Durabilitätsprüfung

In der Welt der Verpackungen spielen Materialien wie Wellpappe eine entscheidende Rolle. Ein wichtiger Aspekt ist die Garantie ihrer Qualität und Lebensdauer. Hier kommt die Durabilitätsprüfung (auch Haltbarkeits-, Dauerhaftigkeits- oder Lebensdauerprüfung) ins Spiel, welche sicherstellt, dass die Wellpappverpackungen ihren Zweck erfüllen. Sie bewertet unter realitätsnahen Bedingungen, ob Konstruktion, Materialaufbau und Verarbeitung zuverlässig genug sind, um Transport, Lagerung und Handling sicher zu überstehen. Dazu werden Umwelteinflüsse (Temperatur, Luftfeuchte), mechanische Belastungen (Druck, Stöße, Vibrationen) sowie zeitabhängige Effekte (Kriech- und Ermüdungsverhalten) systematisch nachgebildet. Ergänzend werden Konditionierung, Probenpräparation und Messunsicherheit berücksichtigt, damit Ergebnisse wiederholbar und vergleichbar sind.

Definition: Was versteht man unter Durabilitätsprüfung?

Die Durabilitätsprüfung ist eine Gruppe strukturierter Prüfverfahren für faserbasierte Packstoffe wie Wellpappe. Ziel ist es, die funktionalen Eigenschaften des Materials und der daraus gefertigten Verpackungen unter definierten, reproduzierbaren Bedingungen über einen bestimmten Zeitraum zu bewerten. Dies umfasst Laborprüfungen an Materialproben (zum Beispiel Wellenprofil mit Deckschichten) ebenso wie Tests an fertigen Verpackungen (Versand- oder Transportverpackung). Häufig werden beschleunigte Alterungs- und Klimacycling-Verfahren eingesetzt, um die Langzeitbeständigkeit abzuschätzen und das Verhalten unter wechselnden Umgebungen zu verstehen. Übliche Bezugsbedingungen für Papier- und Wellpappeprüfungen liegen bei etwa 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchte mit zuvor definierter Konditionierungsdauer.

Kernergebnis der Durabilitätsprüfung sind belastbare Kennwerte und Befunde, die Aussagen zur Haltbarkeit, Robustheit, Sicherheit und Eignung für den vorgesehenen Verwendungszweck erlauben. Diese Ergebnisse dienen als Basis für Freigaben, Qualitätsstandards, Optimierungen im Materialeinsatz und für die Festlegung von Toleranzen. Dazu gehören auch statistische Auswertungen (zum Beispiel Konfidenzintervalle, Prozessfähigkeitsindizes) sowie die Ableitung geeigneter Sicherheitsfaktoren für Transport- und Lagerbelastungen.

Methoden der Durabilitätsprüfung bei Wellpappe

In einer Durabilitätsprüfung werden eine Reihe von Kontrollen und Tests durchgeführt. Dazu gehört die Prüfung der Festigkeit, der Stoß- und Reißfestigkeit und der Feuchtigkeitsbeständigkeit der Wellpappe. Die Ergebnisse dieser Tests ermöglichen es, das Verhalten und die Haltbarkeit der Wellpappe unter echten Bedingungen abzuschätzen. Durch die Kombination unterschiedlicher Prüfbausteine lassen sich typische Lastkollektive entlang der gesamten Lieferkette abbilden – von der Abfülllinie über die Palettierung bis zur Auslieferung.

Typische Prüfbausteine sind unter anderem:

