{"id":36896,"date":"2020-08-05T12:04:36","date_gmt":"2020-08-05T10:04:36","guid":{"rendered":"https:\/\/packaging-journal.de\/?p=36896"},"modified":"2020-10-06T12:19:00","modified_gmt":"2020-10-06T10:19:00","slug":"optimised-closure-technology-for-food-cans","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/packaging-journal.de\/en\/optimierte-verschlusstechnologie-bei-lebensmitteldosen\/","title":{"rendered":"Optimised closure technology for food cans"},"content":{"rendered":"

Sind bei der Herstellung von Lebensmitteldosen noch Materialeinsparungen m\u00f6glich? Neueste Untersuchungsergebnisse eines Gemeinschaftsprojekts zeigen, dass das Potenzial f\u00fcr eine weitere Dickenreduzierung bei der Herstellung dreiteiliger Dosen wohl l\u00e4ngst noch nicht ausgesch\u00f6pft ist.<\/p>\n

Innerhalb des letzten Jahrzehnts schien die Abnahme der Ausgangsmaterialst\u00e4rke f\u00fcr die Herstellung von Lebensmitteldosen aufgrund von Verschlie\u00dfproblemen ein gewisses Ende erreicht zu haben. Meist setzte die Faltenbildung bei der Verarbeitung von d\u00fcnneren und h\u00f6herfesten Materialien die Grenze des Verfahrens.<\/strong> Aber ist das tats\u00e4chlich so?<\/p>\n

Um dies zu untersuchen, hat sich ein branchen\u00fcbergreifendes Konsortium<\/strong> zusammengeschlossen. Das gef\u00f6rderte Forschungsprojekt wurde mit wissenschaftlicher Begleitung und Koordination durch das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) realisiert.<\/p>

\"\"<\/a><\/div><\/div>\n[infotext]\nDas Projektkonsortium f\u00fcr die Untersuchung der Verschlie\u00dftechnologie setzt sich zusammen aus:
\n\u275a Materiallieferanten (thyssenkrupp Rasselstein GmbH, Tata Steel)
\n\u275a Verschlie\u00dfmaschinenhersteller (Cantec GmbH & Co. KG, Lanico Maschinenbau Otto Niemsch GmbH, Gebr\u00fcder Leonhardt GmbH & Co. KG Blema Kircheis, Ferrum Ltd. \u2013 Canning
\nTechnology)
\n\u275a Werkzeuganbieter (MAIKO Engineering GmbH, Albert Schmutzler GbR)
\n\u275a Dosenhersteller (CAN-PACK S.A., Auxilliar Conservera S.A., International Packaging Association, Glud & Marstrand A\/S) sowie
\n\u275a Messsystementwickler (CMC-KUHNKE GmbH, F+K Werkstoff\u00fcrfung und Labor GmbH)
\n\u275a Compoundlieferanten (Wakol GmbH, Henkel Adhesive Technologies).[\/infotext]\n

Basis der Untersuchung bei Lebensmitteldosen
\n<\/strong><\/h2>\n

Die Untersuchung wurde an einer dreiteiligen Lebensmitteldose mit dem Durchmesser 70\u00a0Millimeter durchgef\u00fchrt. F\u00fcr diese Lebensmitteldosen ist die Materialfestigkeit TH550 in der Dicke von 0,17 Millimetern f\u00fcr die Dosendeckel der industrielle Standard. Im Rahmen des Projekts wurden f\u00fcnf verschiedene Deckelmaterialien<\/strong> untersucht, so auch Deckelmaterialien mit einer reduzierten Dicke von 0,15 Millimetern mit h\u00f6herer Festigkeit (im Bereich von 600 N\/mm\u00b2 bis 650 N\/mm\u00b2) und maximaler Dehnung (zwischen zwei und ca. zehn Prozent).<\/p>\n

Alle Dosendeckel wurden unter identischen Bedingungen<\/strong> f\u00fcr Innen- und Au\u00dfenlackierung sowie mit demselben Compoundsystem auf derselben Anlage und mit denselben Werkzeugen beim Industriepartner CAN-PACK S.A. hergestellt. Die Dosendeckelma\u00dfe lagen alle in den erforderlichen Toleranzen.<\/p>\n

Im Mittelpunkt der Untersuchung stand das Rollenverschlie\u00dfen<\/strong>, da dies die gebr\u00e4uchlichste Verschlie\u00dftechnologie ist. Die Betrachtung der Standard-Industrierolle f\u00fcr die erste Verschlie\u00dfoperation im Falzprozess zeigte die bekannten Schwierigkeiten und Probleme in den industriellen Tests: Je h\u00f6her die Materialfestigkeit und je geringer die Materialdicke, desto mehr neigen die Materialien bei der Verschlie\u00dfoperation 1 zur Faltenbildung.<\/p>\n

Prozessinnovation mit virtuellen Methoden<\/strong><\/h2>\n

Im Rahmen des Projekts wurde eine FE-Analyse durchgef\u00fchrt mit dem Ziel, die wesentlichen Einfl\u00fcsse und Ursachen f\u00fcr das Faltenbildungsverhalten<\/strong> zu beschreiben. Es konnte festgestellt werden, dass ein wesentlicher Einfluss auf die Anzahl und Gr\u00f6\u00dfe der Falten im Verh\u00e4ltnis der Materialh\u00e4rte und der Rollengeometrie liegt.<\/p>\n

