EP2488626A2 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung von kunststoff-behältern - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur herstellung von kunststoff-behältern

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EP2488626A2
EP2488626A2 EP10776549A EP10776549A EP2488626A2 EP 2488626 A2 EP2488626 A2 EP 2488626A2 EP 10776549 A EP10776549 A EP 10776549A EP 10776549 A EP10776549 A EP 10776549A EP 2488626 A2 EP2488626 A2 EP 2488626A2
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EP
European Patent Office
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blow molding
energy
compressed air
blowing
stretch blow
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10776549A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Albert Link
Klaus Wasmuht
Ulrich Lappe
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Krones AG
Original Assignee
Krones AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Krones AG filed Critical Krones AG
Publication of EP2488626A2 publication Critical patent/EP2488626A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J11/00—Circuit arrangements for providing service supply to auxiliaries of stations in which electric power is generated, distributed or converted
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C49/00—Blow-moulding, i.e. blowing a preform or parison to a desired shape within a mould; Apparatus therefor
    • B29C49/42—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C49/4284—Means for recycling or reusing auxiliaries or materials, e.g. blowing fluids or energy
    • B29C49/42845—Recycling or reusing of fluid, e.g. pressure
    • B29C49/42855—Blowing fluids, e.g. reducing fluid consumption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C49/00—Blow-moulding, i.e. blowing a preform or parison to a desired shape within a mould; Apparatus therefor
    • B29C49/42—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C49/78—Measuring, controlling or regulating
    • B29C49/786—Temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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    • F01K17/02—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant for heating purposes, e.g. industrial, domestic
    • F01K17/025—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant for heating purposes, e.g. industrial, domestic in combination with at least one gas turbine, e.g. a combustion gas turbine
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
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    • B29C48/78—Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling
    • B29C48/80—Thermal treatment of the extrusion moulding material or of preformed parts or layers, e.g. by heating or cooling at the plasticising zone, e.g. by heating cylinders
    • B29C48/83—Heating or cooling the cylinders
    • B29C48/832—Heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for producing plastic containers, in particular PET containers, by a blow molding or stretch blow molding process with the features of the independent patent claims 1 and 8, respectively.
  • Handling devices, systems, etc. require different types of energy, primarily mechanical drive energy, for example.
  • mechanical drive energy In the form of hydraulic and / or pneumatic pressure, heat energy and electrical energy.
  • the electrical energy is usually supplied via a public network and provided by a power company, while there are many different ways of supplying, generating and / or using the heat supply.
  • the mechanical energy as well as the energy sources for pneumatic and / or hydraulic drives and
  • Pressure supplies are usually also obtained by conversion from electrical energy, typically by means of electric motors.
  • Heat energy is provided by a heat generating plant or generated in the machine itself.
  • Compressed air is supplied from an air generation plant or a compressor associated with the machine (final discharge pressure up to 40 bar), while the electric power is supplied by a power distribution system.
  • final discharge pressure up to 40 bar
  • power distribution system In the energy and media supply is traditionally assumed that the various types of energy are widely available and externally available.
  • the primary object of the present invention is to improve and make more efficient the processes of filling containers, and in particular the provision and manufacture of the containers, typically by stretch blow molding of PET preforms.
  • the compressed air supply for the stretch blow molding operations and / or the optionally necessary heating energy and / or the mechanical drives in the energetic direction should be considered and, if possible, improved.
  • the present invention proposes an apparatus for producing plastic containers by blow or stretch blow molding of preforms, the preheating means for controlling the preforms, and, if necessary, heating means for heating blow or stretch blow molding before and during the blow or stretch blow molding operations , a compressed air supply to supply the blowing pressure necessary for the blow molding and drive means for the operation of the blowing and / or
  • Stretch blow molders for the transport and handling of the preforms and the reshaped PET containers.
  • the invention provides a supply of the preheating and / or the heating device and / or the compressed air supply and / or the drive means with energy conversion devices, which are fed from primary energy.
  • Primary energy in this context is understood in particular to mean fuel that is typically used to drive
  • Internal combustion engines is suitable and can be used, such as biogas, natural gas, liquid fuel, hydrogen.
  • heat engines with external fuel such as biogas, natural gas, liquid fuel, hydrogen.
  • Combustion or heat input e.g. Stirling engines, solid fuels, waste heat or solar energy can also be used.
  • Energy change devices may be wind or hydro turbine drives.
  • the plant components can preferably be coupled to each other mechanically and / or at least partially energetically, in particular via a common control, and wherein the plant components are coupled to one another in each case
  • Form energy conversion, storage and / or -certainsritten which are fed by at least one common energy conversion device, the mechanical drive or wave energy and / or electrical and / or thermal Energy supplies.
  • a power generation unit for example, a gas engine, a
  • Gas turbine or a suitable for other primary energy combustion engine such as diesel or Stirling engine can be used.
  • This energy generating unit can optionally with the preheating and / or with the possibly existing
  • this is the compressed air generation process for the blow molding process or for the stretch blow molding, in which the injection-molded preforms by heating and subsequent internal pressure in the desired
  • Compressed air supply typically used compressors have a significant share of the total energy consumption of a container manufacturing machine. Even considering an entire bottling plant, this proportion of energy is of considerable size.
  • Another important energy consumer is the tempering device for the preforms before blowing, for which predominantly
  • Infrared radiation or microwaves are used, for their generation usually externally generated electricity is used.
  • the gas turbine or gas engine used according to a preferred embodiment of the device according to the invention is expediently equipped with at least one heat exchanger, in particular with an exhaust gas heat exchanger which is coupled with at least one of the other parts of the plant, for example with the heating device for heating the blow molds and / or or with the temperature control device for pre-tempering the preforms.
  • a coolant heat exchanger can also be provided, with the aid of which the process temperature of the primary energy converter (i.e., of the engine) can be used for energy.
  • the thermal energy provided in this way can be supplied to the blowing process directly and / or via a heat store as a function of the temperature levels that can be delivered and removed in the container manufacturing process.
  • Particularly advantageous is the use of a layer heat storage, because of
  • Primary energy conversion delivered heat energy can now be used to preheat the Preforms and / or the heating of blow molds are used when thermally stable PET containers are to be produced in the heatset process. In this way, the power requirements for microwave or infrared generation can be reduced.
  • the energy conversion device or the gas turbine, the gas or combustion engine via a mechanical converter and / or a transmission with other components or system components such as the compressor of the compressed air system, mechanical drive means of a blow or
  • Stretch blow molding in particular a Blasrads or -karussells, and / or other conveyors coupled.
  • a mechanical transducer can serve to cover the mechanical drive requirements in a simple and energetically favorable and low-loss manner with the turbine or the engine.
  • a continuously variable transmission such as, for example, a friction belt transmission or the like can be used as the transmission. If the drive speeds are not subject to major fluctuations, as for example. The process speeds are substantially the same level, it may be useful to make the speed adjustments when starting the system or at their stop by means of a controlled clutch, the targeted slip control and thus a temporary speed adjustment and thus translation adjustment allowed. Conveniently, the
  • Preforms arranged to keep heat and pressure losses low.
  • a plurality of blow or stretch blow molding stations can be arranged uniformly distributed over the circumference of a rotating blowing wheel, wherein at least one energy conversion device operated with a primary energy carrier, in particular for supplying the necessary compressed air for blow molding or stretch blow molding, is arranged on the blow wheel.
  • a plurality of energy conversion devices operated with the primary energy carrier can particularly advantageously be arranged on such a rotating blowing wheel, with each blowing station in particular having a separate pressure motor for the same
  • Blow molding or stretch blow molding required heating energy can be assigned.
  • Such a compressed air motor can be made very compact, so that a direct Allocation to each blow station is quite feasible with existing equipment. For reasons of hygiene, it is particularly advantageous in this case
  • the stretch blow molding of the container can be done, for example, with a hydraulically or pneumatically driven stretch rod. For the so-called. Vorblasen sufficient pressure level of about 6 to 10 bar. This print can optionally be done by others
  • System parts are supplied so that it can be referred to as recycled air or as recycling pressure. Caching in small pressure reservoirs may be useful. Also very small and therefore cost-effective and operable compressors can be used for this purpose.
