Druckprüfung

Im Bereich der Wellpappenverpackungen spielt die ingenieurwissenschaftliche Methode der Druckprüfung eine herausragende Rolle. Hierbei geht es um die Qualitätsbewertung der Verpackungslösungen, die stets ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Schutzfunktion und Wirtschaftlichkeit herstellt. Druckprüfungen liefern reproduzierbare Messwerte, mit denen sich Tragfähigkeit, Kantenstabilität und Materialreserven quantifizieren lassen. Sie bilden damit die Grundlage für eine belastbare Auslegung von Transport- und Lagerbehältnissen aus Wellpappe unter realistischen klimatischen und mechanischen Bedingungen. Ergänzend ermöglichen sie eine datenbasierte Prozessführung, unterstützen die Validierung von Konstruktionsänderungen und liefern belastbare Evidenz für interne Freigaben, Audits und Zertifizierungen.

Definition: Was versteht man unter Druckprüfung?

Unter einer Druckprüfung wird das Verfahren verstanden, mit dessen Hilfe die Festigkeitsmerkmale sowie die Qualität von Wellpappen ermittelt werden. Hierbei wird überprüft, wie gut das Material den mechanischen Belastungen während Transport und Lagerung standhält. Im engeren Sinn umfasst dies statische oder quasi-statische Druckbelastungen, die ein Versagen durch Stauchung, Beulen oder Delamination provozieren, um maßgebliche Kennwerte wie Kantenstauchfestigkeit oder Plattencrushfestigkeit zu bestimmen. Synonyme Bezeichnungen in der Praxis sind unter anderem Kompressionsprüfung, Stauchprüfung oder Stapeldruckprüfung.

Die Druckprüfung grenzt sich von stoß- oder schwingungsbasierten Prüfungen ab und fokussiert auf das Drucktragverhalten der Wellpappe und kompletter Verpackungseinheiten. Sie dient sowohl der Materialcharakterisierung als auch der Validierung fertiger Konstruktionen im Hinblick auf Stapel- und Lagerbeanspruchungen. Ergänzend werden zeitabhängige Effekte (z. B. Kriechen unter Dauerstapelung) betrachtet, da sie das Langzeitverhalten und damit die Sicherheit im Logistikprozess beeinflussen.

Im erweiterten Verständnis umfasst die Druckprüfung zudem die Bewertung von Versagensarten (lokales Kantenknicken, Wellenkollaps, Rillschwächung, Klebenahtbeeinflussung) sowie die Ableitung konstruktiver Maßnahmen, etwa durch Anpassung der Wellengeometrie, der Papiersorten oder der Rillparameter. Dadurch wird die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf reale Verpackungsprozesse erhöht.

Messtechniken bei der Druckprüfung

Es gibt verschiedene Verfahren zur Ausführung einer Druckprüfung, basierend auf dem zu prüfenden Material und der Art der Belastung. Ein gängiges Messverfahren ist der ECT-Test (Edge Crush Test), bei dem die Kantenstauchfestigkeit ermittelt wird. Ein anderer gebräuchlicher Test ist der FCT (Flat Crush Test), bei dem die Plattencrushfestigkeit gemessen wird. Ergänzend werden häufig Prüfungen an Rohpapieren und komplette Kartonprüfungen herangezogen, um das Zusammenspiel der Lagen und die Leistungsfähigkeit der fertigen Einheit zu bewerten. In der industriellen Anwendung werden diese Einzelprüfungen häufig kombiniert, um ein konsistentes Eigenschaftsprofil der Wellpappe über alle relevanten Belastungsrichtungen abzuleiten.

