Prüfsysteme für Verpackungen im Lebensmittel- und Medizinbereich Behälter auf dem Prüfstand - Quality Engineering

Prüfsysteme für Verpackungen im Lebensmittel- und Medizinbereich

Behälter auf dem Prüfstand

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Beim Öffnen eines Bechers bildet die Maschine die Bewegung der menschlichen Hand realistisch nach Bild: Zwick Roell
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Verpackungen – etwa für Lebensmittel – müssen ihren Inhalt gut schützen, aber auch einen leichten Zugriff auf diesen ermöglichen und wiederverschließbar sein. Dies stellt die Produktentwicklung vor große Herausforderungen. Um das Verpackungsmaterial entsprechend zu optimieren, können Hersteller auf spezielle Prüfmaschinen und -vorrichtungen zurückgreifen.

Umfangreiche Tests sind nötig, um Verpackungen zu gestalten, die sowohl die Anforderungen des Produktherstellers als auch die des Verbrauchers erfüllen. Um diese Anforderungen unter einen Hut zu bringen, müssen die verwendeten Materialien und Fertigungsmethoden perfekt aufeinander abgestimmt werden.

Um dies umzusetzen, müssen Hersteller unter anderem auf spezielle Prüfmaschinen zurückgreifen. Zu den Anbietern solche Technologien zählt das Unternehmen Zwick Roell, das zum Beispiel ein Prüfsystem für Peel-Verpackungen im Programm hat.

Peel-Verpackungen bestehen aus einem Becher oder einer Schale aus mehr oder weniger formstabilem Kunststoff, luftdicht verschweißt mittels einer Kunststofffolie. Sie werden gerne für gekühlte Ware verwendet – zum Beispiel für Joghurt und Frischkäse im Becher oder für Wurst- und Käsescheiben in einer flachen Schale.

Die spezielle Prüfvorrichtung von Zwick Roell kommt zum Einsatz, um die Abzieh- und Öffnungskräfte solch heißgesiegelter Verpackungen unter realistischen Bedingungen zu ermitteln. Ausgelegt auf eine Prüfkraft von bis zu 50 N ist sie für die Untersuchung unterschiedlicher Behälter geeignet. Sie sorgt dafür, dass sich der Abziehpunkt immer in der Prüfachse befindet.

Der vor dem Versuch zwischen 90° und 155° einstellbare Öffnungswinkel ist der manuellen Öffnung nachempfunden und bleibt den Versuch über konstant. Zudem bewegt sich der Tisch, auf dem die Probe gehalten wird, dank eines Schlittens entgegen der Zugrichtung. Dadurch wird die Bewegung der menschlichen Hand beim Öffnen der Packung realistisch nachgebildet. Mittels Klemmen oder formschlüssiger Aufnahmen können Packungen mit einer Höhe von bis zu 160 mm und einem maximalen Durchmesser von 250 mm zuverlässig gehalten werden.

Als hygienische Abgrenzung zur Umwelt sorgt die Verpackung für die Haltbarkeit des Produkts. Wird sie auf dem Transportweg oder im Laden ungewollt verletzt, ist das Produkt unverkäuflich und muss abgeschrieben werden. Um das Stapelverhalten zu prüfen, führt man je nach Norm und Material unterschiedliche Druckversuche durch. Man belastet einzelne oder mehrere Verpackungen bis zum Versagen, um die maximale Stapelhöhe zu bestimmen.

Für Kunststoffbecher wird der Versuch auch mit komplett gefüllten Trays durchgeführt. In einer anderen Version muss eine bestimmte Last über eine definierte Zeit oder bis zum Versagen der Probe gehalten werden. Die in der Gastronomie als Großpackung dienenden Kunststoffeimer werden in Hysteresversuchen überprüft. Dabei wird das mehrschichtige Be- und Entladen von Paletten simuliert und ermittelt, wie oft ein Eimer bei einer festgelegten Kraft belastet werden kann, bevor er einbricht. Selbst die Eigensteifigkeit solcher Behälter bestimmt man in Druckversuchen, um sicherzustellen, dass sie das Verschließen schadlos überstehen.

Überlagerte Prüfungen sorgen für mehr Möglichkeiten

Im Bereich der Medizinprodukte, aber auch für Nahrungsmittelergänzungen und andere Mengenprodukte in Form von Tabletten oder Dragees werden häufig wiederverschließbare Kunststoffbehälter mit Drehverschluss benutzt. Bei der Prüfung setzt Zwick Roell hier auf einen Torsionsantrieb in Verbindung mit einer linearen Achse. Die Prüfungen werden über entsprechende Master-Vorschriften der Software Testxpert III realisiert.

Dank der Überlagerung von Torsion mit Zug- oder Druck lassen sich neben Anzugs- und Lösemomenten auch die Bedienbarkeit des Verschlusses unter Berücksichtigung der Gewindesteigung und sogar Sicherheitsverschlüsse prüfen. Diese Kindersicherungen lassen sich nur durch gleichzeitiges Drücken und Drehen öffnen und sollen kleine Kinder davon abhalten, Medikamente zu verschlucken, die nicht für sie bestimmt sind.

Verpackungen müssen nicht nur der Gestalt und Funktion nach hoch entwickelt sein, um Kunden das bestmögliche Produkterlebnis zu bieten. Genauso problematisch wie eine Verpackung, die zu früh kaputt geht oder sich nicht öffnen lässt, sind unerwünschte Materialeigenschaften der verwendeten Kunststofffolien.

Deshalb werden nicht nur die fertigen Verpackungen akribisch geprüft, auch Werkstoffprüfungen an Folien spielen eine große Rolle. Kennwerte wie Bruchdehnung oder Zugfestigkeit werden gemäß ASTM D882 sowohl in Extrusions- als auch in Querrichtung ermittelt.

Besondere Bedeutung kommt dabei der Weiterreißfestigkeit zu. Der Versuch nach ISO 34–1, ISO 6383–1, EN 495–2 und DIN 53363 simuliert das Folienverhalten beim Öffnen einer Verpackung. Idealerweise liegen dabei die Einreißkraft und die Weiterreißkraft gleichauf – so kann ein Folienbeutel kontrolliert geöffnet und der Inhalt entnommen werden.

Wenn dagegen die Maximalkraft bis zum Riss der Probe im Vergleich zu hoch ist, kann es nach dem ersten Anriss zum schlagartigen Weiterreißen kommen. Beim Endverbraucher führt dies meist zu einem ungewollten Ausschütten und damit häufig zu einem Verlust des Inhalts. Zudem wird die Verpackung unbrauchbar und ein Wiederverschließen unmöglich.

Dass der Weiterreißwiderstand bei verstreckten Folien richtungsabhängig ist, erschwert es, das gewünschte Verhalten einzustellen. Daher sind zuverlässige Prüfungen und Auswertungen essenziell. Die einsäuligen Prüfmaschinen der Zwickiline-Reihe von Zwick Roell eignen sich im Zusammenspiel mit der zugehörigen Prüfsoftware Testxpert III sehr gut zur Durchführung und Auswertung dieser Versuche. Anschließend können die gewonnenen Daten direkt an die SAP-Datenbank des Anwenders übergeben werden. ■


Der Autor

David Kalke

Awikom

im Auftrag
von Zwick Roell

www.zwick.de

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