Untersuchungen zum Zeitstandverhalten von Schachteln aus Wellpappe

Abstract

Wellpappe ist das wichtigste und beliebteste Verpackungsmaterial für den internationalen Warentransport. Bedingt durch seine Ausgangsstoffe neigt Wellpappe unter einer erhöhten Luftfeuchtigkeit zum Kriechen, welches zum Verlust der Festigkeiten führen kann. Der Verlust der Festigkeiten kann Schäden an den zu transportierenden Produkten zur Folge haben. Das Kriechverhalten bzw. die Langzeittragfähigkeit von Wellpappe kann zurzeit nur anhand von Kurzzeitversuchen oder langwierigen Langzeituntersuchungen des Packmittels mit Zuhilfenahme von Sicherheitsfaktoren abgeschätzt werden. Um eine zuverlässige, zeitsparende und raumsparende Abschätzung des Zeitstandverhaltens von Verpackungen aus Wellpappe zu ermöglichen, wurden am Institut für BFSV zwei Zeit-standprüfanlagen für Probenkörperzuschnitte zur ECT-Proben entwickelt und in Betrieb genommen. Mithilfe der Prüfanlagen ist es erstmals möglich, reproduzierbare Kriechraten an Wellpappen-Proben aufzunehmen. Zusätzlich wurde im Oktober 2015 ein Gemeinschaftsforschungsvorhaben mit der Papiertechnischen Stiftung Heidenau und des Instituts für BFSV an der Hochschule für angewandte Wissenschaften Hamburg begonnen. Ziel des Projektes war es, eine kontinuumsmechanisch begründete Methode zur Berechnung des klimaabhängigen Kriechverhaltens von Wellpappen-Verpackungen zu entwickeln. Mit Hilfe von geschwindigkeitsgesteuerten Kurzzeitversuchen an Wellpappen-Proben, des generalisierten Maxwell-Modells und der Prony-Analyse ist es möglich, das Kriechverhal-ten von Wellpappen-Proben im Normklima zu berechnen. Durch den Vergleich von gemessenen und berechneten Kriechverläufen konnte dieses Vorgehen bestätigt werden. Am Ende des Forschungsvorhabens war es möglich, mittels der Ergebnisse und der Finite-Elemente-Methode eine Simulation des Verhaltens von Wellpappen-Verpackungen über einen bestimmten Zeitraum bis hin zu ihrem Versagen darzustellen.

Corrugated cardboard is one of the most important and popular packaging materials for the transport of goods. Due to its raw materials, corrugated cardboard tends to creep at an increased humidity, which can ultimately lead to a loss of strength. This loss of strength of the packaging can result in damages to the transported goods. Currently, the creep behavior and the long-term sustainability of corrugated cardboard can only be estimated based on so-called short-term tests or on protracted long-term studies of the packages, aided by security factors. To enable a reliable, time-saving and space-saving assessment of the creep behavior of corrugated cardboard, two test rigs of ECT-specimens were de-veloped and started up at the Institute of BFSV. Additionally, in October 2015, a research project was launched by the Papiertechnische Stiftung Heidenau and the Institute for BFSV at the University of Applied Sciences Hamburg. The aim of the project was the de-velopment of a method for the calculation of the climate-dependent creep behavior of corrugated board packaging, based on continuum mechanics. Using velocity-controlled short-term tests on corrugated cardboard samples, the generalized Maxwell-model and the Prony-analysis, it is possible to calculate the creep behavior of corrugated cardboard samples in standard climate. By comparing the measured and calculated creep rates, it was possible to confirm this procedure. At the end of the research project, it was possible to use the results and the finite element method to present a simulation of the behavior of corrugated packaging over a certain period of time, up to its failure.