• ECT (Edge Crush Test, z. B. ISO 3037): Ermittelt die Kantenstauchfestigkeit der Wellpappe in kN/m und ist ein zentraler Prädiktor für die Stapelfestigkeit. Typische Prüfkörperhöhen und Ausrichtungen sind standardisiert; die erzielten Werte reagieren sensibel auf Papierqualität, Wellenprofil und Klebung.
• FCT (Flat Crush Test, z. B. ISO 3035): Misst die Widerstandsfähigkeit der Wellen gegen Flächenpressung und gibt Hinweise auf die Wellengeometrie und das Stützverhalten. Ein niedriger FCT kann auf Wellenbeschädigungen oder unzureichende Prozessparameter beim Kaschieren hinweisen.
• BCT (Box Compression Test, z. B. ISO 12048 bzw. vergleichbare Normen): Bestimmt die maximale Druckkraft kompletter, leerer oder befüllter Versandkartons unter kontrollierten Bedingungen. Der BCT bildet die Interaktion aus Zuschnitt, Rillung, Klebenaht und Material ab und ist daher die direkteste Kennzahl für Stapel- und Lagerbelastungen.
• RCT (Ring Crush Test, z. B. ISO 12192) und SCT (Short-Span Compression Test, z. B. ISO 9895): Charakterisieren die Druckfestigkeit der eingesetzten Rohpapiere, die maßgeblich die ECT-Ergebnisse beeinflussen. Beide Prüfungen helfen, Schwankungen im Papierinput frühzeitig zu erkennen.
• CMT (Concora Medium Test, z. B. ISO 7263): Bewertet das Stützverhalten des Wellenpapiers und seine Kollapsneigung unter Druck. In Kombination mit RCT/SCT lassen sich daraus robuste Materialmodelle für die Wellpappe ableiten.

Normen, Prüfbedingungen und Probenvorbereitung

Die Aussagekraft einer Druckprüfung hängt wesentlich von standardisierten Prüfbedingungen ab. Dazu zählen die Klimatisierung der Proben (typisch 23 °C und 50 % relative Luftfeuchte nach ISO 187), die definierte Probengeometrie, präzise Ausrichtung der Prüfkörper, konstante Belastungsgeschwindigkeit sowie die Kalibrierung der Messmittel. Abweichungen in Feuchte, Temperatur oder Probenzuschnitt können die Messwerte signifikant verändern und müssen dokumentiert werden. Auch die Anzahl der Prüfkörper, die Wiederholbarkeit und die Bedienereinflüsse sind zu vermerken, um die Vergleichbarkeit sicherzustellen.

Für die Auswertung ist eine ausreichende Anzahl statistisch unabhängiger Prüfkörper erforderlich, um Streuungen zu erfassen. Ergänzend unterstützen bekannte Berechnungsansätze (z. B. McKee-Ansatz) die Abschätzung der BCT-Werte aus ECT, Wandstärke und Umfang des Kartons, ersetzen jedoch keine belastungstreuen Prüfungen. Eine Plausibilitätsprüfung mittels empirischer Korrelationen und die Bewertung der Messunsicherheit erhöhen die Zuverlässigkeit der Ergebnisse.

Weiterführende Hintergründe zu den geometrischen Randbedingungen liefert der ausführliche Lexikonbeitrag zu Abmessungen und Prüfgeometrie. Relevante Themen sind unter anderem Zuschnitttoleranzen, Rillgeometrien, Prüfkörperorientierung sowie der Einfluss von Klebenähten und Öffnungen auf die Messergebnisse.

Einflussfaktoren und Auswertung

Die Ergebnisse der Druckprüfung werden von einer Reihe von Einflussgrößen bestimmt: Klimabedingungen, Papiereigenschaften, Wellenprofil, Klebung, Rillung, Zuschnittqualität und der Alterungszustand des Materials. Darüber hinaus wirken sich Belastungsdauer und -geschichte aus; Langzeitstapelung kann zu Kriechverformungen führen, die die BCT-Reserve verringern.

Klimatischer Einfluss und Zeitverhalten

Mit steigender relativer Luftfeuchte sinken ECT- und BCT-Werte oftmals deutlich. Daher sind Konditionierung, schnelle Prüfabläufe und die Dokumentation der Klimawerte essenziell. Für Anwendungen mit erhöhter Feuchtebelastung (z. B. Kühllogistik) empfiehlt sich eine ergänzende Prüfung unter abweichenden Klimaszenarien sowie gegebenenfalls eine Kriech- oder Dauerstapelprüfung.

Datenanalyse und statistische Prozesskontrolle

Zur Interpretation eignen sich Lage- und Streuungsmaße (Mittelwert, Standardabweichung), Regelkarten, Fähigkeitskennzahlen (z. B. Cp/Cpk) und Ausreißeranalysen. Eine lückenlose Rückverfolgbarkeit (Papiercharge, Maschineneinstellungen, Prüfer, Klimawerte) erleichtert Ursachenanalysen bei Abweichungen und unterstützt eine robuste Prozesslenkung.

