eindrucksvoll zeigt.

Dieses Behälterdesign lässt sich aller-dings nicht ohne größere Umbauten auf einer Standard Hochgeschwindigkeits-linie verarbeiten.

Wahrscheinlich ist es auch nicht das, was die Mehrheit der Brandowner für ihr Produkt möchte. Dieses Beispiel führt uns aber eindrucksvoll vor Augen, dass es stark von der verwendeten Technologie und den Ansprüchen an den Behälter ab-hängt, was machbar ist.

Eine gute Annäherung an das Mögli-che kann nur gemacht werden, wenn al-le Beteiligten sich an einen Tisch setzen, ihre Ansprüche und Vorstellungen aus-tauschen und zum Projekt beitragen. Es gibt nicht die leichteste Flasche, in Ab-hängigkeit von den Anforderungen gibt es viele verschiedene.

Optimierung des Preforms Welche Anforderungen sind auf dem Weg des Behälters zu erfüllen? Der Weg beginnt mit der Behälterherstellung in der Blasmaschine. Der Preform als Halb-zeug für die Flaschenherstellung hat ver-

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Lebensmittel Pharma Kosmetik Chemie Non Food

von Jochen Forsthövel, SKT-Technology Center,Plastics Division, Krones AG, Neutraubling

Die 500 ml-Flasche mit 6,6 Gramm stellt einen neuen Meilenstein im Bereich leichtgewichti-ger Getränkebehälter dar. (Foto: Krones)

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Für Sie entscheidend Einflussfaktoren für das Flaschengewicht Durch eine Veränderung des Mund-stücks, eine Materialreduktion im Be-reich des Preforms und damit des Fla-schenkörpers ist ein geringeres Ge-wicht bei PET-Flaschen möglich. Ent-scheidend dabei sind Fragen der Behäl-terstabilität, der Etikettierung sowie die Gewährleistung eines beschädi-gungsfreien Flaschentransports. Auch die Belastung der palettierten Flaschen beim LKW-Transport muss in die Be-trachtung einbezogen werden sowie die Frage, inwieweit der Verbraucher eine gewichtsreduzierten Flasche ak-zeptiert.

schiedene Anforderungen zu erfüllen. Für die Vereinzelung in der Preform-zuführung, die Handhabung im Heizmo-dul und im Blasrad müssen das Mund-stück und das Preformdesign geeignet sein. Die Schwerpunktlage ist wichtig und entsprechende Bereiche für den Ein-griff der Handhabungsteile/Greifer müs-sen vorhanden sein. Diese Anforderun-gen reduzieren die Freiheit beim Design von Mundstück und Preformkörper.

Für das prozesssichere Blasen der Flasche müssen Preform- und Flaschendesign zu-sammenpassen. Ein zu langer Preform resultiert bestenfalls in einem sehr klei-nen Prozessfenster, in der Regel aber in einem zu hohen Boden- oder Schulterge-wicht der Flasche. Das in Boden oder Schulter verschwendete Material fehlt dann in der Seitenwand – kaum akzepta-bel bei einer wirklichen Leichtflasche. Auch ein zu kurzer Preform oder ein zu kleiner oder zu großer Preformdurch-messer haben ein zu kleines Prozessfens-ter und/oder eine falsche Materialvertei-lung zur Folge.

Bei karbonisierten Anwendungen hat eine nicht abgestimmte Preform-Flasche-Kombination (bezüglich Geometrie und Streckverhältnissen) unzureichende me-chanische Flascheneigenschaften zur Folge, die Spezifikation z. B. bezüglich der Durchmesseraufweitung kann nicht mehr eingehalten werden.

All das wird noch beeinflusst und über-lagert von der Art des verwendeten Re-sins. Da hier über wirkliche Optimierung an der Grenze des Machbaren gespro-chen wird, empfiehlt sich auf jeden Fall das Flaschendesign mit dem finalen Pre-

formdesign und dem Resin, das verwen-det werden soll, zu testen.

Leere leichte Flaschen handeln Die geblasene Flasche kommt dann in den Lufttransport oder direkt in den Füller. In dem Fall, dass ein Lufttransport verwen-det wird, muss die Flasche entsprechend geformt sein. Die Leichtflaschen, von de-nen hier die Rede ist, müssen ein Stabilität erzeugendes Design haben, um Deforma-tionen im Lufttransport vorzubeugen. Der Lufttransport selbst wiederum muss rich-tig ausgeführt sein, damit nicht zu viel Staudruck erzeugt wird, der die Flaschen zusammendrücken könnte (insbesondere im Falle eines Linienstillstandes). Ein aus-reichender Tragringüberstand muss beibe-halten werden (wie groß, das hängt wie-derum vom Flaschendesign ab).

