Beschreibung
P 1237 – Erweiterung der Prozessgrenzen für faltenfreies Verschließen von Deckeln aus hochfestem dünnem Verpackungsstahl
Vor dem Hintergrund der ständig knapper werdenden Ressourcen und sehr hoher Pro-duktionsstückzahlen in Milliardenhöhe besitzt das Thema Materialeinsparung eine zent-rale Bedeutung in der Verpackungsstahlindustrie. Somit steht die gesamte verpa-ckungsstahlverarbeitende Industrie vor der ökonomischen und technischen Herausfor-derung, höherfeste Weißblechlegierungen prozesssicher verarbeiten zu müssen. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde untersucht, inwiefern sich dünnere höher-festere Metallverpackungswerkstoffe in der Verschließtechnologie von Dosen (hier im speziellen von dreiteiligen Lebensmitteldosen) prozesssicher verarbeiten und funktions-steigernd einsetzen lassen.
Basierend auf einer umfangreichen Recherche zur Verschließtechnologie von Metall-verpackungen und der Expertendiskussion (Interview) innerhalb des projektbegleiten-den Industriearbeitskreises konnten die Haupteinflüsse auf den Verschließprozess de-tailliert, gewichtet und bewertet werden.
Mit Hilfe eines FEM-Prozessmodells für die Rollenverschließtechnologie, wurden die Haupteinflüsse analysiert und anschließend eine Optimierung für die wesentlichen Pa-rameter durchgeführt. Anhand eines abgeleiteten Kriteriums für die Faltenbeurteilung (Welligkeit und max. Faltenhöhe) in den FEM-Ergebnissen konnte die Vergleichbarkeit hergestellt und bewertbar gemacht werden. Innerhalb der Prozessoptimierung wurde vor allem die Profilgeometrie der Verschließrolle OP1 verändert. Dabei stellten sich die Profilhöhe und die Profilradien als wesentliche Einflüsse heraus. Die innerhalb der Opti-mierung erzielten Werte für diese Parameter zeigten ein deutlich besseres Faltenver-halten im FEM-Modell und wurden anschließend in experimentellen Versuchen auf In-dustriemaschinen überprüft.
Innerhalb der experimentellen Untersuchungen bei drei Maschinenherstellern und ei-nem Dosenhersteller konnte die Verbesserung des Faltenverhaltens mit den neuen Werkzeuggeometrien für die Verschließoperation OP1 praktisch nachgewiesen wer-den. Die bei den Industrieteilnehmern hergestellten Dosen wurden in geringen Stück-zahlen zum industriellen Messpartner gegeben, der diese in einem neuen zerstörungs-freien Messprinzip hinsichtlich der Faltenbildung analysierte In der Analyse der Ergeb-nisse für alle untersuchten Werkstoffe, konnte nachgewiesen werden, dass mit den op-timierten Prozesseinstellgrößen und Werkzeuggeometrien bei allen Herstellern eine wesentliche Verbesserung der Faltenbildung auftritt.
Innerhalb von Untersuchungen zur Funktionalität der verschlossenen Dosen, wurde stichprobenhaft der Beultest durchgeführt. Aus dieser Stichprobe lässt sich ableiten, dass alle Materialien mit einer höheren Festigkeit das Potential zur Funktionsverbesse-rung aufweisen. Herausgestellt werden kann allerdings auch, dass Werkstoffe mit einer hohen Festigkeit und einer hohen Dehnung ein größeres Verbesserungspotential für die Bauteilfunktion haben als Materialien mit einer reinen Festigkeitssteigerung.
Veröffentlichung:
August 2020
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. W.-G. Drossel
Dipl.-Ing. T. Lieber
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. M. Nagel
