Automatisierung

Lebensmittelverpackungen auf dem Prüfstand

03.07.2020 -

Behälter und Verpackungen für Lebensmittel müssen hohen Ansprüchen genügen. Während auf dem Transportweg der Schutz des Produktes Priorität hat, sind für Kunden die Zugänglichkeit und die Wiederverschließbarkeit wichtig – eine Herausforderung für die Produktentwicklung.
Verpackungen von Lebensmitteln müssen hohe Anforderungen erfüllen. So muss das Produkt auf dem Weg zum Kunden geschützt werden und darf auch auf dem Transportweg nicht beschädigt werden. Beim Endverbraucher angekommen, soll der Inhalt leicht zugänglich und der Behälter bei einigen Verpackungen wiederverschließbar sein. Um all diese Anforderungen zu erfüllen, müssen Materialien und Fertigungsmethoden aufeinander abgestimmt werden. Prüfmaschinen und -vorrichtungen von ZwickRoell bieten zusammen mit der Prüfsoftware TestXpert III eine komfortable Möglichkeit, die benötigten Werte zu ermitteln und auszuwerten.
Mit der einsäuligen Prüfmaschine der ZwickiLine-Serie von ZwickRoell lassen sich Verpackungsmaterialien während der Produktentwicklung prüfen. Im Zusammenspiel mit der Prüfsoftware TestXpert III werden die Versuche durchgeführt, ausgewertet und die gewonnenen Daten direkt in die SAP-Datenbank übertragen.

Qualitätsprüfung von Peel-Nähten

Speziell für den Peel-Test, also das Abziehen von Deckeln oder Verschlussmaterialien, bietet das Unternehmen eine Prüfvorrichtung an, mit deren Hilfe die Qualität der Peel-Nähte für unterschiedliche Verpackungsarten geprüft werden kann. Mit dieser flexiblen Deckelabzugsvorrichtung lassen sich Peel- und Öffnungskräfte von heißgesiegelten peelbaren Verpackungen ermitteln. Gegenüber bisherigen Vorrichtungen bietet sie den Vorteil, dass sich der Abziehpunkt immer in der Prüfachse befindet. Der Öffnungswinkel ist der manuellen Öffnung nachempfunden. Er wird vor dem Versuch zwischen 90° und 155° frei eingestellt und während des Versuchs konstant beibehalten. Der Tisch auf dem die Probe gehalten wird, ist auf einem Schlitten befestigt, der sich während der Prüfung entgegen der Zugrichtung bewegt. So lässt sich die Bewegung der menschlichen Hand beim Öffnen der Verpackung beinahe identisch abbilden. Die Abzugsvorrichtung eignet sich für formstabile und nicht formstabile Verpackungen gleichermaßen. Die Platzierung auf dem Auflagetisch erfolgt mittels Klemmen. Bei Bedarf verhindern zusätzliche formschlüssige Aufnahmen das Verrücken der Probe während des Versuchs. So können Verpackungen mit einer Höhe von bis zu 160 mm und einem maximalen Durchmesser von 250 mm sicher gehalten werden. Ausgelegt auf Prüfkräfte von bis zu 50 N ermöglicht die Prüfvorrichtung die Untersuchung der Peel-Nähte unterschiedlicher Verpackungsarten.
Zu Verpackungsprüfungen gehört auch die Bestimmung der Siegelnahtfestigkeit. Siegelungen aus flexiblen Packstoffen prüft man zum Beispiel nach der Norm DIN 55529: An einem 15 mm breiten Streifen wird ein Zugversuch bei einem Abzugswinkel von 180° durchgeführt, um die Festigkeit zu ermitteln. Sie gibt Auskunft darüber, wie gut eine Verpackung zusammenhält und wieviel Kraftaufwand nötig ist, sie an der Versiegelung zu öffnen.

Öffnen durch Drücken und Drehen

Zur Prüfung wiederverschließbarer Kunststoffbehälter mit Drehverschluss wird ein Torsionsantrieb in Verbindung mit einer linearen Achse eingesetzt. Auf diese Weise lassen sich Anzugs- und Lösemomente bestimmen sowie die Leichtgängigkeit des Verschlussdeckels unter Berücksichtigung der Gewindesteigung überprüfen. Realisiert wird die Prüfung über eine entsprechende TestXpert-III-Master-Prüfvorschrift. Zusammen mit Zwick-Torsionsantrieben ist es möglich, mehrere Bewegungen zu überlagern, also Zug- oder Druckprüfungen in Kombination mit einer Torsion. So können zum Beispiel Sicherheitsverschlüsse für Medikamente geprüft werden, die zum Öffnen ein gleichzeitiges Drücken und Drehen erfordern.
Weitere Verpackungsprüfung sind Druckversuche. Sie dienen beispielsweise zur Bestimmung des Stapelverhaltens bzw. der Stapelbarkeit. Hier gibt es je nach Norm und Material unterschiedliche Vorgehensweisen. Man belastet einzelne oder mehrere Verpackungen bis zum Versagen, um die maximale Stapelhöhe zu bestimmen. An Kunststoff-Bechern wird dieser Versuch sogar mit komplett gefüllten Trays durchgeführt. In einer anderen Version wird eine bestimmte Last über eine vorgegebene Dauer oder alternativ bis zum Versagen gehalten. Kunststoffeimer, die als Großverpackung zum Beispiel in der Gastronomie dienen, prüft man ebenfalls in Druckversuchen. Beim Hysterese-Versuch wird untersucht, wie oft ein Eimer bei einer festgelegten Kraft belastet werden kann, bis er einbricht. In der Praxis geschieht dies durch das mehrschichtige Be- oder Entladen von Paletten. Auch die Eigensteifigkeit der Verpackungen bestimmt man in Druckversuchen, sie ist wichtig für die Abstimmung des Verarbeitungsprozesses. Denn das Verschließen (Abdeckeln) belastet die Verpackungen ebenfalls mit einer definierten Kraft – diesen Arbeitsvorgang müssen sie ebenfalls unbeschadet überstehen.

Weiterreißfestigkeit von Kunststofffolien

Neben den Versuchen an der fertigen Verpackung spielen Werkstoffprüfungen an Folien eine große Rolle. Zugversuche nach ASTM D882 werden durchgeführt, um Materialkennwerte wie Bruchdehnung oder Zugfestigkeit in Extrusions- und Querrichtung zu ermitteln. Relevant ist auch die Weiterreißfestigkeit von Kunststofffolien. Durchgeführt nach den Normen ISO 34-1, ISO 6383-1, EN 495-2 und DIN 53363 simuliert der Versuch das Verhalten von Verpackungsfolien beim Öffnen von Verpackungen. Im Idealfall liegt die benötigte Einreißkraft mit der Weiterreißkraft in etwa gleichauf, um einen Folienbeutel problemlos zu öffnen. Ist die Maximalkraft bis zum Riss der Probe und damit dem Einreißen der Verpackung im Vergleich zu hoch, kann es nach dem ersten Anriss zu einem schlagartigen Weiterreißen kommen. Das führt häufig zu einem unkontrollierten Ausschütten des Inhalts und verhindert zudem ein sauberes Wiederverschließen des Beutels. Der Weiterreißwiederstand bei verstreckten Folien ist zudem richtungsabhängig. Daher ist es nicht leicht, das optimale Verhalten einzustellen, was zuverlässige Prüfungen und Auswertungen umso wichtiger erscheinen lässt.

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