Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Verpackungskonzepte mit optimierten peelbaren Siegelnähten unter Berücksichtigung thermischer Einflüsse

Im letzten Jahrzehnt ist die Nachfrage der Verbraucher nach praktischen Verpackungen stetig gestiegen. Nicht nur ältere Verbraucher wünschen sich leicht zu öffnende Verpackungen. Primäre Aufgabe der Verpackung ist jedoch weiterhin der Produktschutz und dies in allen Prozessstufen. Die thermische Behandlung von Verpackungen ist ein weit verbreiteter Schritt in der Lebensmittel- und Medizinbranche. Nach aktuellem Kenntnisstand sind die Einflüsse auf die Eigenschaften der Siegelnahtqualität während und nach thermischen Behandlungen, insbesondere bei peelbaren Verpackungen, bisher nicht tiefgreifend untersucht worden.

Ziel des Projektes ist es, Wissen über den Einfluss einer thermischen Behandlung auf peelbare Verpackungen und deren Siegelnähte zu generieren und damit die Packungs- und Prozessstabilität zu erhöhen. Dafür sollen Siegelnähte Prozessen mit Wärme-/Kälteentwicklung ausgesetzt und die Eigenschaftsänderungen analysiert werden. Zusätzlich werden Tests an der gesamten Verpackung durchgeführt, um den Einfluss der Siegelnaht- und Packungsgeometrie auf die Widerstandsfähigkeit der Packung zu untersuchen. Der Einsatz eines numerischen Simulationsmodells ermöglicht dabei die Variation der Packungsgeometrie ohne aufwendigen Werkzeugbau. Die Projektergebnisse werden in einem Best Practice Guide und einem einfach zu bedienenden Softwaretool für die Anwendung im Unternehmen, speziell interessierten KMU, aufgearbeitet.

Damit soll das Projekt Wissenslücken in der Industrie schließen, um thermisch behandelte Produkte optimal herzustellen zu können, verbraucherfreundliche Verpackungskonzepte zu entwerfen, den Aufwand zur Optimierung der Siegelparameter zu reduzieren und gleichzeitig das Abfallaufkommen drastisch zu reduzieren. KMUs der gesamten Prozesskette (Maschinenhersteller, Materiallieferanten, Abpacker) profitieren von den ThermoPeel-Ergebnissen, indem sie ihr Wissen erweitern und ihnen eine Reihe von einfach zu handhabenden Methoden zur Verfügung gestellt wird..

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Vorhabens wurde eine Methode zur belastungsoptimierten und ressourcenschonenden Auslegung und Optimierung peelbarer, thermisch behandelter Verpackungen entwickelt. Die Methode ermöglicht den Einbezug der Siegelparameter, der durchzuführenden Wärmebehandlung, der ausgewählten Verpackungsfolien, der Öffnungskraft der Verpackung sowie geometrischer Eigenschaften der Verpackung in den Auslegungsprozess. Die Methode umfasst drei Module, die für sich selbst oder kombiniert eingesetzt werden können: ein Design of Experiment (DOE)-Modell zur Optimierung der Siegelparameter auf Probenebene, ein FE-Simulationmodell zur Untersuchung der an der Packung auftretenden Belastungen sowie ein Programm zur Vorausberechnung der erforderlichen Öffnungskraft der Packung. Die Methode kann in der Verpackungsentwicklung sowie in der Prozessauslegung genutzt werden, um die Verpackung effizient zu gestalten und Entwicklungsziele, wie eine sichere und dennoch leicht zu öffnende Verpackung, zu erfüllen.

Folgende Ergebnisse wurden damit einhergehend erzielt:

- Methode zur Optimierung der Siegelparameter unter Berücksichtigung der thermischen Behandlung und ausgewählten Folienkombination

- Versuchsstand, der die Durchführung und Analyse einer Nahtbelastung durch ansteigenden Innendruck in der Packung infolge einer Wärmebehandlung ermöglicht

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

- Simulationsmodell zur Nachbildung von Belastungen auf die Siegelnaht von peelbaren versiegelten Schalen durch thermische Einflüsse

- Validierung der Methodik des Simulationsmodells durch umfassende Modellstudien

- Web-basiertes Programm zur Vorausberechnung der erforderlichen Öffnungskraft einer Verpackung auf Basis der Nahtkontur und Nahtfestigkeit

- Validierung des Berechnungsprogramms durch den umfassenden Abgleich mit Experimenten