  • the subsequent prefilling is advantageously carried out with hot air to bring not only on the heated blow mold the required heating energy, but also on the compressed air with which the final container shape is made.
  • This blast air is generated in an advantageous manner with primary energy, with a restriction to areas up to 25 bar should be useful.
  • This level of pressure may be present in the machine itself, i. in a decentralized manner, via a controlled explosion of a suitable gas.
  • all fuel gases that can be termed primary energy can be used.
  • biogas i.
  • a biogas methane gas produced by a biogas methane gas, may be suitable for the purpose mentioned.
  • the explosion for utilizing the primary energy stored in the gas may drive a piston guided within a combustion chamber, similar to a known gasoline, diesel or gas engine or similar to a Stirling engine, said piston movement being mechanical, i. For example.
  • a compression piston drives. This serves for the compression of sucked ambient air to the required pressure level of about 25 bar or possibly even more in a single compressor stage. That the compressed air is at the same time very hot, can be used advantageously for internal heating and sterilization of the preforms. Should that be
  • the hot compressed air can be used without further treatment for blow molding the container or bottles, because the cooling of the plastic on the blow mold outer wall and the resulting expansion cold while relieving the bottles at the end of the bias process hold the foxes stable.
  • the hot air can provide for improved microbiological conditions in the bottle and in the air system of the blow molding machine. The conditions can be kept largely germ-free or germ-free.
  • a particular advantage of the configuration described is that it can be dispensed with the usual in an external compressor air cooling and subsequent air drying, since both aspects require relatively much energy. Instead of the usual drive of the compressor with electric current, he can directly with
  • the hot exhaust gases of the primary energy engine can also be used for heating or preheating the combustion medium (gas), as well as for operating an adsorption refrigeration system for the
  • the temperature control circuits can be supplied with energy via suitable heat exchangers.
  • the present invention also relates to a method for producing plastic containers by preform blow molding or stretch blow molding in which the preforms are tempered, the blow or stretch blow molds optionally heated before and during the blow or stretch blow molding operations and the preforms with compressed air be applied as blowing medium for the blow molding, and in which the blowing and / or stretch blow molding and handling and
  • Transport devices are supplied with drive energy.
  • Compressed air supply and / or the drive means are fed with primary energy.
  • multiple blowing stations may each be operated with separate energy conversion devices each operated with primary energy.
  • each blow station can be supplied with a separate pressure motor, the Compressed air and at least a portion of the required for the blow molding or stretch blow molding heating energy supplies.
  • Steam quantities can be useful and advantageous.
  • relatively large amounts of steam are converted in the brewhouse area, the energy content of which can be partially recovered by means of steam turbines.
  • These steam turbines can, for example, be used to generate electricity by using them to drive generators. Possibly. It is also possible, the mechanical wave energy of steam turbines for direct compressed air generation by means of directly driven
  • the device according to the invention may be part of a system for producing, filling, packaging and / or transporting beverages in beverage containers, in which the system components are coupled to one another mechanically and via a common control and at least partially energetically.
  • the form
  • Power generating unit are supplied, the mechanical wave energy and / or electrical and / or thermal energy supplies.
  • this power generation unit comprises at least one gas turbine or another suitable internal combustion engine which is mechanically coupled to an electric generator and / or to a compressor of a compressed air system.
  • the gas turbine or the engine may have at least one heat exchanger which is coupled to at least one of the plant parts.
  • a heat exchanger in particular, an exhaust gas heat exchanger in question, which use the heat energy contained in the hot exhaust gases and other heat consumers, eg. A shrink tunnel or a film heating device o. The like. Heat-requiring parts of equipment can provide ur.
  • a heat exchanger can be provided which can use the thermal energy contained in a cooling fluid of the gas turbine or engine and make it available to other consumers.
  • the energy generating unit or the gas turbine energetically supplies at least one dry sub-block of the container treatment plant and / or the beverage filling plant or a part thereof.
  • a part of the waste heat or all the waste heat, which are obtained from the heat exchanger units of the gas turbine can be energetically used for different purposes. It may be advantageous, for example, the power generation unit or the
  • the waste heat can, for example, be usefully used for a heating station for preforms and / or for a blow molding station.
  • a shrink tunnel of a packaging station can be supplied with heat, since the energy requirement is particularly high here.
  • Compressed air supply to be energetically coupled at least one packaging station.
  • This is typically a mechanical coupling in which the shaft power of the gas turbine for direct or indirect drive of
  • Compressed air compressors is used.
  • An indirect drive can take place, for example, via a conversion of the drive power into electrical energy by means of a generator and a compressor drive with an electric motor, whereby more flexible
  • Shrinking processes, material heating processes, heating processes of media are supplied directly or indirectly.
  • the resulting current can be used to operate drives, fans, motors, generators, etc.
  • Excess electricity can be fed back into the grid (public or in-house) and / or otherwise used.
  • a compressed air generation system can be coupled in which provides the beverage machines with the necessary compressed air.
  • fuel for the micro gas turbine can, for example, organic waste from the
  • Waste product The required compressed air is no longer supplied by an air generating system according to the invention, but obtained from the mechanical wave energy of the internal combustion engine.
  • the electric power is not obtained by a conventional power distribution system, but generated from the combined heat and power.
  • the conventional energy and media supply is assumed to be 100% available.
  • Micro gas turbine or a gas engine o. The like. Both a generator for generating electrical power as well as directly or indirectly coupled to drive a compressor for generating compressed air. Both the generator and the compressor can be switched on or off independently.
  • the resulting during combustion by the micro gas turbine exhaust gas is to be cooled by an exhaust gas heat exchanger through a suitable exchange medium.
  • the exchange medium steam, heating water, air, ...) is intended as a heat source for a beverage machine
  • the heat energy and electrical and / or pneumatic energy required by various parts of the installation can be advantageously provided by the power generation unit with the aid of the invention, which not only significantly reduces the total energy costs of the entire installation.
  • the use of heat storage, especially layer heat storage it is also a significant reduction in the emission of climate damaging
  • an energy-optimized blow molding machine for plastic containers preferably for stretch blow molding of PET bottles, with a low "carbon footprint" can be provided by the combined heat and power.
  • Fig. 1 shows a schematic block diagram of a variant of a
  • FIG. 2 shows an exemplary machine configuration of a so-called PET disposable line in which PET containers are formed from PET preforms, which are then filled with drinks.
  • Fig. 3 shows a first variant of a compressed air motor for generating compressed air from primary energy.
  • Fig. 4 shows a further variant of such a compressed air motor.
  • FIG. 5 shows an exemplary machine configuration of a
  • FIG. 1 The schematic representation of Fig. 1 shows a highly schematic
  • a motor 14 fed with primary energy 12 drives a converter 18 ("W”) and / or a transmission 20 (“G”) via a mechanical shaft connection 16. ), which in turn may drive other components of a container blow or stretch blow moulder 22 (“B”).
  • a compressor 24 and optionally further components not shown here, such as generators or the like, can preferably be driven via the gear 20 or the converter 18. This can also be, for example, a furnace chain, wheel, heating chain or the like
  • the converter 18 and / or the gearbox 20 serve to adjust the rotational speed at uneven processing speeds of the blow molding machine 22 or at different engine speeds
  • the compressor 24 can form the central compressed air generation 26 for supplying the blow molding machine 22.
  • FIG. 2 shows an alternative variant of the device 10, in which essentially each blowing station 28 of the stretch blow molding machine 22 has its own compressor 24.
  • the units, consisting of motor 14, compressor 24 and blowing station 28, are arranged several times on the rotary blowing wheel 30 of the stretch blow molding machine 22, wherein each of the motors 14 can be supplied with fuel / fuel, such as hydrogen, via a central power supply 12.
  • fuel / fuel such as hydrogen
  • hydrogen can in principle be considered all fuel gases which are considered as
  • Primary energy 12 can be designated.
  • the explosion to utilize the primary energy stored in the gas may drive a piston 34 guided within a combustion chamber 32, which piston movement is mechanically controlled, i.
