Stickstoffgenerator für Lebensmittelverpackungen: Restsauerstoff, Reinheit und Menge
Über die Haltbarkeit entscheidet nicht der Wert auf der Gasflasche, sondern der Sauerstoff, der in der fertigen Packung zurückbleibt. NITROBERG® erzeugt den Stickstoff dafür bei Ihnen im Werk aus Druckluft, in der Reinheit, die Sie einstellen, Schicht für Schicht. Diese Seite geht durch, welche Reinheit und welche Menge eine Verpackungslinie wirklich braucht, damit ein Stickstoffgenerator für Lebensmittelverpackungen auf Ihr Produkt ausgelegt wird und nicht auf einen Prospektwert.
Was Stickstoff in der Lebensmittelverpackung leistet
Beim Verpacken unter Schutzatmosphäre wird die Luft in der Packung durch ein definiertes Gas ersetzt. Stickstoff ist das Gas, das verdrängt, weil er reaktionsträge ist und nicht auf das Produkt einwirkt. Weniger Sauerstoff im Kopfraum bedeutet langsamere Oxidation von Fetten und Farbstoffen und gebremstes Wachstum aerober Verderbniserreger, und damit Haltbarkeit, ohne dass der Rezeptur etwas zugesetzt wird. Bei Chips, Backwaren und anderer druckempfindlicher Ware übernimmt das Gas gleichzeitig eine zweite Aufgabe: Das Polster hält die Packung in Form, sodass der Inhalt unbeschädigt ankommt.
In die Packung kommt das Gas auf zwei Wegen. Die meisten Linien spülen vor dem Siegeln, mit Düsen, die den Kopfraum an der Schlauchbeutel- oder Traysiegelmaschine im laufenden Takt durchströmen. Wo der Zielwert für den Restsauerstoff enger liegt, wird zuerst evakuiert und dann geflutet. Das erreicht niedrigere Werte, kostet aber Taktzeit. In beiden Fällen gilt: Was den Generator verlässt und was in der Packung ankommt, sind zwei verschiedene Zahlen, und nur eine davon taucht in einer Reklamation auf.
Ein PSA-Generator gewinnt das Gas, indem er Druckluft durch Kohlenstoffmolekularsieb führt, das Sauerstoff und Feuchtigkeit deutlich schneller aufnimmt als Stickstoff, während der zweite Behälter regeneriert. Das Verfahren selbst steht auf der Seite zum PSA-Stickstoffgenerator. Diese Seite bleibt beim Verpackungsschritt. Stickstoff, der an anderer Stelle im Lebensmittelbetrieb eingesetzt wird, etwa zur Tankinertisierung oder Produktförderung, steht unter Stickstoff in der Lebensmittel- und Getränkeproduktion.
Der Restsauerstoff entscheidet über die Haltbarkeit, nicht die Gasreinheit allein
Die Reinheit am Generator setzt eine Untergrenze. Bei 99,5 % führt das Gas noch 5.000 ppm Sauerstoff mit, also 0,5 %. Bei 99,9 % sind es 1.000 ppm oder 0,1 %. Unter diese Grenze kommt Ihre Packung nicht, sie erreicht sie aber auch selten, weil zwischen Generator und Siegelnaht drei weitere Dinge stehen.
Die Gasreinheit am Generator
Sie ist die Untergrenze und sonst nichts. Oberhalb des MAP-Bandes sinkt sie auf dem Papier weiter, während die Packung es nicht mehr merkt. Das ist das Nützlichste, was man vor der Auslegung einer Anlage wissen kann.
Spülzeit und Düsenführung
Wie vollständig die Luft verdrängt ist, bevor die Naht schließt. Auf einer schnellen Linie ist das meist der größte Posten der Rechnung, und es ist eine Maschineneinstellung, keine Gasspezifikation.
Das Maschinenprinzip
Spülen im laufenden Takt lässt mehr Sauerstoff zurück als Evakuieren und Fluten. Diese Entscheidung fällt beim Kauf der Verpackungsmaschine, lange bevor jemand auf das Gas schaut.
Die Siegelnaht
Ein Kanal in der Naht lässt über Tage Luft zurück in die Packung. Perfektes Gas und eine schlechte Naht ergeben eine Packung, die am Ende ihrer angegebenen Haltbarkeit versagt statt am Anfang.
Die sinnvolle Reihenfolge ist deshalb umgekehrt zur üblichen: Legen Sie den Restsauerstoff fest, den Ihr Produkt braucht, prüfen Sie, was Maschine und Naht davon halten können, und entscheiden Sie erst dann, welche Reinheit aus dem Generator kommen muss.
