Erarbeitung eines Planungswerkzeuges zur anforderungsgerechten Auswahl und Dimensionierung mehrwegfähiger flexibler intermediate Bulk Container (FIBC)

Bachelorarbeit von Inga Niermann

Einleitung:

Problemstellung und Zielsetzung:

Der starke Anstieg von entsorgungsbezogenen Materialflüssen ist vor allem auf die schärferen Gesetze, wie die Verpackungsverordnung und das Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz, aber auch auf das gestiegene Umweltbewusstsein von Unternehmen bzw. Verbrauchern, zurückzuführen.

Vor allem ökologische Probleme wie Ressourcenverknappung und Ressourcenqualität haben dazu geführt, dass Unternehmen sich zunehmend mit der Wiederverwendung und –verwertung beschäftigen.

Jährlich werden in Europa über eine viertel Billion Tonnen verschiedener Produkte in Flexible Intermediate Bulk Containers (FIBC) transportiert. Der Markt ist weltweit sehr groß und steigt stetig an. Aufgrund der steigenden Transportkosten suchen Unternehmen immer neue, bessere und kosteneffektivere Lösungen.

Eine Möglichkeit ist der Einsatz von flexiblen Schüttgutbehältern. FIBCs wurden aufgrund der fehlenden Reinigungsmöglichkeiten in der Vergangenheit nur selten als Mehrwegbehälter eingesetzt. Doch vor allem für Trockenfüllgüter ist der Einsatz eines mehrwegfähigen FIBC sinnvoll, denn die mechanische Beanspruchung und der Verschmutzungsgrad sind relativ gering.

Um diese Art von Verpackungen für Schüttgüter einzusetzen, müssen besondere Anforderungen erfüllt werden. Es handelt sich bei FIBCs nicht um Massenprodukte, sondern um die Erfüllung individueller Kundenwünsche hinsichtlich spezifischer und technischer Eigenschaften.

Diese Bachelor Thesis soll dem Leser einen Überblick über die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten und individuellen Gestaltungsmöglichkeiten eines mehrwegfähigen flexiblen Schüttgutbehälters verschaffen. Die Probleme beim Einsatz und der Planung werden näher beleuchtet und eventuelle Lösungsansätze werden aufgezeigt.

Bei der Planung des Einsatzes dieser Verpackungsart spielen die Eigenschaften des Füllgutes eine wichtige Rolle. Die Kenngrößen von Schüttgütern und deren Ermittlungen sollten am Ende dieser Bachelor Thesis bekannt sein.

Diese Arbeit soll weiterhin Aufschluss darüber geben, welche Vorteile mehrwegfähige FIBCs für ein Unternehmen haben können, welche Kosteneinsparungen möglich sind und wie der optimale FIBC für spezielle Anforderungen ermittelt wird.

Ziel ist es, ein Planungswerkzeug zu erarbeiten, welches den Prozess der Auswahl und der Dimensionierung eines FIBC erleichtert, beschreibt und durchführt und gleichzeitig die optimale Beladung eines ausgewählten Transportmittels ermittelt.

Vorgehensweise:

Damit die aufgezeigte Zielsetzung dieser Bachelor Thesis realisiert werden kann, wird eine Gliederung in insgesamt sieben Kapitel vorgenommen.

Das erste Kapitel beschreibt die Thematik und den Aufbau der Arbeit. Nachfolgend definiert das zweite Kapitel, für ein besseres Textverständnis der wissenschaftlichen Arbeit, verschiedene Begriffe aus dem Bereich der Verpackung und dem Umgang mit Schüttgütern. Gleichzeitig erfolgt eine Abgrenzung und Erklärung der einzelnen Fachbegriffe.

Gegenstand des dritten Kapitels ist der aktuelle Stand der Technik. Die verschiedenen branchenübergreifenden Einsatzmöglichkeiten und die daraus resultierenden Vorteile werden aufgezeigt. Eine Übersicht der verschiedenen Ausführungsformen, hinsichtlich der Packstoffe und Handhabungsvorrichtungen einen FIBC, wird gegeben und die umfangreichen Gestaltungsmöglichkeiten eines FIBC werden beschrieben. Im Rahmen der industriellen Ausführungsformen werden die Abfüll-, Transport-, Umschlags und Lagerungsprozesse unterschieden und dargestellt.