  • a compression piston 38 drives, which moves in a compressor cylinder 40.
  • the compressor 38, 40 serves the compression of sucked ambient air to the required pressure level for blow molding in a single compressor stage.
  • the fact that the compressed air is at the same time very hot, can be utilized advantageously for internal heating of the preforms. Should that be
  • FIG. 4 shows an alternative variant of such a pressure motor using the example of a so-called free-piston engine 44
  • Free piston engine combines a heat engine with internal or external combustion and a work machine in the form of a compressor. Characteristic here is the direct, engine - free transmission of the cyclic movement of the
  • Piston 46 of the heat engine from the combustion chamber 48 to the compressor part 50 which accounts for any mechanical engines, such as. B. a crank mechanism.
  • the power output is nonmechanical.
  • This free piston engine 44 can be very compact and is characterized by great simplicity and a high
  • Such machines can thus be assigned to each blowing station 28 in a decentralized manner, as indicated in FIG.
  • the schematic block diagram of FIG. 5 illustrates an example
  • injection molding uses a so-called preform injection molding machine and a closure injection molding machine made of thermoplastic material, in particular of PET, to produce the so-called preforms and already finished closure caps.
  • the heat energy required for the injection molding process for melting the plastic or plastic granules to be processed can be obtained in particular from the waste heat of the gas turbine. Possibly. can also be applied for the injection molding hydraulic pressure from the press
  • Wave energy of the gas turbine can be obtained, typically by direct
  • the preforms are first cleaned and then fed to a stretch blow molding machine, wherein the preforms are to be heated so that they can be deformed in the desired manner by the blow molding and the internal pressure applied.
  • the heat required for heating the preforms can optionally be obtained from the waste heat of the gas turbine or be applied by electric heaters such as. Infrared radiators, which can be fed in particular with the electrical energy supplied by the power generation unit.
  • the stretch blown containers are then cooled, whichever
  • Plant configuration in turn can be done via suitable heat exchanger, which also energetically with the power generation unit and / or with others
  • Closing cleaning station are then passed to a so-called. Wet part, in which the actual beverage bottling takes place.
  • the cleaning of the container before filling the liquid can, for example. Via a so-called. Rinser done, after which the bottles are filled with a filler and sealed with a capper.
  • the stations of the product preparation, ie the process technology, and the cleaning technology are coupled with the wet part, which is indicated by the arrangement of this block above the wet-section block.
  • the product to be bottled for example the beverage to be bottled, is supplied by the product processing plant via an optional Short-term heating system supplied to the filler. In a so-called.
  • Product preparation as well as the rinser and the filler are additionally connected to a cleaning system.
  • a drying which may, for example. Include a hot air blower. Again, this can in turn be used the waste heat of the gas turbine.
  • a labeling machine is used, which according to conventional usage is still attributable to the wet part of the system.
  • Other types of container labeling are also possible, for example, printing on a label or direct printing of the containers, which is typically done in the dry state of the containers.
  • Labeling machine needed, preferably from the of the
  • Power generating unit by means of the electric generator obtained electrical energy are made available, as well as if necessary, other parts of the system can be fed, for example.
  • the downstream of the wet part dry part of the system in turn comprises a packaging station, which, for example, by a so-called.
  • a packaging station which, for example, by a so-called.
  • Film wrapping module for wrapping the previously formed container of several
  • the shrink tunnel was a particularly energyintensive station of the plant, so that the operation with the waste heat from the gas turbine especially
  • Container transport conveys the containers to a grouping station and one downstream palletizing, after which the pallet transport for the storage of pallets in a warehouse or their transfer to transport facilities such as delivery truck o. The like. Can provide. At these stations mentioned there is further potential for using the electrical or pneumatic energy supplied by the plant.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Behältern durch Blas- oder Streckblasumformung von Vorformlingen, bei dem die Vorformlinge temperiert, gegebenenfalls die Blas- oder Streckblasformen vor und während der Blas- oder Streckblasformvorgänge beheizt und die Vorformlinge mit Druckluft als Blasmedium für die Blasumformung beaufschlagt werden, und bei dem die Blas- und/oder Streckblaseinrichtungen sowie Handhabungs- und Transporteinrichtungen mit Antriebsenergie versorgt werden, wobei die Druckluftversorgung und/oder die Vorwärm- und/oder Heizeinrichtung und/oder die Antriebseinrichtungen mit Primärenergie aus wenigstens einer Energiewandlungseinrichtung gespeist werden.

Description

Vo rri cht u n g u n d Ve rfa h re n zu r H erste l l u n g vo n
Ku n ststoff- Be hä lte rn
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Behältern, insbesondere PET-Behältern durch einen Blasumform- oder Streckblasumformprozess mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw. 8.
Wirtschaftliche Einheiten, Fertigungsanlagen und alle Arten von
Handhabungseinrichtungen, -anlagen usw. benötigen unterschiedliche Arten von Energie, in erster Linie mechanische Antriebsenergie, bspw. auch in Form von hydraulischem und/oder pneumatischem Druck, Wärmeenergie und elektrische Energie. Die elektrische Energie wird üblicherweise über ein öffentliches Leitungsnetz geliefert und von einem Energieversorgungsunternehmen zur Verfügung gestellt, während es für die Wärmeversorgung zahlreiche unterschiedliche Möglichkeiten der Lieferung, Erzeugung und/oder Nutzung gibt. Die mechanische Energie wie auch die Energieträger für pneumatische und/oder hydraulische Antriebe und
Druckversorgungen werden meist ebenfalls durch Wandlung aus elektrischer Energie gewonnen, typischerweise mittels Elektromotoren.
Bisher wird eine Maschine zur Getränkeherstellung i.d.R. über völlig unabhängige Energie-und Medienversorgungswege versorgt. Die benötigte
Wärmeenergie wird durch eine Wärmeerzeugungsanlage zur Verfügung gestellt oder in der Maschine selbst erzeugt. Druckluft wird aus einer Lufterzeugungsanlage oder einem der Maschine zugeordneten Kompressor (erzeugbarer Enddruck bis 40 bar) bezogen, während der elektrische Strom durch eine Stromverteilungsanlage geliefert wird. Bei der Energie- und Medienversorgung ist herkömmlicherweise davon auszugehen, dass die verschiedenen Energiearten weitestgehend verfügbar und von außen beziehbar sind. Eine irgendwie geartete Kopplung von
Energieerzeugungsprozessen und Energieverbrauchern besteht dabei entweder nur in Ansätzen oder gar nicht.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Das vorrangige Ziel der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, die Prozesse bei der Abfüllung von Behältern und insbesondere bei der Bereitstellung und Herstellung der Behälter - typischerweise durch Streckblasformen von PET- Vorformüngen - zu verbessern und energieeffizienter zu machen. In diesem
Zusammenhang soll insbesondere die Druckluftversorgung für die Streckblasvorgänge und/oder die ggf. hierfür notwendige Heizenergie und/oder die mechanischen Antriebe in energetischer Richtung betrachtet und nach Möglichkeit verbessert werden.
Dieses Ziel der Erfindung wird mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Zur Erreichung des genannten Ziels schlägt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Behältern durch Blas- oder Streckblasumformung von Vorformlingen vor, die Vorwärmeinrichtungen zur Temperierung der Vorformlinge, bedarfsweise Heizeinrichtungen zum Erwärmen von Blas- oder Streckblasformen vor und während der Blas- oder Streckblasformvorgänge, eine Druckluftversorgung zur Lieferung des für die Blasumformung notwendigen Blasdrucks sowie Antriebseinrichtungen für den Betrieb der Blas- und/oder
Streckblaseinrichtungen, für den Transport und die Handhabung der Vorformlinge und der umgeformten PET-Behälter aufweist. Zudem sieht die Erfindung eine Versorgung der Vorwärm- und/oder der Heizeinrichtung und/oder der Druckluftversorgung und/oder der Antriebseinrichtungen mit Energiewandeleinrichtungen vor, die aus Primärenergie gespeist sind. Unter Primärenergie wird in diesem Zusammenhang insbesondere Brennstoff verstanden, der typischerweise zum Antrieb von
Verbrennungskraftmaschinen geeignet ist und eingesetzt werden kann, wie Biogas, Erdgas, Flüssigtreibstoff, Wasserstoff. Bei Wärmekraftmaschinen mit äußerer
Verbrennung bzw. Wärmezufuhr, z.B. Stirlingmotoren, können auch Festbrennstoffe, Abwärme oder Solarenergie zum Einsatz kommen. Weitere
Energiewandeleinrichtungen können Wind- oder Wasserturbinenantriebe sein.
