Energiekosten in der Verpackung senken: Pneumatische Ventile & smarte Sensoren für Nachhaltigkeit nutzen

Verfasst von den Spezialisten bei Emerson.

Schätzungen zufolge werden mehr als ein Drittel der Treibhausgasemissionen durch Lebensmittelsysteme erzeugt, wobei Verpackungsprozesse für ca. 5,4 % davon verantwortlich sind. Um Emissionen zu reduzieren – und letztlich zu eliminieren –, setzen Consumer Packaged Goods (CPG) Unternehmen Dekarbonisierungsziele. Während CPGs handeln und sich Richtung Klimaneutralität bewegen, suchen sie zuverlässige Wege, den Energieeinsatz in ihren Anlagen zu senken.

Eine Möglichkeit, wie viele Unternehmen zuverlässig Energieverbrauch reduzieren, ist die Integration neuer, energieeffizienter pneumatischer Ventiltechnologien. Pneumatische Steuerungsventile sind kritisch für eine breite Palette von Verpackungssystemen aufgrund ihrer kosteneffektiven, zuverlässigen Leistung. Ihre Verbreitung und die Vielfalt neuer, smarter Fähigkeiten, die pneumatische Ventilhersteller entwickelt haben, bieten CPGs große Chancen, Energie zu sparen und mehr Wert aus ihren pneumatischen Systemen zu ziehen.

Energieverbrauch optimieren mit Durchflusssensoren

Generell haben CPGs viele Maschinen, meist von verschiedenen Herstellern, die eine Hauptdruckluftversorgungsleitung teilen. Die Druckluft, die Verpackungsanlagen zum Betrieb dieser Geräte und zur Energieversorgung von Prozessen in ihren Verpackungslinien nutzen, erfordert erhebliche Energie zur Erzeugung. Leider wird nicht alles davon effizient genutzt; etwas Druckluft geht durch Lecks verloren. Lecks sind schwer zu entdecken und bleiben oft unbemerkt, bis sie massive Energieverluste und teure Stillstände verursachen.

Pneumatische Systemüberwachung ist ein Weg, Lecks zu detektieren und Energieverbrauch zu kontrollieren. Die meisten Maschinen haben keine eingebaute Überwachungstechnologie. Sie können jedoch mit smarten pneumatischen Sensoren nachgerüstet werden. Durchflusssensoren wie Emersons AVENTICS^TM Series AF2 Sensor ermöglichen es, Lecks früh – und sogar bevor sie entstehen – zu identifizieren und zu beheben, um Energieverbrauch zu optimieren.

Durch Messung des Druckluftverbrauchs in Echtzeit bieten Durchflusssensoren ein klares Bild der pneumatischen Systemleistung und des Energieverbrauchs. Mit diesen Informationen können Unternehmen ihren Energieeinsatz besser verstehen und sinnvolle Maßnahmen ergreifen, um ihn effektiv zu kontrollieren.

Der AF2 ist weit mehr als ein Durchflussmesser – er misst acht verschiedene Prozessparameter: Druck, Temperatur, Massenstrom, Volumenstrom, Strömungsgeschwindigkeit, Gesamtmasse, Gesamtvolumen und Energie. Sein großes, konfigurierbares OLED-Display präsentiert Betriebsdaten übersichtlich, sodass Bediener sie leicht ablesen können. Bediener können auch diverse Visualisierungen konfigurieren – Flussdiagramme, Prozesskurven und kumulative Werte. Der Sensor speichert bis zu sieben Tage Historie, sodass Bediener auf grundlegende Maschinenhistorie zugreifen können.

Bild: AF2 Durchflusssensor mit OLED-Display und Datenvisualisierung

Der AF2 liefert Daten auf Maschinenebene und kann signalisieren, welche Maschine in der Versorgungsleitung ein Leck haben könnte. Mithilfe der Daten können Bediener Einblick in den Luftstrom einer Maschine gewinnen und dies auf Maschinenzyklen korrelieren. Durch besseres Verständnis des Maschinenzyklus und seines Luftprofils kann ein Bediener Echtzeitdaten mit Basisdaten vergleichen – wie ein Standard-Luftprofil oder Daten der besten Maschine in der Linie. Liegt eine Abweichung von den Basisdaten vor, kann der Bediener das Problem identifizieren und schnell handeln – z. B. ein leckverursachendes Bauteil austauschen.

Der Vergleich von Zyklusprofil und Luftverbrauch liefert wertvolle Informationen über Maschinengesundheit, mögliche Lecks und Energieverbrauch, die Bediener sonst nicht hätten. Er hilft Bedienern, vertrauensvoll Entscheidungen zu treffen und Maßnahmen zu ergreifen, die den Verpackungslinien-Energieverbrauch besser kontrollieren.

Tatsächlich ermöglichen die Datenerfassungsfähigkeit und der systematische Ansatz des AF2, den Luftverbrauch in pneumatischen Systemen gemäß DIN ISO 50001 für Energiemanagement zu überwachen. Dieser ISO-Standard wurde geschaffen, um Organisationen bei Aufbau, Implementierung, Aufrechterhaltung und Verbesserung ihrer Energiemanagementsysteme zu unterstützen.

Bild: ISO 50001 konforme Energiemanagement-Dashboard

Mit dem AF2 allein können CPGs gesammelte Daten im eigenen IT-Netzwerk halten oder via Gateways in die Cloud extrahieren. In Kombination mit Gateway und speziell entwickelter Software können Bediener auf erweiterte Dashboards zugreifen, historische Daten speichern, Parameter-Schwellenwerte erstellen, die Alarme auslösen, Leckageanalysen durchführen, Daten mit anderen Maschinensensoren korrelieren, Standort-Accounting erledigen und vieles mehr.

