Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Erweiterung der Prozessgrenzen für faltenfreies Verschließen von Deckeln aus hochfestem dünnem Verpackungsstahl

Vor dem Hintergrund der ständig knapper werdenden Ressourcen und sehr hoher Produktionsstückzahlen in Milliardenhöhe besitzt das Thema Materialeinsparung eine zentrale Bedeutung in der Verpackungsstahlindustrie. In der Lebensmitteldosenherstellung stellt das mechanische Fügen (Falzen/Falzprozess) von Dosenrumpf und Deckel eine große Herausforderung dar. Durch steigende Werkstofffestigkeiten und sinkende Werkstoffdicken steigt das Risiko des Ausknickens/Faltens des Falzmaterials und somit das Eintreten eines Versagensfalls in Form einer Undichtigkeit. Dieser Versagensfall stellt das größte Problem dar und würde bei Auftreten zu hohen Ausschussraten führen.

Der vorliegende Forschungsantrag ist darauf ausgerichtet die Doppelfalztechnologie, unter Verwendung von höherfesten, dünneren Halbzeugwerkstoffen für Dosenkorpus, Deckel und Boden zu analysieren, an die neuen Werkstoffanforderungen anzupassen und neue Ansätze bzgl. einer prozesssicheren, faltenfreien Verschließtechnologie zu schaffen. Dazu werden Betrachtungen mittels FEM-Prozessimulationen, exp. Untersuchungen unter Laborbedingungen und Demonstratorversuche unter ind. Bedingungen durchgeführt. Durch die Zusammenarbeit von Weißblech-, Verpackungs- und Compoundherstellern sowie von Herstellern der Mess-/Prüftechnik, Maschinen und Werkzeugen können Synergien freigesetzt werden, die eine erfolgreiche Bearbeitung sowie Umsetzung in der Industrie erwarten lassen.

Der direkte Nutzen der Ergebnisse insbesondere für KMU ergibt sich durch das gestiegene Know-How für die Verarbeitung von höherfesten Verpackungsstahlwerkstoffen und die damit einhergehende gestiegene Wettbewerbsfähigkeit (Materialeinsparung; Kosteneinsparung für Werkzeuge, Tryout und Versuche; Reduktion Ausschussquote) sowie durch die direkte Überführbarkeit der Erkenntnisse in die Prozess-, Werkzeug-, Bauteil- und Anlagengestaltung.

Ergebniszusammenfassung:

Die erarbeitete virtuelle Methode (FEM) kann für weitere Untersuchungen im Bereich der Verschließtechnologien für Metallverpackungswerkstoffe eingesetzt werde. Mit dieser können die verschiedensten Parametereinflüsse im Vorhinein bewertet und optimiert werden. Somit reduziert sich der experimentelle Anteil für die bisherigen Try&Error-Untersuchungen wesentlich.

Innerhalb der experimentellen Untersuchungen bei mehreren industriellen Arbeitskreisteilnehmern konnte das Knowhow bereits in die Praxis überführt und mittels in der Industrie etablierter Messmethoden bestätigt werden. Da die Verschließrollengeometrie als ein wesentlicher Faktor herausgestellt werden konnte, ist damit ein werkzeugtechnischer Parameter bestimmend für die Qualität des Verschlusses. Somit ist mit relativ geringen Aufwendungen und ohne die Anschaffung neuer Maschinen die Überführung des Wissens in den Bereich der Dosenhersteller und –abfüller gegeben. Die Maschinenhersteller für Rollenverschließautomaten (als Technologieträger) als auch die Werkzeughersteller für die Verschließrollen sind im Wesentlichen im KMU-Bereich zu finden.

Der Einfluss der untersuchten Werkstoffe stellt einen wesentlichen Schritt im Downgauging-Prozess dar, bei dem die Verarbeitbarkeit der dünnen Materialien als wesentlicher Wettbewerbstreiber gesehen wird. Mit dem Knowhow der Verarbeitung und Anwendung dünner, höherfester Werkstoffe können die Dosenhersteller Wettbewerbsvorteile generieren, die zur Stabilität der Unternehmen auf dem europäischen Markt beiträgt.

Die berücksichtigte zerstörungsfreie Messtechnik für die Bewertung der Faltenbildung im Falz konnte anhand bisheriger Mess-/Einschätzmethoden plausibel verifiziert und verbessert werden. Somit ist seine Eignung für die zukünftige Beurteilung des Faltenverhaltens gegeben. Damit kann zukünftig eine objektive Bewertung der Falten erfolgen, was eine deutlich bessere Implementierung für Themen im Rahmen der Digitalisierung ermöglicht.