Welche Stickstoffreinheit eine Verpackungslinie wirklich braucht
In der Praxis arbeitet die Lebensmittelverpackung zwischen 99,5 % und 99,9 %. Darunter beginnt das Gas selbst zu begrenzen, was die Packung erreichen kann. Darüber wandert die Grenze zur Maschine, und die zusätzliche Reinheit wird bezahlt, ohne irgendwo anzukommen.
| Reinheit | Restsauerstoff im Gas | Was das für eine Packung bedeutet | Luftfaktor |
|---|---|---|---|
| 99 % | 10.000 ppm | 1,0 % Sauerstoff im Gas, genug, damit das Gas selbst zu begrenzen beginnt. | 2,6 |
| 99,5 % | 5.000 ppm | 0,5 % Sauerstoff. Der übliche Arbeitspunkt von Linien mit Gasspülung. | 2,9 |
| 99,9 % | 1.000 ppm | 0,1 % Sauerstoff. Für engere Zielwerte oder empfindliche Produkte. | 3,4 |
| 99,99 % | 100 ppm | Unter dem, was eine Verpackungsmaschine üblicherweise hält. | 4,6 |
| 99,999 % | 10 ppm | Labor und Elektronik, nicht Verpackung. | 6,4 |
Gleichen Sie den Grad mit Ihrer eigenen Produktspezifikation und Ihren gemessenen Packungswerten ab, denn der Zielwert verschiebt sich mit Fettgehalt, Wasseraktivität, Verpackungsfolie und der Haltbarkeit, die Sie zusagen. Berg liefert 99,999 %, wo ein Prozess das braucht. Auf einer Verpackungslinie kommt diese Reinheit meist nicht in der Packung an, dafür jede Betriebsstunde auf der Stromrechnung.
Was 99,5 % Stickstoff an Druckluft sparen
Jede NITROBERG®-PSA-Baugröße verbraucht eine feste Menge Druckluft je Kubikmeter Stickstoff. Dieses Verhältnis, der Luftfaktor, hängt allein von der eingestellten Reinheit ab, und die Lebensmittelverpackung liegt genau am günstigen Ende der Kurve.
Nehmen Sie eine Linie mit 80 Nm³/h Bedarf. Bei 99,5 % zieht sie rund 232 Nm³/h Druckluft. Legen Sie dieselben 80 Nm³/h auf 99,999 % aus, steigt der Bedarf auf etwa 512 Nm³/h. Das ist mehr als der doppelte Kompressor, der doppelte Strom und der doppelte Kompressorraum, für Sauerstoff, den die Packung ohnehin nicht bemerkt hätte.
Entscheidend ist, dass dieser Faktor in jeder Betriebsstunde mitläuft und nicht einmalig beim Kauf. Auf einer Linie im Zweischichtbetrieb ist die Druckluft der größere Teil der Betriebskosten, und festgelegt wird sie an dem Tag, an dem die Reinheit in die Anfrage geschrieben wird. Wird die Anlage als Komplettpaket geliefert, ist die automatische Blending-Stufe auf genau diesen Arbeitspunkt ausgelegt, mit einem Luftfaktor von 2,9 bei 99,5 %.
Wie viel Stickstoff Ihre Verpackungslinie verbraucht
Beginnen Sie bei der Packung
Kopfraumvolumen mal Spülfaktor ergibt die Gasmenge je Packung. Der Spülfaktor hängt am Maschinenprinzip und daran, wie gründlich der Kopfraum durchströmt wird. Nehmen Sie ihn deshalb vom Maschinenbauer oder aus eigenen Messungen und nicht aus einer Tabelle.
Rechnen Sie auf die Linienleistung hoch
Packungen pro Minute mal 60 ergibt Nm³/h. Bei mehreren Linien setzen Sie einen realistischen Gleichzeitigkeitsfaktor an. Die Spitzen aller Linien zu addieren ist der häufigste Weg zu einer überdimensionierten Anlage, weil Formatwechsel und Reinigung selten überall gleichzeitig stattfinden.
Leiten Sie die Reinheit aus Ihrer Restsauerstoff-Spezifikation ab
Nicht aus dem höchsten verfügbaren Grad. Die Tabelle oben ist der Ausgangspunkt, Ihre eigenen Packungsmessungen sind die Bestätigung.
