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Forschungsziel: Laut einer Studie des VDMA kommen flexiblen Kunststoffverpackungen bei der Verpackung von sensiblen Gütern, wie Lebensmittel, Kosmetika und Medikamente, mittlerweile ein Anteil von ca. 25 v. H. zu. Das wichtigste Qualitätskriterium ist dabei die Undurchlässigkeit der Verpackungsnähte, der sogenannten Siegelnähte. Das etablierte Wärmekontaktverfahren mit beheizten Siegelbacken, bei dem die Nähte durch Druck und Wärme verschlossen werden, reicht bei Maschinenleistungen von mehr als 200 Beuteln pro Minute, insbesondere bei Verpackungen mit übereinander gefalteten Folienlagen, den sogenannten Lagensprüngen, meist nicht für ein sicheres Verpacken aus. Die Siegelzeit ist zu kurz und der Wärmeeintrag in die Siegelzone unzureichend. Immer wieder zeigen sich hier Undichtigkeiten, verursacht durch unvollständiges Aufschmelzen der Verpackungsfolie. Bereits kleine Fehlstellen führen zu unerwünschtem Gasaustausch, Produkt- und Qualitätsverlust. Ziel des Forschungsprojekts SUWS war daher die Entwicklung eines innovativen industriellen Siegelverfahrens, dem sogenannten schwingungsunterstützen Wärmekontaktsiegeln. Bei diesem wurde durch eine oszillierende Bewegung der Siegelbacken eine Scherung erzeugt,die eine undurchlässige Verpackung mit völliger Siegelverschmelzung garantiert.
Jürgen Lorenz +49 6404 9182-20
jlorenz@wolf-pack.de
Dipl.-Wi.-Ing. Christel Schwab
+49 721 608-25288
christel.schwab@kit.edu
1. Problemstellung
Flexiblen Kunststoffverpackungen kommt bei der Verpackung von sensiblen Gütern, wie Lebensmitteln, Kosmetika oder Medikamenten, aber auch bei der Herstellung und Verpackung technischer Güter, wie Medizinprodukten, mittlerweile ein Anteil von ca. 25 % zu. Eines der wichtigsten Qualitätskriterien ist die Undurchlässigkeit der Packungsnähte.
Das etablierte Wärmekontaktverfahren mit beheizten Siegelbacken reicht bei Maschinenleistungen von mittlerweile mehr als 200 Beuteln / min, insbesondere bei den überwiegend verwendeten Verpackungen mit Lagensprüngen und Falten, meist nicht für ein sicheres Verpacken aus. Immer wieder zeigen sich in diesen Zonen Undichtigkeiten, verursacht durch unvollständiges Aufschmelzen der Verpackungsfolie. Hierdurch gehen Produktbestandteile insbesondere Aromen verloren, tritt Schutzgas aus, oder die verpackten Güter werden durch Eindringen von Mikroorganismen kontaminiert.
2. Projektziel
Das neuartige Verfahren ¿schwingungsunterstütztes Wärmekontaktsiegeln¿ überwindet Einschränkungen des einfachen Wärmekontaktverfahrens. Die oszillierende Bewegung der Siegelbacken bewirkt eine Scherung der zu verbindenden Folien und damit eine signifikante Verringerung der Viskosität der Siegelschmelze um 30 %. Hierdurch wird die Schmelze gut durchmischt und gleichmäßig im Nahtbereich verteilt. Die Festigkeit der Nähte verbessert sich besonders bei niedrigen Siegeltemperaturen um 20 %.
3. Vorgehensweise
Nach wissenschaftlichen Vorarbeiten beim Fraunhofer Anwendungszentrum Verarbeitungsmaschinen und Verpackungstechnik wurderden diese Effekte industrietauglich gemacht. Im Forschungsprojekt wurden deshalb (i) die theoretischen Kenntnisse zum Verhalten von Polymerschmelzen unter Scherung vertieft, (ii) das Verfahren im Labormaßstab an marktgängigen Kunststofffolienverbünden weiter erforscht und (iii) die Erkenntnisse in einer industriellen Verpackungsmaschine umgesetzt.
4. Anwendungspotential
Das Ergebnis ist ein neuartiger Prozess, der eine sichere und zugleich effiziente Herstellung von Verpackungen mit hoher Ausbringung von über 200 Beuteln/min garantiert. Aufgrund der besseren Durchmischung können dünne Folienschichten verwendet werden. Dabei wird ein optimales Nahtergebnis mit einer insgesamt verbesserten Ressourcen- und Energiebilanz von mindestens 15 v. H. realisiert. Mit Blick auf das Marktpotenzial bietet eine branchen-übergreifende Anwendung der Projektergebnisse in die technische Güter- und Bauindustrie, beispielsweise für Dämmstoffe, weitere Anwendungsmöglichkeiten.
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