Die Anlagenteile können vorzugsweise mechanisch und/oder zumindest teilweise energetisch miteinander gekoppelt sein, insbesondere über eine gemeinsame Steuerung, und wobei die Anlagenteile jeweils miteinander gekoppelte
Energiewandlungs-, -Speicher- und/oder -verbrauchseinheiten bilden, die von mindestens einer gemeinsamen Energiewandeleinrichtung gespeist sind, die mechanische Antriebs- bzw. Wellenenergie und/oder elektrische und/oder thermische Energie liefert. Als Energieerzeugungseinheit kann bspw. ein Gasmotor, eine
Gasturbine oder ein für andere Primärenergieträger geeigneter Verbrennungsmotor wie Diesel- oder Stirlingmotor eingesetzt werden. Diese Energieerzeugungseinheit kann wahlweise mit den Vorwärm- und/oder mit den ggf. vorhandenen
Heizeinrichtungen und/oder mit den Antriebseinrichtungen und/oder mit einem elektrischen Generator und/oder mit einem Kompressor der Druckluftanlage gekoppelt sein. Naturgemäß ist hierbei die Drucklufterzeugung für den Blasformprozess bzw. für den Streckblasform prozess, bei dem die spritzgegossenen Vorformlinge durch Erwärmung und anschließende Innendruckbeaufschlagung in die gewünschte
Behälterform gebracht werden, von besonderem Interesse; da diese
Drucklufterzeugung wegen der z.T. sehr hohen Blasdrücke (bis 40 bar) einen ganz wesentlichen Anteil am Energieverbrauch einer solchen Behälterherstellungs- sowie Behälterbehandlungs- und Getränkeabfüllanlage ausmacht. Die für die
Druckluftbereitstellung typischerweise eingesetzten Kompressoren haben einen erheblichen Anteil am Gesamtenergieverbrauch einer Behälterherstellungsmaschine. Selbst bei Betrachtung einer gesamten Getränkeabfüllanlage ist dieser Energieanteil von erheblicher Dimension. Ein weiterer bedeutsamer Energieverbraucher ist die Temperiereinrichtung für die Vorformlinge vor dem Blasen, wozu überwiegend
Infrarotstrahlung oder Mikrowellen eingesetzt werden, für deren Erzeugung in der Regel extern erzeugter Strom verwendet wird.
Die/der gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzte Gasturbine, Gasmotor oder Verbrennungsmotor ist zweckmäßigerweise mit wenigstens einem Wärmetauscher, insbesondere mit einem Abgaswärmetauscher ausgestattet, der mit wenigstens einem der übrigen Anlagenteile gekoppelt ist, bspw. mit der Heizeinrichtung zur Erwärmung der Blasformen und/oder mit der Temperierungseinrichtung zur Vortemperierung der Vorformlinge. Darüber hinaus kann auch ein Kühlmittelwärmetauscher vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die Prozesstemperatur des Primärenergiewandlers (d.h. des Motors) energetisch genutzt werden kann. Die derart bereitgestellte thermische Energie kann direkt und/oder über einen Wärmespeicher in Abhängigkeit der gelieferten und im Behälterherstellprozess abnehmbaren Temperaturniveaus dem Blasprozess zugeführt werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Schichtenwärmespeichers, wegen der
passgenauen Temperaturniveau-Entnahmemöglichkeit. Die aus der
Primärenergieumwandlung gelieferte Wärmeenergie kann nun zum Vorerwärmen der Vorformlinge und/oder dem Heizen von Blasformen verwendet werden, wenn thermisch belastbare PET-Behälter im Heatset-Verfahren hergestellt werden sollen. Auf diese Weise ist der Strombedarf zur Mikrowellen- oder Infraroterzeugung reduzierbar. Darüber hinaus kann die Energiewandlungseinrichtung bzw. die Gasturbine, der Gas- oder Verbrennungsmotor über einen mechanischen Wandler und/oder ein Getriebe mit weiteren Komponenten bzw. Anlagenteilen wie dem Kompressor der Druckluftanlage, mechanischen Antriebseinrichtungen einer Blasform- oder
Streckblasanlage, insbesondere eines Blasrads oder -karussells, und/oder weiteren Fördereinrichtungen gekoppelt sein. Ein solcher mechanischer Wandler kann dazu dienen, die mechanischen Antriebserfordernisse auf einfache und energetisch günstige und verlustarme Weise mit der Turbine bzw. dem Motor zu decken. Als Getriebe kann bspw. ein stufenloses Getriebe wie bspw. ein Reibriemengetriebe o. dgl. zum Einsatz kommen. Sofern die Antriebsgeschwindigkeiten keinen größeren Schwankungen unterliegen, da bspw. die Prozessgeschwindigkeiten im Wesentlichen auf gleichem Niveau liegen, kann es ggf. sinnvoll sein, die Drehzahlangleichungen beim Anlaufen der Anlage oder bei deren Stopp mittels einer geregelten Kupplung vorzunehmen, die eine gezielte Schlupfregelung und damit eine vorübergehende Drehzahlanpassung und damit Übersetzungsanpassung erlaubt. Zweckmäßigerweise sind die
Energiewandlungseinrichtung und/oder der Kompressor zur Blaslufterzeugung räumlich möglichst nah an der Blasmaschine und deren Heizstation für die
Vorformlinge angeordnet, um Wärme- und Druckverluste gering zu halten.
Gemäß einer weiteren Variante der Vorrichtung kann eine Mehrzahl von Blasoder Streckblasstationen gleichmäßig verteilt über den Umfang eines rotierenden Blasrades angeordnet sein, wobei wenigstens eine mit einem Primärenergieträger betriebene Energiewandlungseinrichtung, insbesondere zur Lieferung der für das Blasoder Streckblasformen notwendigen Druckluft, auf dem Blasrad angeordnet ist.