Prüfen Sie die Druckluft
Durchfluss mal Luftfaktor ergibt den Bedarf. Die Qualität zählt dabei so viel wie die Menge: Ölrückstände und Restfeuchte verkürzen die Standzeit des Kohlenstoffmolekularsiebs, weshalb ein zu klein gewählter Trockner über fünf Jahre teurer wird als ein leicht zu klein gewählter Kompressor. NITROBERG® erwartet Druckluft nach ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1 bei 7 bar(g).
Auslegung für Ihre Anwendung?
Senden Sie uns Ihr Verbrauchsprofil und die Betriebsdaten. Unser Engineering-Team legt den passenden Generator aus.
NITROBERG®-Stickstoffgeneratoren im Reinheitsbereich der Lebensmittelverpackung
NITROBERG® umfasst insgesamt 18 Baugrößen, vollständig aufgeführt in der Übersicht der Stickstoffgeneratoren. Die Baugrößen unten sind in den beiden Reinheiten angegeben, die für die Verpackung zählen, dazu die Druckluft, die jede bei 99,5 % benötigt.
| Modell | N₂ bei 99,5 % | N₂ bei 99,9 % | Druckluft bei 99,5 % |
|---|---|---|---|
| NITROBERG® 500 | 6,2 Nm³/h | 4,1 Nm³/h | 18,0 Nm³/h |
| NITROBERG® 700 | 17,4 Nm³/h | 11,5 Nm³/h | 50,3 Nm³/h |
| NITROBERG® 900 | 38,2 Nm³/h | 25,3 Nm³/h | 110,8 Nm³/h |
| NITROBERG® 1100 | 68,2 Nm³/h | 45,1 Nm³/h | 197,8 Nm³/h |
| NITROBERG® 1200 | 84,3 Nm³/h | 55,8 Nm³/h | 244,5 Nm³/h |
| NITROBERG® 1300 | 119,0 Nm³/h | 78,7 Nm³/h | 345,2 Nm³/h |
| NITROBERG® 1500 | 233,1 Nm³/h | 154,2 Nm³/h | 676,0 Nm³/h |
| NITROBERG® 1700 | 335,7 Nm³/h | 222,0 Nm³/h | 973,5 Nm³/h |
Eine einzelne Linie mit 80 Nm³/h bei 99,5 % liegt zwischen der 1100 und der 1200. Eine zweite Linie, ein engerer Sauerstoff-Zielwert oder der Wechsel vom Spülen zum Evakuieren verschiebt nach oben. Die Baureihe endet dort nicht und reicht in dieser Reinheit bis 990,3 Nm³/h, was einen Betrieb mit mehreren Hallen abdeckt und nicht eine einzelne Maschine.
Wo keine geeignete Druckluft vorhanden ist, wird der Generator als komplette Anlage geplant und nicht als einzelne Maschine: Kompressorstation, Druckluftaufbereitung, Puffer, Generator und Stickstoffspeicher, als eine Kette ausgelegt und aus einer Hand innerhalb der BERG Group. Die Stickstoff-Komplettanlage zeigt die vormontierten Plug-and-Play-Konfigurationen von NITROBERG® 500 bis 900; oberhalb dieser Baugrößen wird dieselbe Kette als Projekt zusammengestellt. Anwendbare NITROBERG®-Druckgeräte sind unter der PED 2014/68/EU im Rahmen des zertifizierten Geltungsbereichs konformitätsbewertet. Engineering und Fertigung sind Made in Germany.
Was ein Stickstofftank einen Lebensmittelbetrieb wirklich kostet
Ein Flüssigstickstofftank liefert Reinheit und Spitzenmenge ohne Diskussion. Was er nicht liefert, sind Kosten, die Ihrer Produktionsmenge folgen. Die Miete läuft durch die ruhigen Wochen zwischen zwei Kampagnen, die Abdampfverluste laufen jede Nacht weiter, ob die Linie fährt oder nicht, Lieferverträge tragen Preisgleitklauseln, und der Liefertermin, der bestimmt, wann der Tank voll ist, gehört nicht Ihnen. Flaschen ersparen die Miete, bringen den Wechsel aber mitten in die laufende Produktion, und auf einer Linie, die dauernd spült, passiert das häufiger als geplant.
Die eigene Erzeugung tauscht all das gegen eine Investition und eine Stromrechnung, die Sie in die Kosten je Packung einrechnen können. Gegenüber dem Flüssiggasbezug amortisiert sich ein PSA-Generator von Berg üblicherweise in zwei bis drei Jahren, und die Rechnung wird besser, je näher Ihre Arbeitsreinheit am unteren Ende des MAP-Bandes liegt.