• Kantenstauchwiderstand (ECT): Beurteilt die Tragfähigkeit entlang der Wellenrichtung und ist ein zentraler Indikator für Stapel- und Transportbelastungen. Saubere Probenkanten und standardisierte Probengeometrien sind hierfür essenziell.
• Stapeldruck-/Kistenstauchprüfung (BCT): Ermittelt die maximale Druckfestigkeit kompletter Kartons und erlaubt Rückschlüsse auf zulässige Stapelhöhen und Lagerzeiten. Ergänzend werden Zeitstandversuche unter Belastung für Langzeitstapelungen eingesetzt.
• Berstfestigkeit: Bewertet den Widerstand gegen schlagartige, flächenhafte Belastungen und lokale Druckspitzen; relevant bei punktuellen Belastungen und ungleichmäßiger Druckverteilung.
• Durchstoß- und Perforationswiderstand: Prüft die Resistenz gegenüber punktuellen Eindrücken, Kantenbelastungen und Spitzenkräften im Versandprozess; wichtig bei kantigen Gütern.
• Reißfestigkeit und Z-Reißfestigkeit: Beurteilt die Schichtverbunde sowie die Widerstandsfähigkeit der Deckpapiere gegen Einrisse, auch in Dickenrichtung.
• Wasseraufnahme (Cobb-Test): Quantifiziert die Feuchtigkeitsbeständigkeit und die Wirkung von Oberflächenbehandlungen, Imprägnierungen oder Beschichtungen.
• Klimaprüfungen und Feuchtezyklen: Simulation von Lagerung und Transport in wechselnden Klimata (zum Beispiel hohe Luftfeuchte, Kälte- und Wärmeschocks) einschließlich Vorkonditionierung und definierten Verweilzeiten.
• Fall- und Stoßprüfungen: Nachbildung typischer Handlingsituationen und Stürze aus definierten Höhen mit unterschiedlichen Aufschlagflächen; ergänzt durch Eck-, Kanten- und Flachfall.
• Vibrationsprüfungen: Simulation von Straßen-, Schienen- oder Lufttransport, um Lockern, Materialermüdung und Abrieb zu erkennen, inklusive Resonanzsuche und Profilen mit Rauschen.
• Klebebindungs- und Wellenhaftungsprüfung: Überprüfung der Stabilität der Verklebungen zwischen Welle und Deckschichten, etwa durch Peel- oder Schälversuche.
• Zeitstand- und Kriechtests: Bewertung der Festigkeitsabnahme unter langfristiger Druckbelastung (relevant für Langzeitlagerung) und für die Dimensionierung von Sicherheitsreserven.
• Rill- und Faltwiderstand: Beurteilung der Rillqualität und Falzbarkeit, um das Risiko von Rissen an Rilllinien zu minimieren und die Maßhaltigkeit von Faltkonstruktionen sicherzustellen.
• Reibbeiwert (COF): Ermittlung der Gleit- und Haftreibung an Oberflächen zur Bewertung des Palettier- und Handlingsverhaltens, insbesondere in automatisierten Anlagen.

Prüfplanung und Probenauswahl

Eine belastbare Durabilitätsprüfung beginnt mit einer sauberen Prüfplanung: Festlegung der Zielkriterien (zum Beispiel maximale Stapelhöhe, Lagerdauer, zulässige Klimabereiche), Definition der Prüfumfänge und Auswahl repräsentativer Muster. Variablen wie Materialgrammaturen, Wellenarten, Klebetechnologien oder Konstruktionsmerkmale (zum Beispiel Verschlüsse) werden gezielt variiert, um geeignete Kombinationen zu identifizieren. Versuchspläne (zum Beispiel faktorielle Designs) erhöhen die Aussagekraft, während Randomisierung und Blockbildung Umwelteinflüsse kontrollieren. Geeignete Stichprobengrößen und Wiederholungen sichern die statistische Tragfähigkeit.

Prüfdokumentation und Auswertung

Alle Prüfbedingungen (Klimadaten, Vorbehandlung, Belastungsprofile) und Ergebnisse werden nachvollziehbar dokumentiert. Aus den Kennwerten werden Grenz- und Zielwerte abgeleitet, die eine Freigabe oder Anpassung von Material und Konstruktion ermöglichen. Bei Abweichungen wird über Ursachenanalyse (Materialfehler, Prozessparameter, Konstruktionsdetails) eine Korrektur initiiert. Ergänzend sind Kalibrierzertifikate der Messmittel, Rückverfolgbarkeit der Chargen und die Angabe der Messunsicherheit Bestandteile eines vollständigen Prüfberichts.

Statistische Auswertung und Akzeptanzgrenzen

Für belastbare Entscheidungen werden Verteilungen (zum Beispiel normal- oder lognormal), Ausreißerprüfungen, Vertrauensbereiche und Prozessfähigkeitskennzahlen herangezogen. Akzeptanzkriterien beziehen sich typischerweise auf Mindestanforderungen pro Kennwert und berücksichtigen Toleranzketten, etwa durch Lower-Specification-Limits mit definierter Fehlerwahrscheinlichkeit. Trendanalysen im Zeitverlauf unterstützen die Serienüberwachung.

