packaging journal 4-5_2020

METALLVERPACKUNGEN
Prozessgrenzen verschieben, Material einsparen
OPTIMIERTE
VERSCHLIESSTECHNOLOGIE
Sind bei der Herstellung von Lebensmitteldosen noch Materialeinsparungen möglich? Neueste Untersuchungsergebnisse
eines Gemeinschaftsprojekts zeigen, dass das Potenzial für eine weitere Dickenreduzierung bei der Herstellung
dreiteiliger Dosen wohl längst noch nicht ausgeschöpft ist.
Innerhalb des letzten Jahrzehnts schien die Abnahme der Ausgangsmaterialstärke
für die Herstellung von Lebensmitteldosen aufgrund von
Verschließproblemen ein gewisses Ende erreicht zu haben. Meist setzte
die Faltenbildung bei der Verarbeitung von dünneren und höherfesten
Materialien die Grenze des Verfahrens. Aber ist das tatsächlich so?
Um dies zu untersuchen, hat sich ein branchenübergreifendes Konsortium
zusammengeschlossen. Das geförderte
Forschungsprojekt wurde mit wissenschaftlicher
Begleitung und Koordination durch das
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen
und Umformtechnik (IWU) realisiert.
Basis der Untersuchung
Die Untersuchung wurde an einer dreiteiligen
Lebensmitteldose mit dem Durchmesser
70 Millimeter durchgeführt. Für diese Lebensmitteldosen
ist die Materialfestigkeit TH550 in
der Dicke von 0,17 Millimetern für die Dosendeckel
der industrielle Standard. Im Rahmen des
Projekts wurden fünf verschiedene Deckelmaterialien
untersucht, so auch Deckelmaterialien
mit einer reduzierten Dicke von 0,15 Millimetern mit höherer Festigkeit
(im Bereich von 600 N/mm 2 bis 650 N/mm 2 ) und maximaler Dehnung
(zwischen zwei und ca. zehn Prozent). Alle Dosendeckel wurden unter
identischen Bedingungen für Innen- und Außenlackierung sowie mit
demselben Compoundsystem auf derselben Anlage und mit denselben
Werkzeugen beim Industriepartner CAN-PACK S.A. hergestellt. Die Dosendeckelmaße
lagen alle in den erforderlichen Toleranzen.
Im Mittelpunkt der Untersuchung stand das Rollenverschließen, da
dies die gebräuchlichste Verschließtechnologie ist. Die Betrachtung
der Standard-Industrierolle für die erste Verschließoperation im Falzprozess
zeigte die bekannten Schwierigkeiten und Probleme in den
Das IGF-Vorhaben 19436 BR / 1237
„Erweiterung der Prozessgrenzen für
faltenfreies Verschließen von Deckeln
aus hochfestem dünnen Verpackungsstahl“
der FOSTA – Forschungsvereinigung
Stahlanwendung e. V., Düsseldorf,
wurde über die Arbeitsgemeinschaft
industrieller Forschungsvereinigungen
(AiF) im Rahmen des Programms zur
Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung
(IGF) vom Bundesministerium
für Wirtschaft und Energie
aufgrund eines Beschlusses des
Deutschen Bundestages gefördert.
industriellen Tests: Je höher die Materialfestigkeit und je geringer die
Materialdicke, desto mehr neigen die Materialien bei der Verschließoperation
1 zur Faltenbildung.
Prozessinnovation mit virtuellen Methoden
Industrieversuche bei Projektteilnehmern
Im Rahmen des Projekts wurde eine FE-Analyse
durchgeführt mit dem Ziel, die wesentlichen Einflüsse
und Ursachen für das Faltenbildungsverhalten
zu beschreiben. Es konnte festgestellt
werden, dass ein wesentlicher Einfluss auf die
Anzahl und Größe der Falten im Verhältnis der
Materialhärte und der Rollengeometrie liegt.
Um die Falten im Rahmen der Prozesssimulation
zu minimieren, wurden verschiedene
Rollenprofile analysiert. Schließlich wurde ein
Rollenprofil optimiert, das zu weniger Faltenbildung
beim Falzen aller hochfesten Materialien
führte. Dieses optimierte Rollenprofil wurde
von den Projektteilnehmern hergestellt und auf
verschiedenen Verschließmaschinen dem Praxistest
unterzogen.
Die Industrieversuche wurden von drei Maschinenherstellern (Cantec,
Ferrum, Blema) und einem Dosenhersteller (Auxilliar Conservera) im
Konsortium durchgeführt. Die verschlossenen Dosen zeigten eine gute
Maßhaltigkeit mit den geforderten Maßen und sind hinsichtlich der Faltenbildung
analysiert worden.
Die gebräuchlichste Art der Prüfung sind die Abstreifmethode und
eine anschließende optische Inspektion durch den Maschinenbediener.
Hier können subjektive Einschätzungen die Prüfungen beeinflus-
Versuchsanlage
und verschlossene
Dosengrößen im Test.
(Bilder: Fraunhofer IWU)
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