Reinheit, die Sie einstellen, nicht die höchste verfügbare
Der Generator läuft in dem Grad, den Ihre Packungen brauchen. Diese eine Einstellung bestimmt die Größe des Kompressors dahinter, und dort sitzen die Betriebskosten.
Standard-Verschleißteile, keine Herstellerbindung
Filter und Verbrauchsmaterial sind Standardartikel vom freien Markt. Es gibt kein herstellergebundenes Ersatzteilprogramm nach dem Kauf, und es lohnt sich, jeden Anbieter im Vergleich zu fragen, woher seine Filter kommen.
Konstruiert und gebaut an einem Ort
Berg entwickelt und fertigt die Generatoren selbst, sodass Spezifikation, Zeichnung und Montage bei einem Team liegen, das eine Frage zu Ihrer Konfiguration beantworten kann.
Direkter Zugang zum Engineering
Auslegungsfragen gehen an die Ingenieure, die die Anlagen konstruieren, nicht an ein Callcenter. Die Garantie läuft drei Jahre und mit Servicevertrag bis zu fünf Jahre.
Was ein Stickstoffgenerator am Standort braucht
| Parameter | Wert |
|---|---|
| Betriebsdruck | 10 bar |
| Eingangsdruck Druckluft | 7 bar(g) |
| Druckluftqualität | ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1 |
| Schallpegel | 55 bis 78 dB(A) |
| Umgebungstemperatur | +5 °C bis +40 °C |
Die Druckluftqualität ist eine Anforderung an Ihre Versorgung und keine Eigenschaft des Generators, und sie wird am häufigsten unterschätzt. Öl und Feuchtigkeit, die ans Sieb gelangen, verkürzen dessen Standzeit, und die Kosten dafür zeigen sich Jahre später als sinkende Leistung und nicht als Störung.
Ein Pufferbehälter gehört auch dann in die Planung, wenn der Durchschnittsbedarf bequem aussieht. Verpackungslinien ziehen nicht gleichmäßig: Anfahren nach der Reinigung, Formatwechsel und die ersten Minuten einer Charge fordern mehr als der Durchschnitt, und der Puffer deckt diese Spitzen ab, damit der Generator nicht darauf ausgelegt werden muss. Wie viel Reserveversorgung Sie darüber hinaus vorhalten, gehört zu Ihrer eigenen Ausfallplanung.
In Deutschland gebaut, mit Standard-Ersatzteilen im Service
Berg entwickelt und baut die Generatoren im eigenen Werk. Engineering und Fertigung sind Made in Germany. Das zählt weniger als Etikett denn als praktischer Umstand: Zeichnung, Montage und die Leute, die Ihre Konfiguration ausgelegt haben, sitzen an einem Ort, sodass eine technische Frage jemanden erreicht, der sie beantworten kann, statt jemanden, der sie weiterreichen muss.
Läuft die Anlage, kommt die Betreuung über ein weltweites Servicepartner-Netz mit direkter Linie nach Deutschland. Verschleißteile sind Standardbauteile vom freien Markt, was den Service über die gesamte Lebensdauer der Maschine im Wettbewerb hält. Über zehn Jahre wiegt dieser Unterschied meist schwerer als der Unterschied im Anschaffungspreis, und es ist die Frage, die man jedem Anbieter vor der Bestellung stellen sollte statt danach.
FAQ: Stickstoff in der Lebensmittelverpackung
Stickstoff ist reaktionsträge und macht rund 78 % der Luft um Sie herum aus. In der Packung wirkt er, indem er Sauerstoff verdrängt, und nicht, indem er auf das Produkt einwirkt. Genau deshalb wird er beim Verpacken unter Schutzatmosphäre über so viele Produktgruppen hinweg als Füllgas eingesetzt. Was ein Generator hinzufügt, ist eine Reinheit, die Sie einstellen statt zu beziehen: Der Restsauerstoffgehalt wird laufend gemessen und angezeigt, sodass eine Abweichung als Alarm auftaucht und nicht auf einer Palette fertiger Ware. Die Bewertung, ob eine bestimmte Gasspezifikation zu einem bestimmten Produkt passt, bleibt Teil Ihres eigenen Lebensmittelsicherheitssystems, zusammen mit Verpackungsfolie, Prozess und Maschine.