Normen und Standards für Durabilitätsprüfungen

In der Praxis kommen anerkannte Normen und Prüfvorschriften zum Einsatz, darunter beispielsweise Richtlinien für Fall- und Vibrationsprüfungen, Klimaprüfungen und Verfahren zur Papier- und Wellpappebewertung. Zudem werden branchenspezifische Prüfpläne genutzt, um typische Transportprofile realitätsnah zu simulieren. Die Auswahl der Normen richtet sich nach Produkt, Logistikkette und gefordertem Schutzniveau.

Anwendungsfelder und Branchen, die von Durabilitätsprüfung profitieren

Die Durabilitätsprüfung findet Anwendung in vielen Bereichen. Insbesondere die Lebensmittel-, Elektronik- und Pharmaindustrie zählen zu den Branchen, die stark auf einwandfreie Wellpappverpackungen angewiesen sind. Aber auch Versandunternehmen und Online-Händler erhöhen dank der Durabilitätsprüfungen die Qualität ihrer Verpackungen und reduzieren Rücksendungen und Beschwerden aufgrund von beschädigten Verpackungen. Für Gefahrgut- und temperaturgeführte Lieferketten werden zusätzlich spezifische Prüf- und Dokumentationsanforderungen berücksichtigt.

Weitere Beispiele:

• Frische- und Tiefkühlprodukte: Anforderungen an Feuchtebeständigkeit und Kältefestigkeit, inklusive Kondensationsphasen beim Wechsel von Kühl- zu Umgebungsbedingungen; Prüfung von Stapeldruck unter hoher relativer Luftfeuchte.
• Empfindliche Elektronik: Hohe Stoß- und Vibrationssicherheit, kombiniert mit konstruktiver Polsterung; Beständigkeit gegen wiederholte Handlingszyklen und Prüfungen der Verpackungsintegrität nach mehrfachem Öffnen und Schließen.
• Pharmazeutika und Medizinprodukte: Sicherer Produktschutz bei definierten Klimabändern; häufig längere Lager- und Transportzeiten mit dokumentationspflichtigen Prüfprotokollen sowie Rückverfolgbarkeit der Chargen.
• Möbel, Haushaltsgeräte und Maschinenkomponenten: Fokus auf Durchstoß- und Kantenbelastungsszenarien, Stapelfestigkeit in Hochregalen sowie Langzeitlagerung unter variierenden Klimabedingungen.
• Lebensmittel- und Getränke-Displays: Anforderungen an Sichtbarkeit, Maßhaltigkeit und Dauerhaftigkeit am Point of Sale; Berücksichtigung von Ein- und Ausräumzyklen.

Relevante Prüfbedingungen, Kennwerte und Einflussfaktoren

Die Aussagekraft der Durabilitätsprüfung hängt stark von realitätsnahen Prüfbedingungen ab. Zentrale Einflussgrößen sind:

• Klimatische Bedingungen: Temperatur und relative Luftfeuchte beeinflussen die Festigkeit von Wellpappe deutlich. Konditionierung und Klimacycling sind daher integraler Bestandteil.
• Belastungsdauer und Lastkollektive: Kurzzeitige Spitzenlasten (Stöße) und langanhaltende Druckbelastungen (Stapeln) führen zu unterschiedlicher Beanspruchung und Materialermüdung.
• Konstruktionsmerkmale: Verschlussarten, Einlagen, Ausstanzungen oder Faltgeometrien wirken sich auf Kraftflüsse und lokale Schwachstellen aus.
• Materialaufbau: Papierqualitäten, Flächengewichte, Wellenprofile und Klebungen bestimmen die Gesamtperformance.

Für die technische Bewertung werden Kennwerte wie ECT, BCT, Berst- und Durchstoßfestigkeit, Wasseraufnahme (Cobb), Reibbeiwert sowie Ergebnisse aus Fall- und Vibrationsprofilen herangezogen. Sinnvoll ist die Ergänzung um Toleranzen, Maßhaltigkeit und passgenaue Konstruktion, siehe Überblick zu Abmessungen und praxisnahen Toleranzen. Zusätzlich sind Packdichte, Palettierung, Umreifung und Ladungssicherung Teil der Gesamtsicht, da diese Faktoren die effektive Belastung im Versand maßgeblich prägen.