Besonders vorteilhaft können auf einem solchen rotierenden Blasrad mehrere mit dem Primärenergieträger betriebene Energiewandlungseinrichtungen angeordnet sein, wobei insbesondere jeder Blasstation ein separater Druckmotor zur
Druckluftversorgung und/oder zur Lieferung zumindest eines Teils der für das
Blasformen oder das Streckblasformen benötigten Heizenergie zugeordnet sein kann. Ein solcher Druckluftmotor kann sehr kompakt ausgeführt sein, so dass eine direkte Zuordnung zu jeder Blasstation durchaus bei vorhandenen Anlagen realisierbar ist. Besonders vorteilhaft ist in diesem Fall aus hygienischen Gründen ein
Primärenergieträger wie Wasserstoff, der schadstofffrei ohne negativen Einfluss auf die Blasluft umsetzbar ist. Das Streckblasformen der Behälter kann bspw. mit einer hydraulisch oder pneumatisch angetriebenen Reckstange erfolgen. Für das sog. Vorblasen genügt ein Druckniveau von ca. 6 bis 10 bar. Dieser Druck kann wahlweise von anderen
Anlagenteilen geliefert werden, so dass er als Recyclingluft oder als Recyclingdruck bezeichnet werden kann. Eine Zwischenspeicherung in kleinen Druckreservoirs kann ggf. sinnvoll sein. Auch können hierfür sehr kleine und damit kostengünstig einsetzbare und betreibbare Kompressoren eingesetzt werden. Das anschließend erfolgende Fertigblasen erfolgt vorteilhaft mit heißer Luft, um nicht nur über die erwärmte Blasform die benötigte Heizenergie einzubringen, sondern auch über die Druckluft, mit der die endgültige Behälterform hergestellt wird. Diese Blasluft wird in vorteilhafter Weise mit Primärenergie erzeugt, wobei eine Beschränkung auf Bereiche bis zu 25 bar sinnvoll sein dürfte. Dieses Druckniveau kann in der Maschine selbst, d.h. in dezentraler Weise, über eine kontrollierte Explosion eines geeigneten Gases erzeugt werden. Neben Wasserstoff kommen hierfür grundsätzlich alle Brenngase in Frage, die als Primärenergie bezeichnet werden können. Auch Biogas, d.h. insbesondere durch einen Biogasprozess erzeugtes Methangas, kann sich für den genannten Zweck eignen. Die Explosion zur Nutzung der im Gas gespeicherten Primärenergie kann einen innerhalb eines Verbrennungsraums geführten Kolben antreiben, ähnlich einem bekannten Otto-, Diesel- oder Gasmotor bzw. ähnlich einem Sterlingmotor, wobei diese Kolbenbewegung auf mechanische Weise, d.h. bspw. über ein Schubkurbelgetriebe oder auf andere geeignete Weise, einen Verdichtungskolben antreibt. Dieser dient der Verdichtung angesaugter Umgebungsluft auf das benötigte Druckniveau von ca. 25 bar oder ggf. auch mehr in einer einzigen Verdichterstufe. Dass die komprimierte Luft dabei gleichzeitig sehr heiß wird, kann in vorteilhafter Weise zur inneren Erwärmung und Sterilisation der Vorformlinge ausgenutzt werden. Sollte jedoch das
Temperaturniveau beim Verdichten zu hoch sein, kann ggf. eine Zwischenkühlung notwendig bzw. sinnvoll sein, wobei die Abwärme über Wärmetauscher genutzt und weiterverarbeitet werden kann. Die solcherart gewonnene heiße Druckluft kann ohne weitere Behandlung zum Blasumformen der Behälter oder Flaschen eingesetzt werden, denn die Kühlung des Kunststoffes an der Blasformaußenwand sowie die entstehende Expansionskälte beim Entlasten der Flaschen am Ende des Biasvorganges halten die Fiaschen stabil. Zudem kann die heiße Luft für verbesserte mikrobiologische Bedingungen in der Flasche und in dem Luftsystem der Blasmaschine sorgen. Die Bedingungen können weitgehend keimarm bzw. keimfrei gehalten werden.
Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Konfiguration liegt darin, dass auf die in einem externen Kompressor übliche Luftkühlung und anschließende Lufttrocknung verzichtet werden kann, da beide Aspekte relativ viel Energie benötigen. Anstelle des üblichen Antriebs des Kompressors mit elektrischem Strom kann er direkt mit
Primärenergie betrieben werden, wodurch die Wandlungsverluste reduziert sind und die Kohlendioxidbilanz verbessert ist. Sofern die Variante mit dem zentral eingesetzten Primärenergiemotor zum Einsatz kommt, können hierüber bestenfalls sämtliche mechanischen Antriebe betrieben werden, bspw. das Blasrad, die Ofenkette,
Hydraulikpumpen, Lüftergebläse etc. Die heißen Abgase des Primärenergiemotors können auch zur Erwärmung bzw. Vorwärmung des Verbrennungsmediums (Gas) verwendet werden, ebenso zum Betrieb einer Adsorptions-Kälteanlage für die
Formkühlung. Bei Heißabfüllanlagen können über geeignete Wärmetauscher die Temperierkreisläufe energetisch gespeist werden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Behältern durch Blas- oder Streckblasumformung von Vorformlingen, bei dem die Vorformlinge temperiert, die Blas- oder Streckblasformen ggf. vor und während der Blas- oder Streckblasformvorgänge beheizt und die Vorformlinge mit Druckluft als Blasmedium für die Blasumformung beaufschlagt werden, und bei dem die Blas- und/oder Streckblaseinrichtungen sowie Handhabungs- und
Transporteinrichtungen mit Antriebsenergie versorgt werden. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass die Vorwärm- und/oder Heizeinrichtung und/oder die
Druckluftversorgung und/oder die Antriebseinrichtungen mit Primärenergie gespeist werden. Wahlweise können mehrere Blasstationen jeweils mit separaten, jeweils mit Primärenergie betriebenen Energiewandlungseinrichtungen betrieben werden. So kann bspw. jede Blasstation mit einem separaten Druckmotor versorgt werden, der die Druckluft sowie zumindest einen Teil der für das ßlasformen oder das Streckblasformen benötigten Heizenergie liefert.
Nicht zuletzt sollte erwähnt werden, dass auch Dampfturbinen eingesetzt werden können, was insbesondere bei Anlagenumgebungen mit großen
Dampfmengen sinnvoll und vorteilhaft sein kann. So werden in Brauereien relativ große Dampfmengen im Sudhausbereich umgesetzt, deren Energiegehalt mittels Dampfturbinen teilweise rückgewinnbar gemacht werden kann. Diese Dampfturbinen können bspw. zur Stromerzeugung eingesetzt werden, indem damit Generatoren angetrieben werden. Ggf. ist es auch möglich, die mechanische Wellenenergie der Dampfturbinen zur direkten Drucklufterzeugung mittels direkt angetriebener
Kompressoren einzusetzen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann Teil einer Anlage zur Herstellung, Abfüllung, Verpackung und/oder zum Transport von Getränken in Getränkebehältern sein, bei der die Anlagenteile mechanisch und über eine gemeinsame Steuerung und zumindest teilweise energetisch miteinander gekoppelt sind. Zudem bilden die
Anlagenteile jeweils miteinander gekoppelte Energiewandlungs-, -Speicher- und/oder Energieverbrauchseinheiten, die von mindestens einer gemeinsamen
Energieerzeugungseinheit gespeist sind, die mechanische Wellenenergie und/oder elektrische und/oder thermische Energie liefert. Diese Energieerzeugungseinheit umfasst insbesondere wenigstens eine Gasturbine oder einen anderen geeigneten Verbrennungsmotor, die/der mechanisch mit einem elektrischen Generator und/oder mit einem Kompressor einer Druckluftanlage gekoppelt ist. Weiterhin kann die Gasturbine bzw. der Motor wenigstens einen Wärmetauscher aufweisen, der mit wenigstens einem der Anlagenteile gekoppelt ist. Als Wärmetauscher kommt insbesondere ein Abgaswärmetauscher in Frage, der die in den heißen Abgasen enthaltene Wärmeenergie nutzen und anderen Wärmeverbrauchern, bspw. einem Schrumpftunnel oder einer Folienerwärmungseinrichtung o. dgl. Wärme benötigenden Anlagenteilen ur Verfügung stellen kann. Darüber hinaus oder alternativ kann jedoch ein Wärmetauscher vorgesehen sein, der die in einem Kühlfluid der Gasturbine oder Motor enthaltene Wärmeenergie nutzen und anderen Verbrauchern zur Verfügung stellen kann. Bei einer Koppelung der erwähnten Einheiten der erfindungsgemäßen Anlage kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn die Energieerzeugungseinheit bzw. die Gasturbine zumindest einen Trockenteilblock der Behälterbehandlungsanlage und/oder der Getränkeabfüllanlage oder einen Teil davon energetisch versorgt. So kann ein Teil der Abwärme oder die gesamte Abwärme, die aus den Wärmetauschereinheiten der Gasturbine gewonnen werden, energetisch für unterschiedliche Zwecke genutzt werden. Vorteilhaft kann es bspw. sein, die Energieerzeugungseinheit bzw. die
Gasturbine zumindest mit einer Heizstation der Behälterbehandlungsanlage
energetisch zu koppeln. Die Abwärme kann bspw. sinnvoll für eine Beheizungsstation für Vorformlinge und/oder für eine Blasformstation genutzt werden. Besonders vorteilhaft kann ein Schrumpftunnel einer Verpackungsstation mit Wärme versorgt werden, da hier der Energiebedarf besonders hoch ist. Weiterhin kann die
Energieerzeugungseinheit bzw. die Gasturbine zumindest mit einer
Druckluftversorgung wenigstens einer Verpackungsstation energetisch gekoppelt sein. Hierbei handelt es sich typischerweise um eine mechanische Koppelung, bei der die Wellenleistung der Gasturbine zum direkten oder indirekten Antrieb von
Druckluftkompressoren genutzt wird. Ein indirekter Antrieb kann bspw. über eine Wandlung der Antriebsleistung in elektrische Energie mittels eines Generators und einem Kompressorantrieb mit einem Elektromotor erfolgen, wodurch flexiblere
Antriebsregelmöglichkeiten bestehen.