In der Praxis zwischen 99,5 % und 99,9 %. Bei 99,5 % führt das Gas 5.000 ppm Restsauerstoff mit, bei 99,9 % sind es 1.000 ppm, und diese beiden Werte setzen die Untergrenze für das, was die Packung erreichen kann. Unter 99,5 % beginnt das Gas selbst zu begrenzen. Über 99,9 % liegt die Grenze längst bei der Verpackungsmaschine, sodass die zusätzliche Reinheit Druckluft kostet, ohne die Packung zu verändern. Leiten Sie den Grad aus Ihrer eigenen Restsauerstoff-Spezifikation und Ihren gemessenen Packungswerten ab.
Eine einzelne Zahl gibt es nicht, weil der Verbrauch an Kopfraumvolumen, Spülfaktor und Linienleistung hängt und nicht an der Größe der Maschine. Multiplizieren Sie den Kopfraum einer Packung mit dem Spülfaktor, den Ihre Maschine braucht, das Ergebnis mit den Packungen pro Minute und dann mit 60, um auf Nm³/h zu kommen. Der Spülfaktor schwankt zwischen Maschinen am stärksten und sollte auf der eigenen Linie ermittelt werden, bevor jemand Hardware anbietet. Bei mehreren Linien setzen Sie einen realistischen Gleichzeitigkeitsfaktor an, statt alle Spitzen zu addieren.
Prüfen Sie die Zahl, bevor jemand Hardware anbietet. Multiplizieren Sie Ihren Stickstoffdurchfluss mit dem Luftfaktor der gewählten Reinheit: 2,9 bei 99,5 %, 3,4 bei 99,9 %, 6,4 bei 99,999 %. Die Lebensmittelverpackung liegt am unteren Ende dieser Skala, weshalb eine MAP-Anlage je Kubikmeter Stickstoff weniger Druckluft braucht als fast jede andere Anwendung. Neben der Menge zählt die Luftqualität, weil die Standzeit des Siebs daran hängt. NITROBERG® erwartet Druckluft nach ISO 8573-1:2010 Klasse 1.4.1.
Der Pufferbehälter trägt die Linie über kurze Unterbrechungen, und das ist einer der Gründe, warum er in die Planung gehört und nicht in die Optionsliste. Darüber hinaus ist die Frage, wie viel Reserveversorgung Sie vorhalten, eine Entscheidung zur Ausfallsicherheit, die von Ihrem Produkt, Ihren Chargenlängen und den Kosten einer unterbrochenen Charge abhängt. Sie lohnt sich in der Planungsphase, solange ein größerer Puffer oder eine Flaschenreserve noch günstig zu ergänzen ist.
Die Packungsqualität folgt dem Restsauerstoff in der fertigen Packung, und der kommt mindestens ebenso sehr aus Spülung, Maschine und Naht wie aus dem Gas. Ein Generator, der auf den Grad eingestellt ist, den Ihre Packungen brauchen, liefert dasselbe Ergebnis wie angeliefertes Gas gleicher Spezifikation. Der Unterschied liegt darin, woher Sie es wissen: Die Reinheit ist eine Einstellung, die Sie wählen und laufend überwachen, und keine Zahl auf einem Lieferschein. Eine Abweichung erscheint deshalb als Alarm an der Linie und nicht später in einer Haltbarkeitsprüfung.
Nein. Die Verschleißteile sind Standardbauteile und kein herstellergebundenes Programm, sodass Filter und Verbrauchsmaterial auf dem freien Markt bezogen und Serviceangebote verglichen werden können. Über die Lebensdauer einer Maschine wiegt das meist schwerer als der Unterschied im Anschaffungspreis. Die Garantie läuft drei Jahre und in Verbindung mit einem Servicevertrag bis zu fünf Jahre.
Der Generator misst die Stickstoffreinheit laufend mit einem Zirkonium-Analysator und zeigt den Wert am HMI an, zusammen mit einer Trendanzeige für den laufenden Prozess. Sensorwerte und Betriebsstunden gehen in eine Langzeitspeicherung für spätere Auswertungen, und Alarme tragen einen Zeitstempel mit vollständigem Audit-Trail, sodass eine Abweichung und die Quittierung dazu noch lange nach der Schicht nachvollziehbar bleiben, in der sie aufgetreten ist. Ihre Qualitätsaufzeichnungen bekommen damit eine Messung an dem Gas, das Sie tatsächlich erzeugt haben, statt eines Zeugnisses, das mit einer Lieferung eintrifft.