In einem direkten Blasmaschine-Füller Block werden die Flaschen mittels Greifer-klammern anstelle eines Lufttransportes transportiert. Das wiederum öffnet Frei-räume für ein alternatives Mundstück- und Flaschendesign. Der Tragring kann dann – entsprechendes Anlagen und Fla-schendesign vorausgesetzt – sogar ganz entfallen.

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Es bleibt die Notwendigkeit, die Flaschen im Füller zu handhaben und zu ver-schließen. Eine Mundstücksnut sowie ein angemessener gerader Bereich unter-halb des untersten Mundstücksringes sind für die Verwendbarkeit auf Hoch-geschwindigkeitsfüllern, die mit Neck-handling arbeiten, obligatorisch. Der un-terste Ring des Mundstückes muss ein angemessenes Design und eine ausrei-chende Dicke aufweisen um das für das Verschließen erforderliche Moment und den Kopfdruck aufnehmen zu können.

Auch der Füllpunkt ist ein Thema, das betrachtet werden muss. Hohe Füllpunk-te werden oft angestrebt: Im Falle nicht karbonisierter Getränke, um die Flasche zu stabilisieren (gefüllter Topload, Palet-tierung und Stapelung), im Falle karbo-nisierter Getränke, um den durch niedri-gen Füllspiegel entstehenden Eindruck einer bereits angetrunkenen Flasche zu vermeiden. Besonders bei leichten Fla-schen ist das Absinken des Füllspiegels durch die Ausdehnung der Flasche unter Innendruck ein unvermeidlich eintre-tendes Ereignis. Für bestimmte Produkte wie Wasser ist ein höherer Füllspiegel leichter zu realisieren. Wegen des unkri-tischen Schäumverhaltens und der hoch präzisen Füllung sind hier die Probleme weniger und kleiner.

Etikettierung: Voll oder leer Die Etikettierung kann vor oder nach dem Füllen stattfinden. In beiden Fällen ist die Behälterstabilität wichtig, wobei die gefüllte Flasche naturgemäß stabiler ist. Der Nachteil der Volletikettierung ist das Problem eventueller Feuchtigkeit auf der Außenseite der Flasche, sei es durch das Füllen oder durch Kondensation. Dieses Wasser muss durch entsprechen-des zusätzliches Equipment (Abblasun-gen) entfernt werden. Und natürlich sind auch die Massenkräfte der gefüllten Fla-sche größer.

Im Falle der Leeretikettierung muss die Flasche einen bestimmten leeren Topload aushalten bis sie etwas mit Innendruck (Luft) beaufschlagt wird und so die für das Etikettieren notwendige Stabilität er-hält. In der Regel werden Roll-On Polyo-lefin-Etiketten verwendet.

Der Flaschentransport ist ein weiteres wichtiges Thema, sei es leer (z.B. von der Blasmaschine zum Etikettierer) oder ge-füllt. Gleichmäßiger sanfter Transport ist ein Schlüsselfaktor für den beschädi-gungsfreien Transport der Behälter mit den geforderten hohen Linienleistungen. Das richtige Design der Führungsschie-nen muss Hand in Hand gehen mit dem richtigen Anlagenlayout, um nicht zu

großen Staudruck zu erzeugen. Ge-schickte Antriebsansteuerung und eine ausgefeilte Anlagensteuerung tragen zum Erfolg bei.

Für das Einschrumpfen der Trays wer-den die Flaschen durch die Einteilungs-finger auf die Trays geschoben und bilden das Traymuster. Nach dem Einschrump-fen wird die Folie abgekühlt. Dieses erste Gebinde hat schon eine hohe Stabilität. Die Trays werden dann mittels Roboter zum endgültigen Lagenbild auf die Palet-te gestapelt. Die komplette Palette wird mit einer weiteren Folie gewickelt, um die endgültige Stabilität zu erreichen.

Die fertigen Paletten werden vor dem LKW-Transport üblicherweise in einem Lager zwischengelagert. Beim Stapler-transport ist die unterste Lage deutlich stärker belastet als es eine statische Be-rechnung nahe legen würde. Nach einer gewissen Zeit im Lager erfolgt der LKW-Transport zum Einzelhandel. Wieder ent-stehen beim Stapler- und LKW-Transport (schlechte Straßen, verkehrsbedingte Bremsmanöver) hohe Belastungen in der untersten Palettenlage. Diese hohen Be-lastungen sind oft der limitierende Faktor für die Gewichtsreduktion bei stillen Ge-tränken.