Im vorliegenden Zusammenhang wird sowohl der mögliche Einsatz als auch die Einbindung einer Kraft-Wärmekopplung in den Prozess der Getränkeherstellung, Abfüllung und Verpackung und den Transport von Getränkepaletten sowie damit verbundener und/oder koppelbarer Prozesse beschrieben. Es wird damit ein Verfahren zur Einbindung alternativer Energieerzeugungsanlagen in den Prozess der
Getränkeherstellung, der Getränkeabfüllung und Getränkeverpackungstechnik, sowie des Transportes von Getränkepaletten erläutert. Da die Anlagenteile und Maschinen in der Getränkeindustrie in aller Regel Wärme, elektrischen Strom und Druckluft zur Produktion benötigen, wird mittels der erfindungsgemäßen Kraft-Wärmekopplung, insbesondere unter Einbeziehung einer Mikrogasturbine, durch Verbrennung von Gas oder Biogas elektrischer Strom erzeugt. Die durch die Verbrennung des Gases entstehende Abwärme kann bspw. Auch zur Heizung von Gebäuden verwendet werden. Darüber hinaus können auch andere Anlagenteile mit der thermischen Energie versorgt werden. Durch die intelligente Kopplung einer Getränkeherstellungsmaschine mit einer Mikrogasturbine, kann die abgegebene Wärme der Maschine für
Schrumpfprozesse, Materialerwärmungsprozesse, Aufheizvorgänge von Medien direkt oder indirekt zugeführt werden. Der entstehende Strom kann zum Betreiben von Antrieben, Lüftern, Motoren, Strahlungserzeugem usw. genutzt werden.
Überschüssiger Strom kann ins Netz (öffentlich oder betriebsintern) zurückgespeist werden und/oder anderweitig genutzt werden. Über eine mechanische Erweiterung der Mikrogasturbine kann eine Drucklufterzeugungsanlage eingekoppelt werden, die den Getränkemaschinen die notwendige Druckluft zur Verfügung stellt. Als Brennmaterial für die Mikrogasturbine können bspw. organische Abfälle aus dem
Getränkeherstellungsprozess zugeführt werden. Gegenüber den bekannten Anlagen, bei denen die verschiedenen Maschinenteile zur Getränkeherstellung in der Regel über völlig unabhängige Energie- und Medienversorgungswege versorgt werden, ergeben sich wesentliche Vorteile. Während herkömmlicherweise die benötigte Wärme durch eine separate Wärmeerzeugungsanlage zur Verfügung gestellt oder in der Maschine selbst erzeugt wird, liefert die Kraft-Wärmekoppelung die Abwärme quasi als
Abfallprodukt. Die benötigte Druckluft wird erfindungsgemäß nicht mehr durch eine Lufterzeugungsanlage geliefert, sondern aus der mechanischen Wellenenergie der Verbrennungskraftmaschine gewonnen. Auch der elektrische Strom wird nicht durch eine herkömmliche Stromverteilungsanlage bezogen, sondern aus der Kraft- Wärmekoppelung erzeugt. Bei der herkömmlichen Energie- und Medienversorgung wird dabei ausgegangen, dass diese zu 100% verfügbar sind. Eine intelligente
Kopplung von Energieerzeugungsprozessen und Energieverbrauchern besteht bei bisher bekannten Anlagen nicht.
Diesen Nachteilen hilft die Erfindung dadurch ab, dass bspw. eine
Mikrogasturbine oder ein Gasmotor o. dgl. sowohl einen Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom als auch direkt oder indirekt gekoppelt einen Kompressor zur Erzeugung von Druckluft antreiben kann. Dabei kann sowohl der Generator als auch der Kompressor unabhängig ein- bzw. ausgeschaltet werden. Das bei der Verbrennung durch die Mikrogasturbine entstandenen Abgas soll über einen Abgaswärmetauscher durch ein geeignetes Tauschmedium abgekühlt werden. Das Tauschmedium (Dampf, Heizwasser, Luft, ...) soll dabei als Heizquelle für eine Getränkemaschine
(Schrumpftunnel, Blasofen, CIP-Anlage, ...) genutzt werden. Als Brennstoff können sowohl zugekauftes Gas als auch eigen gewonnenes Biogas aus organischen Abfällen des Getränkebetriebes genutzt werden. Ein intelligentes Steuerungssystem koordiniert und optimiert die Regelprozesse von Mikrogasturbine, Abgastauschsystem und Getränkemaschine.
Ergänzend kann erwähnt werden, dass die Koppelung der Energieerzeuger - d.h. der sog. Mikrogasturbine - und der Verbraucher der erfindungsgemäßen Anlage auch nur im Zusammenhang mit einem sog. Trockenteilblock stattfinden kann. Diese leicht einschränkende Variante ist jedoch keinesfalls zwingend, da es durchaus vorteilhaft sein kann, Verbrauchseinheiten, die dem sog. Nassteil einer Abfüllanlage zuzurechnen sind, mittels der Gasturbine oder einer anderen
Energieerzeugungseinheit energetisch, thermisch, elektrisch oder auf andere Weise zu versorgen.
Die von verschiedenen Anlagenteilen benötigte Wärmeenergie und elektrische und/oder pneumatische Energie kann mit Hilfe der Erfindung auf vorteilhafte Weise von der Energieerzeugungseinheit zur Verfügung gestellt werden, wodurch nicht nur die Gesamtenergiekosten der gesamten Anlage deutlich reduziert werden können. Günstig ist die Verwendung von Wärmespeichern, insbesondere Schichtenwärmespeichern. Auch ist damit eine deutliche Reduktion der Emission von klimaschädlichem
Kohlendioxid verbunden, wodurch die erfindungsgemäße Konfiguration einen wertvollen Beitrag zur Schonung der Energieressourcen sowie zum Schutz der Umwelt vor klimarelevanten Emissionen liefern kann. Durch die Kraft-Wärme-Kopplung kann insbesondere eine energetisch optimierte Blasmaschine für Kunststoffbehälter, vorzugsweise zum Streckblasen von PET-Flaschen, mit einem geringen„Carbon Footprint" bereitgestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Ausführungsbeispiele dienen zur Veranschaulichung der Erfindung, sind jedoch in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Variante einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Maschinenkonfiguration einer sog. PET-Einweg- Linie, bei der aus PET-Vorformlingen PET-Behälter geformt werden, die anschließend mit Getränken befüllt werden. Fig. 3 zeigt eine erste Variante eines Druckluftmotors zur Erzeugung von komprimierter Luft aus Primärenergie.
Fig. 4 zeigt eine weitere Variante eines solchen Druckluftmotors.
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Maschinenkonfiguration einer
Getränkeabfüllanlage.
Die schematische Darstellung der Fig. 1 zeigt ein stark schematisiertes
Blockdiagramm einer Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Systems bzw. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Hierbei treibt ein mit Primärenergie 12 gespeister Motor 14 („M") über eine mechanische Wellenverbindung 16 einen Wandler 18 („W") und/oder ein Getriebe 20 („G"), das wiederum weitere Komponenten einer Behälterblas- oder Streckblasmaschine 22 („B") antreiben kann. Über das Getriebe 20 bzw. den Wandler 18 können bevorzugt ein Kompressor 24 („K") sowie ggf. weitere, hier nicht dargestellte Komponenten wie Generatoren oder dgl. angetrieben werden. Dies können bspw. auch eine Ofenkette, -rad, eine Heizkette o. dgl. sein. Der Wandler 18 und/oder das Getriebe 20 dienen der Drehzahlanpassung bei ungleichmäßiger Verarbeitungsgeschwindigkeit der Blasmaschine 22 oder auch bei unterschiedlichen Motordrehzahlen. Der Kompressor 24 kann die zentrale Drucklufterzeugung 26 für die Versorgung der Blasmaschine 22 bilden.