Ablauf einer Druckprüfung

Bei einer Druckprüfung werden Proben der Wellpappe unter kontrollierten Bedingungen Belastungen ausgesetzt, bis sie versagen. Hierbei werden wichtige Daten wie die maximale Belastung und die Deformationscharakteristiken erfasst. Diese Daten können zur Qualitätskontrolle und zur Vorhersage der Leistungsfähigkeit der Verpackung unter realen Bedingungen verwendet werden. Der typische Ablauf umfasst Probenahme, Konditionierung, präzisen Zuschnitt, Ausrichtung in der Prüfvorrichtung sowie eine definierte Belastungsrampe bis zum Kollaps oder einem vorher festgelegten Kriterium. Je nach Norm werden Messrate, Prüfflächenebenheit und Parallelität der Druckplatten streng spezifiziert.

1. Probenahme: Entnahme repräsentativer Muster aus der Produktion, einschließlich Kennzeichnung der Produktionsparameter, Fertigungszeit, Papierchargen und Wellenprofil, um eine nachvollziehbare Zuordnung der Messergebnisse sicherzustellen.
2. Konditionierung: Klimatisierung der Proben bis zur Massekonstanz nach festgelegtem Klima; Vermeidung von Feuchtegradienten und mechanischer Vorbelastung während der Akklimatisierung.
3. Probenvorbereitung: Zuschnitt mit geeigneten Werkzeugen, Vermeidung von Kantenquetschungen oder Wellenbeschädigungen; Kontrolle der Probenmaße und der Ausrichtung der Welle gemäß Normvorgabe.
4. Prüfeinrichtung: Kalibrierte Prüfmaschine, parallel geführte Druckplatten, definierte Vorschubgeschwindigkeit; regelmäßige Kontrolle der Ebenheit der Auflagen und der Kraftmesskette.
5. Messung: Aufbringen der Last bis zum Versagen; Erfassung von Maximalkraft, Weg und gegebenenfalls der Last-Weg-Kurve; bei BCT zusätzlich Orientierung der Klebenaht dokumentieren.
6. Dokumentation: Ermittlung von Mittelwerten, Standardabweichungen, Ausreißeranalyse und Vergleich mit Spezifikationsgrenzen; Festhalten von Klimadaten, Messintervallen, Bediener und verwendeten Normen.

Optional können Wiederholungsprüfungen, Zwischenmessungen oder Vorversuche (z. B. zur Bestimmung der optimalen Vorschubgeschwindigkeit) die Robustheit der Datengrundlage erhöhen. Bei Abweichungen zu Sollwerten empfiehlt sich eine systematische Ursachenanalyse (Material, Prozess, Messmittel).

Vor- und Nachteile von Druckprüfung

Die Vorteile der Druckprüfung sind vor allem die objektive Messung der Festigkeit und Qualität einer Wellpappe und die Möglichkeit, Schwachstellen und Qualitätsmängel zu identifizieren. Das Verfahren hilft, Fehler in der Produktionskette frühzeitig zu erkennen, was zur Kosteneinsparung beiträgt. Der Hauptnachteil jedoch ist der Aufwand, den das Verfahren mit sich bringt. Es erfordert spezialisierte Maschinen und qualifiziertes Personal. Zudem kann es bei großen Produktionsmengen zeitintensiv sein, jede einzelne Probe zu prüfen. Darüber hinaus spiegeln rein statische Tests nicht alle realen Belastungskollektive wider, insbesondere nicht dynamische Ereignisse wie Stöße oder Schwingungen. In der Praxis wird daher häufig ein Prüfkonzept angewendet, das statische und dynamische Methoden kombiniert und durch statistische Prozesskontrolle ergänzt wird.

• Vorteile: Normgerechte, reproduzierbare Kennwerte; Vergleichbarkeit über Chargen; Frühwarnsystem für Prozessschwankungen; belastbare Basis für Designentscheidungen; Möglichkeit zur Materialoptimierung durch gezielte Ableitung von Sicherheitsreserven.
• Nachteile: Prüfaufwand und Zeitbedarf; Sensitivität gegenüber Klimabedingungen und Probenvorbereitung; begrenzte Abbildung komplexer Lastkollektive; potenzielle Messunsicherheiten bei unzureichender Kalibrierung.
• Abhilfe: Geeignete Stichprobenpläne, kombinierte Prüfstrategien (z. B. Druckprüfung plus Fall- oder Vibrationsprüfung) und statistische Prozesskontrolle; klare Messanweisungen, regelmäßige Schulungen und Auditierung der Messmittel.