Die Einfachheit des AF2 und seine Informationsbreite bieten CPGs einen fundamentalen Einstiegspunkt in ihre digitale Transformationsreise und einen wertvollen Weg, zuverlässig Energie zu sparen.

Sensordaten können Betreibern via Insights und Visualisierung auf ihren persönlichen Smart Devices präsentiert werden, was Zugriff, Interpretation und Nutzung für Entscheidungen erleichtert. (Bild mit freundlicher Genehmigung von Emerson)

Abfall reduzieren mit Proportionalventilen

Schätzungen zufolge werden fast 1 Million Plastikflaschen pro Minute verkauft. Die meisten sind PET-Flaschen (Polyethylenterephthalat). Um die globale Nachfrage zu decken, werden jährlich ca. 3.500 Stretch-Blow-Molding (SBM) Systeme hergestellt und eingesetzt.

Neueste Produktionssysteme integrieren den SBM-Prozess mit dem Abfüllprozess in einem kontinuierlichen Produktionsfluss. Kombinierte Systeme reduzieren sowohl den physischen Footprint einer Linie als auch deren CO₂-Fußabdruck, indem sie den Transport von Flaschen von Produktion zur Abfüllung eliminieren. Die pneumatischen Ventiltechnologien, die zentrale SBM-Funktionen antreiben, können ebenfalls signifikant Energie einsparen.

Drei pneumatische Technologien, die den größten Unterschied im Energieverbrauch eines Produktionssystems machen können, sind Proportionalsteuerungsventile, Luftaufbereitungssysteme und Blow-Blöcke. Pneumatische Luftaufbereitungssysteme verbessern Effizienz und bieten bessere Kontrolle des Niedrig- und Hochdrucklufts, die Vorform-Aktuatoren und Stretch-Blow-Flaschenexpansionsschritte zur Flaschenformung nutzen. Die Pre-Blow-, Blow-, Recycling- und Exhaust-Funktionen kompakter, leistungsstarker Blow-Blöcke kontrollieren das Flaschenvolumenwachstum besser. Fortschrittliche Proportionalventile jedoch revolutionieren die Pre-Blow-Expansion und verbessern die Energieeffizienz dieses Schritts signifikant.

Emerson bietet eine Proportionalsteuerungsventil-Lösung, speziell entwickelt, um den Ein/Aus-Hochdruckfluss im Pre-Blow-Expansionsschritt der PET-Produktion zu ersetzen. Die innovative Lösung kombiniert ein speziell entwickeltes Proportionalventil, Steuerelektronik und Software. Das Proportionalventil feinjustiert die Expansion jeder Flasche in der Form durch Modulation des Flusses – statt wie der Ein/Aus-Hochdruckfluss einen einheitlichen Flussrate während des gesamten Blow-Prozesses bereitzustellen. Das System kann Blow-Sequenz-Sollwerte im Ventil speichern oder auf Steuerbefehle vom SBM-SPS (PLC) reagieren für gezieltes Flaschenwachstum – was Endanwendern ermöglicht, präzise zu verfeinern, wie sich erhitzte Flaschen in der Form ausdehnen.

Bild: Proportionalventil-Technologie im SBM-Prozess

Die Fähigkeit, Flaschenwand- und Formbildung feinzusteuern, ermöglicht die Herstellung dünnerer, leichterer Flaschen – was den Materialeinsatz pro Flasche reduziert. Es spart auch Energie, indem der für die Flaschenformung benötigte Blow-Luftdruck und die Heiztemperatur im Pre-Blow-Ofen reduziert werden – ohne Qualitätsverlust.

Zusätzlich zur präzisen Modulation des Flaschenwachstums hat diese fortschrittliche Proportionalventiltechnologie weitere Fähigkeiten, die Energieeffizienz und Nachhaltigkeit des PET-Flaschenblasprozesses verbessern. Das System kann auch Feedback-Ergebnisse liefern, die die Qualität jedes Blows anzeigen. Diese kritischen Daten helfen Flaschenherstellern, ihren Formprozess zu perfektionieren – was Flaschenqualität und -konsistenz verbessert und Ausschuss reduziert. Es liefert auch Zustandsüberwachungsdaten, die vorbeugende Wartung ermöglichen – was Effizienz steigert und Stillstände reduziert.

Neben den Energiesparvorteilen der neuen Proportionalventiltechnologie ermöglicht das System Flaschenherstellern höheren Durchsatz bei komplexen Flaschenformen, die für Konsumenten attraktiver sein können. Und da der Prozess einfach via Software/SPS-Formel aktualisiert werden kann, kann jede Blasstation an der Maschine für weitere Verbesserungen verfeinert werden – ohne Produktion anzuhalten.

Bessere Kontrolle, größere Einsparungen

Neue, smarte pneumatische Ventiltechnologien bieten CPGs Wege, Energieverbrauch zuverlässig zu reduzieren. Die Integration smarter Sensoren in Verpackungslinien und Proportionalventile in der PET-Flaschenproduktion gibt CPGs die Fähigkeit, Prozesse zu steuern und Ergebnisse zu verfeinern. Zuverlässiges Dekarbonisieren von Verpackungslinien wird nicht ohne Absicht geschehen – es braucht das hohe Maß an Kontrolle, Präzision und Deliberation, für die diese Technologien entwickelt wurden.

Kontaktieren Sie die Experten bei JH Foster, um zu erfahren, wie Sie in Ihrer Anlage Energie sparen können.