Die Darstellung der Fig. 2 zeigt eine alternative Variante der Vorrichtung 10, bei der im Wesentlichen jede Blasstation 28 der Streckblasmaschine 22 ihren eigenen Kompressor 24 aufweist. Die Einheiten, bestehend aus Motor 14, Kompressor 24 und Blasstation 28 sind mehrfach auf dem rotierenden Blasrad 30 der Streckblasmaschine 22 angeordnet, wobei jeder der Motoren 14 über eine zentrale Energieversorgung 12 mit Treibstoff/Brennstoff wie beispielsweise Wasserstoff versorgt werden kann. Anhand der Darstellung der Fig. 3 sollen die verschiedenen Varianten von
Druckmotoren verdeutlicht werden. Das Streckblasformen der aus Vorformlingen hergestellten Behälter kann bspw. mit einer hydraulisch oder pneumatisch
angetriebenen Reckstange erfolgen. Für das sog. Vorblasen der Behälter genügt ein Druckniveau von ca. 6 bis 10 bar. Dieser Druck kann wahlweise von anderen
Anlagenteilen geliefert werden. Das anschließende Fertigblasen erfolgt mit heißer Luft, um nicht nur über die erwärmte Blasform die benötigte Heizenergie einzubringen, sondern auch über die Druckluft, mit der die endgültige Behälterform hergestellt wird. Diese Blasluft wird mit Primärenergie 12 erzeugt, wobei eine Beschränkung auf Bereiche bis zu 25 bar sinnvoll ist. Dieses Druckniveau kann in der Vorrichtung über eine kontrollierte Explosion eines geeigneten Gases erzeugt werden. Neben
Wasserstoff kommen hierfür grundsätzlich alle Brenngase in Frage, die als
Primärenergie 12 bezeichnet werden können. Die Explosion zur Nutzung der im Gas gespeicherten Primärenergie kann einen innerhalb eines Verbrennungsraums 32 geführten Kolben 34 antreiben, wobei diese Kolbenbewegung auf mechanische Weise, d.h. bspw. über ein Schubkurbelgetriebe oder auf andere geeignete Koppelung 36, einen Verdichtungskolben 38 antreibt, der sich in einem Kompressorzylinder 40 bewegt. Der Kompressor 38, 40 dient der Verdichtung angesaugter Umgebungsluft auf das benötigte Druckniveau für das Blasformen in einer einzigen Verdichterstufe. Dass die komprimierte Luft dabei gleichzeitig sehr heiß wird, kann in vorteilhafter Weise zur inneren Erwärmung der Vorformlinge ausgenutzt werden. Sollte jedoch das
Temperaturniveau beim Verdichten zu hoch sein, kann ggf. eine Zwischenkühlung notwendig bzw. sinnvoll sein, wobei die Abwärme über Wärmetauscher genutzt und weiterverarbeitet werden kann. Auch kann ggf. ein Wärmetauschermantel 42 vorgesehen sein, um die in der komprimierten Luft enthaltene Wärmeenergie zu nutzen. Die schematische Darstellung der Fig. 4 zeigt eine alternative Variante eines solchen Druckmotors am Beispiel einer sog. Freikolbenmaschine 44. Diese
Freikolbenmaschine kombiniert eine Wärmekraftmaschine mit innerer oder äußerer Verbrennung und eine Arbeitsmaschine in Gestalt eines Verdichters. Charakteristisch ist hierbei die direkte, triebwerklose Übertragung der zyklischen Bewegung des
Kolbens 46 der Wärmekraftmaschine von der Brennkammer 48 auf den Verdichterteil 50, wodurch entfallen jegliche mechanische Triebwerke, wie z. B. ein Kurbeltrieb. Die Leistungsabgabe erfolgt nichtmechanisch. Diese Freikolbenmaschine 44 lässt sich sehr kompakt bauen und zeichnet sich durch große Einfachheit und ein hohes
Leistungs-Gewichts-Verhältnis aus. Solche Maschinen lassen sich somit dezentral jeder Blasstation 28 zuordnen, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist.
Das schematische Blockschaltbild der Fig. 5 illustriert eine beispielhafte
Maschinenkonfiguration einer sog. PET-Einweg-Linie, bei der aus PET-Vorformlingen PET-Behälter geformt werden, die anschließend mit Getränken befüllt werden. Bei der ganz links gezeigten ersten Station, dem Spritzgießen, werden mit einer sog. Preform- Spritzgussmaschine und einer Verschluss-Spritzmaschine aus thermoplastischem Kunststoff, insbesondere aus PET, die sog. Vorformlinge und bereits fertig geformte Verschlussdeckel hergestellt. Die für den Spritzgussvorgang benötigte Wärmeenergie zum Aufschmelzen des zu verarbeitenden Kunststoffes bzw. Kunststoffgranulats kann insbesondere aus der Abwärme der Gasturbine gewonnen werden. Ggf. kann auch der für das Spritzgießen aufzubringende hydraulische Pressendruck aus der
Wellenenergie der Gasturbine gewonnen werden, typischerweise durch direkte
Koppelung eines hydraulischen Druckerzeugers oder einer Hydraulikpumpe mit der rotierenden Welle der Gasturbine, ggf. unter Zwischenschaltung einer mechanischelektrischen Wandlung, so dass der hydraulische Antrieb entweder direkt von der Gasturbine oder durch einen Elektromotor betrieben werden kann.
In der nachfolgenden Anlagenstation, dem sog. Streckblasen, werden die Vorformlinge zunächst gereinigt und anschließend einer Streckblasmaschine zugeführt, wobei die Vorformlinge zu erwärmen sind, damit sie sich in gewünschter Weise durch die Blasformen und den dabei aufgebrachten Innendruck verformen lassen. Die zum Erwärmen der Vorformlinge benötigte Wärme kann wahlweise aus der Abwärme der Gasturbine gewonnen werden oder durch elektrische Heizeinrichtungen wie bspw. Infrarotstrahler aufgebracht werden, die insbesondere mit der von der Energieerzeugungseinheit gelieferten elektrischen Energie gespeist werden können. Die streckgeblasenen Behälter werden anschließend gekühlt, was je nach
Anlagenkonfiguration wiederum über geeignete Wärmetauscher erfolgen kann, die ebenfalls energetisch mit der Energieerzeugungseinheit und/oder mit anderen
Anlagenteilen gekoppelt sein können. Die fertig geformten Behälter inklusive der gereinigten Verschlüsse (vgl.
Verschlussreinigungs-Station) werden anschließend an einen sog. Nassteil übergeben, in dem die eigentliche Getränkeabfüllung erfolgt. Die Reinigung der Behälter vor der Abfüllung der Flüssigkeit kann bspw. über einen sog. Rinser erfolgen, wonach die Flaschen mit einem Füller befüllt und mit einem Verschließer verschlossen werden. Mit dem Nassteil sind die Stationen der Produktaufbereitung, d.h. der Prozesstechnik, und der Reinigungstechnik gekoppelt, was durch die Anordnung dieses Blocks oberhalb des Nassteilblocks angedeutet ist. Das abzufüllende Produkt, bspw. das abzufüllende Getränk, wird von der Produktaufbereitungsanlage über eine optionale Kurzzeiterhitzungsanlage zum Füller geliefert. Bei einer sog. Kaltabfüllung entfällt das kurzzeitige Erhitzen, während eine herkömmliche Abfüllung generell das Erhitzen der Getränke vor dem Abfüllen zur Sicherstellung der Haltbarkeit und Keimfreiheit bzw. Keimarmut vorsieht. Auch diese Kurzzeiterhitzungsaniage kann auf vorteilhafte Weise die Abwärme der Energieerzeugungseinheit nutzen, bspw. über die
Abgaswärmetauscher der Gasturbine o.ä. Beide erwähnten Anlagenteile der
Produktaufbereitung sowie der Rinser und der Füller stehen zusätzlich mit einer Reinigungsanlage in Verbindung.