Das Kapitel vier behandelt die Probleme der Planung zum FIBC-Einsatz. Der Versuch zur Ermittlung der Schüttdichte wird vorgestellt. Ein weiterer Betrachtungsgegenstand des Kapitels ist die geometrische Veränderung eines FIBC nach der Befüllung. Ebenfalls werden die Unterschiede zwischen einweg- und mehrwegfähigen FIBCs aufgezeigt.

Durch gezielte Auswahl von Kriterien wird in Kapitel 5 ein Planungswerkzeug erstellt. Die Anforderungen an das Planungswerkzeug werden festgelegt und nachfolgend die herausgearbeiteten Teil- und Auswahlprozesse beschrieben.

Die funktionstechnische Beschreibung wird mittels einer ereignisgesteuerten Prozesskette (EPK) visualisiert und soll eine unterstützende Hilfe darstellen, damit der Anwender schnell und einfach den passenden FIBC für sein Füllgut auswählen kann.

Im Kapitel 6 wird das erarbeitete Planungswerkzeug zum besseren Verständnis an einem praxisnahen Fallbeispiel angewendet, um die Zusammenhänge besser zu verdeutlichen. Abschließend erfolgt in Kapitel 7 eine Zusammenfassung der behandelten Themengebiete, eventuelle Verbesserungsmöglichkeiten hinsichtlich des Planungswerkzeuges werden aufgezeigt und die eventuelle zukünftige Entwicklung des FIBC-Einsatzes diskutiert.

Abgrenzung:

Aufgrund der umfangreichen Thematik hinsichtlich der Einsatz- und Anwendungsmöglichkeiten der FIBCs, erfolgt in diesem Kapitel eine thematische Abgrenzung.

Als Füllmaterialien der FIBCs werden ausschließlich Schüttgüter behandelt und untersucht. Die genannten Anforderungen und Vorschriften hinsichtlich des Einsatzes von FIBCs beschränken sich auf nicht-gefährliche Güter und schließen ebenfalls Lebensmittel als Füllgüter aus.

Gleichzeitig konzentriert sich die Bachelor Thesis auf den Einsatz von mehrwegfähigen FIBCs. In Kapitel 4 erfolgt lediglich ein kurzer Vergleich zwischen einweg- und mehrwegfähigen FIBCs.

Das Planungswerkzeug bezieht sich weiterhin nur auf die konstruktionsspezifischen Ausführungen und Auswahlmöglichkeiten, die material- und anwendungsspezifischen Besonderheiten werden dabei vernachlässigt.

Inhaltsverzeichnis:

	Danksagung	II
	Inhaltsverzeichnis	III
	Abbildungsverzeichnis	V
	Tabellenverzeichnis	VII
	Gleichungsverzeichnis	VIII
	Variablenverzeichnis	IX
	Abkürzungsverzeichnis	XI
1.	Einleitung	12
1.1	Problemstellung und Zielsetzung	12
1.2	Vorgehensweise	14
1.3	Abgrenzung	15
2.	Terminologie	16
2.1	Gutspezifische Begriffsbestimmungen	16
2.2	Verpackungsspezifische Definitionen	22
3.	Stand der Technik zum FIBC-Einsatz	26
3.1	Industrielle Einsatzfelder	26
3.2	Industrielle Ausführungsformen	29
3.2.1	Packstoffe	29
3.2.2	Bauarten	31
3.2.3	Handhabungsvorrichtungen	36
3.2.4	Anwendungsspezifische Besonderheiten	39
3.3	Abfüllprozesse	41
3.4	TUL-Prozesse	45
4.	Bedarfsfelder zur Verbesserung der bestehenden Planung des FIBC-Einsatzes	53
5.	Planungswerkzeug zur anwendungsorientierten Auswahl und Dimensionierung	57
5.1	Anforderungen des Planungswerkzeuges	57
5.2	Teilprozesse zur Auswahl- und Dimensionierung	58
5.3	Funktionstechnische Beschreibung des Planungswerkzeuges	71
6.	Exemplarische Anwendung des Planungswerkzeuges am industriellen Fallbeispiel	75
7.	Zusammenfassung und Ausblick	80
	Literatur-und Quellenverzeichnis	82
	Anhangsverzeichnis	92

Textprobe:

Kapitel 3, Stand der Technik zum FIBC-Einsatz:

3.1, Industrielle Einsatzfelder:

In fast allen industriellen Bereichen werden heutzutage Schüttgüter in FIBCs transportiert und gelagert. Die ersten flexiblen Schüttgutbehälter wurden vermutlich Ende der fünfziger oder Anfang der sechziger Jahre in Europa, USA und Japan hergestellt.