Bei karbonisierten Getränken hat man durch den Innendruck üblicherweise Topload im Überfluss. Hier ist der limitie-rende Faktor in der Regel die durch das Kriechen des Kunststoffes unter Druck-belastung verursachte Durchmesserauf-weitung mit der Folge eines zu großen Palettenüberstandes oder der Verlust der Flaschenform und Bodendeformationen. Besonders bei erhöhten Temperaturen kann es vorkommen, dass der Paletten-überstand zu groß wird, das Flaschende-sign sich nahezu komplett verabschiedet und der Boden der Flasche heraus ge-drückt wird, so dass die Flasche nicht mehr ordentlich steht.

Mit dem Wissen um diese Fakten wird klar, dass bei dem Versuch ein kleineres Flaschengewicht möglich zu machen auch der Transport und die Logistikbe-dingungen nicht außer acht gelassen werden dürfen. Alle Linienkomponen-ten sowie die Bedingungen beim Trans-port müssen auf die Eigenschaften einer Leichtgewichtsflasche abgestimmt sein.

Am Ende entscheidet der Konsument Nachdem all diese Unbilden gemeistert sind, folgt schließlich der ultimative Test, durchgeführt durch den Konsumenten. Eine gewisse Manipulationssicherheit (des Verschlusssystems) muss vorhanden sein. Und was kann an Kosten vernünftig eingespart werden, wenn der Kon-

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sument am Ende den Kauf verweigert, weil er sich mit der Produktverpackung nicht wohl fühlt?

Aber auch hier ändern sich die Zeiten. Was heute im Markt akzeptiert wird, wä-re noch vor einigen Jahren indiskutabel gewesen. Vielleicht wird bald der öko-logische Vorteil einer leichten Ver-packung vom Verbraucher (und vom Marketing) höher geschätzt als die robus-te Erscheinung einer schweren Flasche.

Krones Konzept-Flasche mit nur 6,6 g Nach der Vorstellung einer 0,5 l Stillwas-serflasche mit einem Gewicht von nur 8,8 g auf der K-Messe 2007 hat Krones zum Water Innovation Award 2008 seine aktuellste Entwicklung vorgestellt: eine 0,5 l-PET-Flasche mit nur 6,6 Gramm Ge-wicht. Als beste Verpackungsinnovation 2008 wurde Krones für diese Entwick-lung mit dem Water Innovation Award 2008 in Gold ausgezeichnet.

Die 500 ml-Flasche „PET lite 6.6“, die auf dem „NitroPouch“ Konzept beruht, stellt einen neuen Meilenstein im Be-reich leichtgewichtiger Getränkebehälter dar. Mit nur 6,6 Gramm PET können 500 Milliliter stilles Wasser „verpackt“ wer-den. Die technische Innovation hierbei ist zum einen die Aufteilung der Flasche in unterschiedliche Funktionsbereiche. Im oberen Teil der Flasche wurde ein kleiner Durchmesser gewählt. Damit wird eine höhere Griffstabilität für den Nutzer erreicht. Dieser Griffbereich ist mit speziellen Rillen zusätzlich versteift, so dass an dieser Stelle sogar leer etiket-tiert werden kann. Der untere Teil der Flasche ist im Durchmesser deutlich grö-ßer – der überwiegende Teil des Füllguts findet hier Platz. Die Wanddicke liegt in diesem Bereich unter 0,1 Millimeter.

Zum anderen wird die Flasche mit Stickstoff stabilisiert, damit sie beim Transport und Handling nicht kollabiert. Während des Füllprozesses wird eine kleine Menge flüssiger Stickstoff in die Flasche gegeben, der nach dem Verschlie-ßen gasförmig wird und so für einen In-nendruck von ca. 0,5 bar sorgt. Mit die-sem Innendruck kann die Flasche beden-kenlos auf der Abfülllinie verarbeitet und auf normalen Paletten transportiert wer-den. Das speziell von Krones und Bericap entwickelte Mundstück für diese Flasche (ohne den sonst üblichen Tragring) wiegt lediglich 1,3 Gramm; auch der Verschluss ist mit 1,1 Gramm sensationell leicht. Das Zusammenspiel von Gewinde, Ver-schluss, Materialverteilung, Design und der Verwendung von Stickstoff macht diese Flasche mit einem Gewicht von 6,6 Gramm erst möglich. �