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Erweiterung der Prozessgrenzen für faltenfreies Verschließen von Deckeln aus hochfestem dünnem Verpackungsstahl

Forschungsprojekt P 1237 / IGF-Nr. 19436 BR
Extension of the process limits for wrinkle-free seaming of cans made of high-strength packaging steel
 
: Drossel, Welf-Guntram; Lieber, Thomas; Nagel, Matthias

Düsseldorf: FOSTA, 2020, 76 S.
ISBN: 978-3-946885-40-5
URN: urn:nbn:de:101:1-2020082010244153293414
Deutsch
Bericht
Fraunhofer IWU ()

Abstract
Vor dem Hintergrund der ständig knapper werdenden Ressourcen und sehr hoher Produktionsstückzahlen in Milliardenhöhe besitzt das Thema Materialeinsparung eine zentrale Bedeutung in der Verpackungsstahlindustrie. Somit steht die gesamte verpackungsstahlverarbeitende Industrie vor der ökonomischen und technischen Herausforderung, 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 Metallverpackungen und der Expertendiskussion (Interview) innerhalb des projektbegleitenden Industriearbeitskreises konnten die Haupteinflüsse auf den Verschließprozess detailliert, gewichtet und bewertet werden. Mit Hilfe eines FEM-Prozessmodells für die Rollenverschließtechnologie, wurden die Haupteinflüsse analysiert und anschließend eine Optimierung für die wesentlichen Parameter 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 Optimierung erzielten Werte für diese Parameter zeigten ein deutlich besseres Faltenverhalten im FEM-Modell und wurden anschließend in experimentellen Versuchen auf Industriemaschinen überprüft. Innerhalb der experimentellen Untersuchungen bei drei Maschinenherstellern und einem Dosenhersteller konnte die Verbesserung des Faltenverhaltens mit den neuen Werkzeuggeometrien für die Verschließoperation OP1 praktisch nachgewiesen werden. Die bei den Industrieteilnehmern hergestellten Dosen wurden in geringen Stückzahlen zum industriellen Messpartner gegeben, der diese in einem neuen zerstörungsfreien Messprinzip hinsichtlich der Faltenbildung analysierte In der Analyse der Ergebnisse für alle untersuchten Werkstoffe, konnte nachgewiesen werden, dass mit den optimierten 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 Funktionsverbesserung 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.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-605590.html