\"Versuchsanlage
Die Versuchsanlage (Bild: Fraunhofer IWU)<\/figcaption><\/figure>\n

Um die Falten im Rahmen der Prozesssimulation zu minimieren, wurden verschiedene Rollenprofile analysiert. Schlie\u00dflich wurde ein Rollenprofil optimiert, das zu weniger Faltenbildung beim Falzen aller hochfesten Materialien f\u00fchrte. Dieses optimierte Rollenprofil wurde von den Projektteilnehmern hergestellt und auf verschiedenen Verschlie\u00dfmaschinen dem Praxistest unterzogen.<\/p>\n

Industrieversuche bei Projektteilnehmern<\/strong><\/h2>\n

Die Industrieversuche wurden von drei Maschinenherstellern (Cantec, Ferrum, Blema) und einem Dosenhersteller (Auxilliar Conservera) im Konsortium durchgef\u00fchrt. Die verschlossenen Dosen zeigten eine gute Ma\u00dfhaltigkeit mit den geforderten Ma\u00dfen und sind hinsichtlich der Faltenbildung analysiert worden.<\/p>\n

\"Verschlossene
Verschlossene Dosengr\u00f6\u00dfen im Test (Bild: Fraunhofer IWU)<\/figcaption><\/figure>\n

Die gebr\u00e4uchlichste Art der Pr\u00fcfung sind die Abstreifmethode<\/strong> und eine anschlie\u00dfende optische Inspektion<\/strong> durch den Maschinenbediener. Hier k\u00f6nnen subjektive Einsch\u00e4tzungen die Pr\u00fcfungen beeinflussen, daher wurden im Rahmen des Projekts alle verschlossenen Dosen mit einer neuen r\u00f6ntgenbasierten, zerst\u00f6rungsfreien Falzmessanlage<\/strong> der Firma CMC-Kuhnke GmbH vermessen. Mit diesem System steht eine objektive Methode zur Messung von Falten innerhalb der Naht zur Verf\u00fcgung. Alle Industriepartner konnten die Verbesserung des Faltenbildes durch das optimierte Rollenprofil f\u00fcr alle hochfesten Materialien nachweisen.<\/p>\n

Funktionspr\u00fcfung verdeutlicht das Potenzial<\/strong><\/h2>\n

In anschlie\u00dfenden Untersuchungen wurden die verschlossenen Dosen mit allen Versuchsmaterialien einem Beultest unterzogen, dabei konnte ermittelt werden, dass alle h\u00f6herfesten Materialien zu einer Steigerung des ertragbaren Beuldrucks f\u00fchren.<\/p>\n

\"Beultest
Beultest (Bild links) und ertragbare Beuldr\u00fccke (Grafik rechts) beim Standardmaterial (MAT_a) und bei Testmaterialien mit h\u00f6herer Festigkeit und unterschiedlichen Dehnungen (MAT_b und MAT_c). MAT_c weist hierbei eine h\u00f6here Dehnung auf. (Bild: Fraunhofer IWU)<\/figcaption><\/figure>\n

Zudem wurde festgestellt, dass die Materialien mit hoher Festigkeit und hoher Dehnung ein h\u00f6heres Potenzial f\u00fcr die Dickenreduzierung aufweisen.<\/p>\n

Gewichtseinsparung von bis zu vier Gramm pro Lebensmitteldose m\u00f6glich <\/strong><\/h2>\n

Innerhalb des Projekts konnte also der technologische Nachweis f\u00fcr die Senkung des Materialeinsatzes<\/strong> bei gleichbleibender Funktionsanforderung und besserer Prozessstabilit\u00e4t erbracht werden. Die Industrieteilnehmer sch\u00e4tzten, dass mit einem Deckelmaterial der Festigkeit von 650 N\/mm\u00b2 und hohen Dehnungen eine Absenkung der Deckelblechdicke um 0,02 Millimeter bei gleicher Funktion m\u00f6glich ist.<\/p>\n

Die Auswirkung dieser Reduzierung der Deckeldicke um ca. 20 Mikrometer w\u00fcrde an einer Standarddose mit dem Volumen 425 Milliliter zu einer Gewichtseinsparung von vier Gramm pro Dose f\u00fchren, was bei den im Markt eingesetzten Milliardenst\u00fcckzahlen zu einer bedeutenden Materialreduzierung<\/strong> auflaufen w\u00fcrde und entsprechende Kostenersparnisse<\/strong> erzielen k\u00f6nnte. Zuk\u00fcnftigen Serienversuchen sollen die Ergebnisse best\u00e4tigen.<\/p>\n[infotext]Das IGF-Vorhaben 19436 BR \/ 1237 \u201eErweiterung der Prozessgrenzen f\u00fcr faltenfreies Verschlie\u00dfen von Deckeln aus hochfestem d\u00fcnnen Verpackungsstahl\u201c<\/strong> der FOSTA \u2013 Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V., D\u00fcsseldorf, wurde \u00fcber die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur F\u00f6rderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium f\u00fcr Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gef\u00f6rdert.<\/p>\n

Der ausf\u00fchrliche Abschlussbericht des Projekts ist bei der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.\u00a0V.<\/a> (FOSTA) zu erhalten.[\/infotext]\n

 <\/p>\n

\"Dipl.-Ing.
Autor dieses Gastbeitrags ist Dipl.-Ing. Thomas Lieber. Er ist Gruppenleiter im Bereich Blechbearbeitung und Grundlagen am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) in Chemnitz.<\/figcaption><\/figure>\n

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