Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Berechnungstool zur belastungsoptimierten und damit ressourcenschonenden Auslegung von peelbaren Schalen unter Berücksichtigung realer Belastungen auf dem Weg vom Produzenten zum Verbraucher

Ständige Herausforderungen bei der Massenbedarfsgüterherstellung ist die Individualisierung der Produkte, häufig über ihre Verpackung. Die einzigartige Gestaltung und die Ausstattung mit zusätzlichen Funktionen, z.B. für das leichte Öffnen, wird wichtiger denn je, um bei Großhandel und Endkunden punkten zu können. Gleichzeitig ist eine integre Verpackung mit sicher verschlossenen Siegelnähten für die Qualität der Produkte unabdingbar.

Vor diesem Hintergrund stellt sich für Packmittelhersteller, Maschinenbauunternehmen sowie Unternehmen der abpackenden Industrie die Frage, wie fest eine peelbare Naht mindestens sein muss, um Transport-, Umschlag- und Lagerungsprozesse auf dem Weg vom Hersteller zum Konsumenten sicher zu überstehen und welche Stellgrößen es gibt, die Belastungen der Siegelnaht zu minimieren. Diese Fragestellung kann aktuell nicht bzw. für konkrete Aufgabenstellungen nur mit unverhältnismäßig hohem Testaufwand geklärt werden. Allgemeingültige, wissenschaftlich fundierte Aussagen stehen nicht zur Verfügung.

Das Forschungsvorhaben beabsichtigt die Entwicklung eines anwenderseitig verfügbaren Berechnungstools zur belastungsoptimierten und damit ressourcenschonenden Auslegung von peelbaren Verpackungen. Dieses soll ausgehend von der individuellen Packungsgeometrie und Siegelnahtkontur sowohl real auftretende Belastungen auf dem Transportweg vom Produzenten zum Verbraucher berücksichtigen als auch die Vorausberechnung der Öffnungskraft ermöglichen.

Die Erkenntnisse des Projekts, sowie das Berechnungstool selbst, helfen die vermeintlich konfliktären Ziele der sowohl leicht zu öffnenden als auch sicher verschlossen Packung zu lösen.

Das Vorhaben richtet sich insbesondere an KMU. Sie verfügen meist nicht über personelle und materielle Kapazitäten um umfangreiche Tests durchzuführen mit dem Ziel ihre Produkte für eine sicher verschlossene und leicht zu öffnende Verpackung zu optimieren. Die Minimierung des Testaufwands stellt für sie somit ein erhebliches Einsparpotenzial dar und leistet einen entscheidenden Beitrag zur Steigerung der Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Vorhabens wurde ein anwenderseitig verfügbares Berechnungstool zur belastungsoptimierten und damit ressourcenschonenden Auslegung von peelbaren Schalenverpackungen entwickelt und anhand von experimentellen Versuchen und einer Praxisstudie validiert. Das Tool, welches eine auf Basis von Microsoft VBA implementierte graphische Bedienschnittstelle offeriert, nutzt Regressionsgleichungen für die Vorhersage möglicher Schädigungen (vor allem im Nahtbereich der Verpackungen) in Abhängigkeit von gewählten Gestaltungs- und Belastungsparametern, die der Nutzende über die Schnittstelle auswählt. Diese Regressionsgleichungen wurden mit Hilfe von virtuellen Parameterstudien hergeleitet. Für deren Durchführung wurde ein numerisches Simulationsmodell entwickelt und verwendet. Dieses senkt den notwendigen praktischen Prüfaufwand erheblich und kann leicht auf andere Anwendungsszenarien hin angepasst werden. Die angesprochene Validierung der Vorhersagen zeigte auf, dass eine hohe Genauigkeit vorliegt und das Tool somit in der Praxis bei der Verpackungsentwicklung genutzt werden kann, um die Auslegung effizient gestalten und die Entwicklungsziele (leicht zu öffnen und dennoch transportsicher) für Verpackungen erfüllen zu können. Folgende Ergebnisse wurden damit einhergehend erzielt:

- Versuchsstand, der die Durchführung und Analyse des vertikalen Stoßes, als kritischste Transportbelastung, erlaubt

- Auswertungsmethodik für die Analyse und Quantifizierung aufgetretener Schädigungen im Bereich gesiegelter Nähte von Schalenverpackungen.

- Exakte Nachbildung des Peelverhaltens im Simulationsmodell durch Auswahl und Parametrierung eines geeigneten Bruchmodells

- Simulationsmodell zur Nachbildung von Belastungen auf die Siegelnaht von peelbaren versiegelten Schalen im Transportprozess

- Verifizierung der Methodik und des Simulationsmodells durch Herstellen sowie Prüfen realer Verpackungen

- Bewertung der Praxistauglichkeit des Simulationsmodells durch umfassende Modellstudie