Häufige Fehlerquellen und Gegenmaßnahmen

Typische Fehlerquellen sind falsch ausgerichtete Proben, beschädigte Probenkanten, nicht eingehaltene Klimabedingungen, abgenutzte Druckplatten oder unzureichend kalibrierte Kraftaufnehmer. Gegenmaßnahmen umfassen standardisierte Arbeitsanweisungen, regelmäßige Gerätewartung, Checklisten vor Prüfstart sowie die Verwendung geeigneter Referenzmaterialien zur Verifikation der Messkette.

Die Bedeutung der Druckprüfung in der Verpackungsindustrie

Durch eine effektive Druckprüfung können nicht nur die Qualität und Leistung der Wellpappenverpackungen beurteilt, sondern auch die Produktionsprozesse verbessert werden. Dies trägt zu einer erhöhten Kundenzufriedenheit und letztendlich zu einem soliden Image des Unternehmens bei. Auf lange Sicht kann eine sorgfältige Druckprüfung zu effektiveren Verpackungslösungen und geringeren Kosten führen. Sie ermöglicht die zielgerichtete Materialauswahl, die konstruktive Optimierung (z. B. Rillung, Wellenprofil, Papiersorten) und die Auslegung für definierte Stapelzeiten und Klimaszenarien. Darüber hinaus unterstützt sie Nachhaltigkeitsziele, indem Überdimensionierungen reduziert und Ressourcen effizienter genutzt werden.

In der Praxis werden Ergebnisse aus ECT, FCT und BCT mit Modellrechnungen kombiniert, um Sicherheitsreserven zu quantifizieren. Die Berücksichtigung klimatischer Einflüsse sowie die Dokumentation der Prüfparameter sind dabei entscheidend, damit die Messergebnisse zuverlässig auf reale Transport- und Lagersituationen übertragbar sind. Ergänzend werden Anwendungsfälle simuliert (z. B. Palettenstapelung, Mischstapel, variable Auflageflächen), um die Validität der Auslegung zu erhöhen.

Praxisbeispiele und Anwendungshinweise

Beispielhaft kann bei einer Umstellung von Doppelwelle auf leichtere Qualitäten die ECT-Änderung durch gezielte Papierauswahl kompensiert werden, während BCT-Prüfungen sicherstellen, dass die erforderliche Stapeldauer weiterhin erreicht wird. Ein anderes Beispiel ist die Prüfung bei erhöhter Luftfeuchte: Hier zeigen ECT- und BCT-Werte häufig eine deutliche Reduktion, was konstruktive Maßnahmen (angepasste Rillung, alternative Papiere) erforderlich machen kann.

Zusammenfassung:

• Die Druckprüfung ist ein entscheidender Prozess zur Sicherstellung der Stabilität und Strapazierfähigkeit von Verpackungen aus Wellpappe, sowohl auf Material- als auch auf Bauteilebene.
• Durch Drucktests wird die Belastungsgrenze der Verpackung ermittelt, was dazu beiträgt, Produktbeschädigungen während Transport und Lagerung zu minimieren und die Stapelfähigkeit reproduzierbar zu belegen.
• Diese Prüfverfahren sind für Unternehmen besonders wichtig, die hochwertige und widerstandsfähige Verpackungslösungen anbieten möchten, um die Zufriedenheit ihrer Kunden zu sichern und Prozesse datenbasiert zu steuern.
• Normgerechte Prüfbedingungen (Klimatisierung, Probengeometrie, Kalibrierung) sind Voraussetzung für vergleichbare und aussagekräftige Ergebnisse; eine lückenlose Dokumentation erhöht die Nachvollziehbarkeit.
• Die Kombination aus Materialtests (ECT, FCT) und Bauteiltests (BCT) schafft eine belastbare Grundlage für die konstruktive Auslegung und Prozesskontrolle und unterstützt eine ressourceneffiziente Dimensionierung.
• Ergänzende Analysen (z. B. statistische Prozesskontrolle, Kriech- und Klimaprüfungen) verbessern die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf reale Logistikbedingungen und Langzeitbelastungen.