Ob antistatische für explosionsgefährdete Produkte oder formstabilisierte für sehr leichte und/oder fluidisierte Produkte, FIBCs finden überall ihren Einsatz: in der Entsorgungsbranche für Stoff- oder Papierreste, in der Bauindustrie für den Transport von Baustoffen (Zement, Kieselsteine), in der chemischen oder pharmazeutischen Industrie und in der Kunststoffindustrie.

In England werden über 80 % des Düngemittels in FIBCs transportiert. Aufgrund der guten Reinigungsmöglichkeiten werden nun auch mehrwegfähige FIBCs zunehmend in der Lebensmittelindustrie (Zucker, Salz, Getreide) eingesetzt.

In fast allen Ausführungen sind geeignete FIBCs für ein Produktvolumen von 0,5 bis 3 m³ und Traglasten von einer halben Tonne bis zu zwei Tonnen erhältlich.

Hergestellt werden FIBCs weltweit. In Europa größtenteils in der Türkei, Polen und Tschechien. In den fernöstlichen Ländern sind marktführende Herstellerländer Indien und China.

In Deutschland selbst werden keine FIBCs produziert, lediglich kleine Musterproduktionen. Ca. 100 deutsche Unternehmen beschäftigen sich mit dem Vertrieb dieser Verpackungen. Deutschland gilt neben Frankreich als größter Markt Europas.

Die nachfolgende Grafik zeigt den Anstieg der verkauften / produzierten FIBCs der Jahre 1998 bis 2002 (Abbildung 6: Verkauf / Produktion von FIBCs weltweit).

Im Jahre 1988 wurde europaweit eine Produktion von nur 3 Millionen FIBCs verzeichnet. Der starke Anstieg spricht für eine hohe Nachfrage der flexiblen Transportbehälter. Aufgrund der fehlenden Verkaufszahlen der letzten Jahre, können diese nur geschätzt werden. Wenn man von einer durchschnittlichen jährlichen Steigerungsrate von 10 % ausgeht, waren die Verkaufszahlen im Jahre 2009 bei ungefähr 250 Millionen Stück weltweit.

Der Einsatz von FIBCs für den Transport und das Lagern von Schüttgütern weist viele Vorteile auf.

Die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten der FIBCs für Lebensmittel über Chemikalien bis hin zu Abfällen ist ein großer Vorteil. Sie können genau auf ihren Anwendungszweck durch verschiedene Bauarten abgestimmt werden.

Weiterhin sind FIBCs gut stapelbar und auch das geringe Leergewicht von ca. 3 kg sowie die enorme Tragfähigkeit sprechen für einen Einsatz. Ein weiterer Vorteil ist die leichte Handhabung in Bezug auf das Befüllen bzw. Entleeren durch die glatten Innenseiten und möglichen Ein- und Auslauföffnungen. Die FIBCs können von oben gefüllt und von unten entleert werden. Die Berührung des Abfüllers mit dem Gut wird verhindert, dies ist beim Umgang mit gefährlichen Gütern vorteilhaft. Die verschiedenen Ausführungsformen der FIBCs hinsichtlich der Bauart und der möglichen Beschichtungen können individuell auf das zu befördernde Gut abgestimmt werden. Dazu sind FIBCs sehr umweltschonend und voll recyclefähig.

Durch den Einsatz der mehrwegfähigen Kunststoffverpackung können zusätzlich Kosten für Anschaffung, Entsorgung, Lagerung und Arbeitskräfte eingespart werden. Das Befüllen von mehreren Kleinsäcken kann vermieden werden und somit wird der Aufwand und der Faktor Zeit verringert. Die FIBCs sind im leeren Zustand zusammenfaltbar und damit platzsparend in der Lagerung. Die Anschaffungskosten eines FIBC sind dazu relativ gering. Die Kosten können je nach Verwendungszweck zwischen 3 und 60 Euro liegen.

Zu den FIBCs gibt es verschiedene Alternativverpackungen. Jedoch tendieren immer mehr Unternehmen zum Einsatz der FIBCs, aufgrund der vielen Vorteile im Gebrauch und den daraus resultierenden Kosteneinsparungen.