Nach dem Befüllen der Behälter und deren Verschließen werden sie über einen geeigneten Behältertransport einer Trocknung zugeführt, die bspw. ein Heißluftgebläse umfassen kann. Auch hierfür kann wiederum die Abwärme der Gasturbine genutzt werden. Normalerweise erfolgt nach der Trocknung die Etikettierung der Behälter, wozu entsprechend Fig. 2 eine Etikettiermaschine dient, die nach herkömmlichem Sprachgebrauch noch dem Nassteil der Anlage zuzurechnen ist. Es sind auch andere Arten der Behälteretikettierung möglich, bspw. ein Bedrucken eines Etiketts oder ein direktes Bedrucken der Behälter, was typischerweise in trockenem Zustand der Behälter erfolgt. Die elektrische und/oder pneumatische Energie, welche die
Etikettiermaschine benötigt, kann vorzugsweise aus der von der
Energieerzeugungseinheit mittels des elektrischen Generators gewonnenen elektrischen Energie zur Verfügung gestellt werden, ebenso wie damit ggf. weitere Anlagenteile gespeist werden können, bspw. die Transporteinrichtungen, die Füller, Verschließer etc.
Der dem Nassteil nachgeordnete Trockenteil der Anlage umfasst wiederum eine Verpackungsstation, die bspw. durch eine sog. Variopack-Anlage mit
Folieneinschlagmodul zum Umhüllen der zuvor gebildeten Gebinde aus mehreren
Getränkebehältern mit Schrumpffolie und dem anschließenden Erwärmen dieser Folie in einem Schrumpftunnel sowie nachgeordnete Transporteinrichtungen gebildet sein kann. Der Schrumpftunnel stellte eine besonders energieintensinve Station der Anlage dar, so dass der Betrieb mit der Abwärme aus der Gasturbine besonders
wünschenswert ist. In der Nutzung der von den Abgaswärmetauschern gewonnenen Energie liegt ein großes Einsparpotenzial, da der Betrieb solcher Schrumpftunnel normalerweise relativ hohe Energiekosten verursacht. Der anschließende
Gebindetransport fördert die Gebinde zu einer Gruppierstation und einer nachgeordneten Palettierstation, wonach der Palettentransport für die Einlagerung der Paletten in einem Lager oder deren Übergabe an Transporteinrichtungen wie Liefer- Lkw o. dgl. sorgen kann. Bei diesen erwähnten Stationen besteht weiteres Potenzial zur Nutzung der von der Anlage gelieferten elektrischen oder pneumatischen Energie. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen
Ausgestaltungen von Bedeutung sein. Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.
Die dargestellten und oben erläuterten Figuren stellen nur mögliche
Ausführungsbeispiele dar. Daraus lässt sich jedoch keinesfalls ableiten, dass eine Verwendung bei z.B. einer Mehrweg-Linie oder auch in der Prozesstechnik
ausgeschlossen wäre. Auch bei solchen Anwendungen lassen sich die
erfindungsgemäßen energetischen Verknüpfungen vorteilhaft einsetzen.

Claims

Pate n ta n s p rü ch e
Vorrichtung zur Herstellung von Kunststoff-Behältern durch Blas- oder
Streckblasumformung von Vorformlingen, wobei die Vorrichtung vorzugsweise wenigstens eine der nachfolgenden Einrichtungen aufweist, nämlich
Vorwärmeinrichtungen zur Temperierung der Vorformiinge, Heizeinrichtungen zum Erwärmen von Blas- oder Streckblasformen vor und während der Blas- oder Streckblasformvorgänge, eine Druckluftversorgung zur Lieferung des für die Blasumformung notwendigen Blasdrucks sowie Antriebseinrichtungen für den Betrieb der Blas- und/oder Streckblaseinrichtungen, für den Transport und die Handhabung der Vorformiinge und der umgeformten PET-Behälter aufweist, gekennzeichnet durch eine Versorgung der Druckluftversorgung und/oder der Vorwärm- und/oder der Heizeinrichtung und/oder der Antriebseinrichtungen mit wenigstens einer Energiewandeleinrichtung, die aus Primärenergie gespeist ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , bei der Anlagenteile mechanisch und/oder zumindest teilweise energetisch miteinander gekoppelt sind, insbesondere über eine gemeinsame Steuerung, wobei die Anlagenteile jeweils miteinander gekoppelte Energiewandlungs-, -Speicher- und/oder -verbrauchseinheiten bilden, die von mindestens einer gemeinsamen Energiewandeleinrichtung gespeist sind, die mechanische Antriebsenergie und/oder elektrische und/oder thermische Energie liefert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Energiewandlungseinheit wenigstens einen Gasmotor, eine Gasturbine oder einen für andere
Primärenergieträger geeigneten Verbrennungsmotor oder sonstigen Antrieb umfasst, der/die mit den Vorwärm- und/oder den Heizeinrichtungen und/oder mit den Antriebseinrichtungen und/oder mit einem elektrischen Generator und/oder mit einem Kompressor der Druckluftanlage gekoppelt ist/sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Gasturbine, der Gasmotor oder der Verbrennungsmotor wenigstens einen Wärmetauscher, insbesondere einen Abgaswärmetauscher aufweist, der mit wenigstens einem der Anlagenteile und/oder einem Wärmespeicher gekoppelt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Energiewandlungseinrichtung bzw. die Gasturbine, der Gas- oder Verbrennungsmotor oder sonstige Antrieb über einen mechanischen Wandler und/oder ein Getriebe mit weiteren Komponenten bzw. Anlagenteilen wie dem Kompressor der Druckluftanlage, mechanischen Antriebseinrichtungen einer Blasform- oder Streckblasanlage, insbesondere eines Blasrads oder -karussells, und/oder weiteren Fördereinrichtungen gekoppelt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der eine Mehrzahl von Blas- oder Streckblasstationen gleichmäßig verteilt über den Umfang eines rotierenden
Blasrades angeordnet ist, wobei wenigstens eine mit einem Primärenergieträger betriebene Energiewandlungseinrichtung, insbesondere zur Lieferung der für das Blas- oder Streckblasformen notwendigen Druckluft vorhanden ist, die
vorzugsweise auf einem Blasrad angeordnet ist. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der auf dem rotierenden Blasrad mehrere mit einem Primärenergieträger betriebene Energiewandlungseinrichtungen angeordnet sind, wobei insbesondere jeder Blasstation ein separater Druckmotor zur
Druckluftversorgung und/oder zur Lieferung zumindest eines Teils der für das Blasformen oder das Streckblasformen benötigten Heizenergie zugeordnet ist. 8. Verfahren zur Herstellung von Kunststoff-Behältern durch Blas- oder
Streckblasumformung von Vorformlingen, bei dem die Vorformlinge temperiert, gegebenenfalls die Blas- oder Streckblasformen vor und während der Blas- oder Streckblasformvorgänge beheizt und die Vorformlinge mit Druckluft als Blasmedium für die Blasumformung beaufschlagt werden, und bei dem die Blas- und/oder Streckblaseinrichtungen sowie Handhabungs- und Transporteinrichtungen mit Antriebsenergie versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die
Druckluftversorgung und/oder die Vorwärm- und/oder Heizeinrichtung und/oder die Antriebseinrichtungen mit Primärenergie aus wenigstens einer
Energiewandlungseinrichtung gespeist werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem mehrere Blasstationen jeweils mit separaten, jeweils mit Primärenergie betriebenen Energiewandlungseinrichtungen betrieben werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem jede Blasstation mit einem separaten
Druckmotor versorgt wird, der die Druckluft sowie zumindest einen Teil der für das Blasformen oder das Streckblasformen benötigten Heizenergie liefert.
11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass in der Energiewandlungseinrichtung Primärenergie in mechanische Antriebsenergie für Blas- oder Streckblasumformungsvorrichtungen und gegebenenfalls anfallende Wärmeenergie in wenigstens einen
Wärmespeicher, insbesondere Schichtenwärmespeicher, und/oder direkt in den Prozess zur Blas- oder Streckblasformung von Kunststoff-Behältern, vorzugsweise PET-Flaschen, überführt wird.
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