Ablauf einer praxisnahen Durabilitätsprüfung

1. Anforderungsanalyse: Festlegen von Transportwegen, Lagerdauern, Stapelhöhen und klimatischen Randbedingungen. Definition der kritischen Handlingspunkte und der geforderten Mindestkennwerte pro Anwendung.
2. Prüfplan erstellen: Auswahl geeigneter Prüfmethoden, Festlegung von Probenumfang, Konditionierung und Akzeptanzkriterien. Berücksichtigung von Prüfsequenzen (zum Beispiel Klima → BCT → Vibration) und Messwiederholungen.
3. Vortests: Screening verschiedener Material- und Konstruktionsvarianten, um geeignete Kandidaten einzugrenzen. Nutzung von Design-of-Experiments zur effizienten Identifikation relevanter Einflussgrößen.
4. Hauptprüfungen: Durchführung mechanischer, klimatischer und kombinierter Tests mit dokumentierter Mess- und Fehleranalyse. Prüfung kritischer Szenarien wie hohe Luftfeuchte bei gleichzeitiger Langzeitbelastung.
5. Bewertung und Freigabe: Abgleich mit Zielwerten, Ableitung von Verbesserungen und Festlegung von Prüfintervallen für die Serienüberwachung. Übergabe an Produktionsfreigabe mit eindeutig referenzierten Spezifikationen.

Vor- und Nachteile von Durabilitätsprüfung

Die Durchführung von Durabilitätsprüfungen bringt entscheidende Vorteile für die Unternehmen. Sie führen zu einer Gewährleistung der Produktqualität, zu einer Reduzierung der Rücksendungen und zu einem verbesserten Image des Unternehmens. Außerdem sind solche Prüfungen oft notwendig, um gesetzliche Anforderungen zu erfüllen. Die Nachteile sind vor allem mit den Kosten und dem Zeitaufwand verbunden, die für die Durchführung der Tests anfallen. Jedoch überwiegen meist die langfristigen positiven Effekte einer gründlichen Durabilitätsprüfung. Zusätzlich verbessert eine systematische Prüfstrategie die Planbarkeit von Materialeinsatz und Lieferkettenprozessen.

• Vorteile: Höhere Prozesssicherheit, valide Freigabekriterien, geringere Transportschäden, verlässliche Planung von Stapelhöhen und Lagerzeiten, fundierte Material- und Konstruktionsentscheidungen.
• Zusatznutzen: Frühzeitige Erkennung von Schwachstellen, zielgerichtete Materialeinsparungen ohne Sicherheitsverlust, nachvollziehbare Dokumentation für Audits.
• Nachteile: Prüf- und Zeitaufwand, notwendige Messtechnik sowie die Herausforderung, reale Lastkollektive hinreichend genau zu simulieren.

Typische Fehlerquellen und Grenzen

• Unzureichende Konditionierung: Festigkeitswerte variieren deutlich mit Feuchte und Temperatur; fehlende Klimatisierung verfälscht Ergebnisse.
• Unrealistische Prüfprofile: Zu milde oder zu harte Lastkollektive führen zu falschen Freigaben oder unnötigen Sicherheitsmargen.
• Zu kleine Stichproben: Geringe Probenzahlen oder fehlende Wiederholungen reduzieren die statistische Aussagekraft.
• Nicht berücksichtigte Interaktionen: Kombinationen aus Vibration, Feuchte und Langzeitdruck wirken oft stärker als Einzelbelastungen.
• Unzureichende Kalibrierung: Nicht kalibrierte Messmittel und fehlerhafte Probenpräparation (zum Beispiel unsaubere ECT-Kanten) verzerren Messergebnisse.
• Maßhaltigkeit und Toleranzen: Fehlende Prüfung auf Maßabweichungen kann zu falschen Schlussfolgerungen über die Belastbarkeit der fertigen Verpackung führen.

Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz

Durabilitätsprüfungen unterstützen die Balance zwischen Materialeinsatz und Schutzfunktion. Durch validierte Kennwerte lassen sich leichtere Konstruktionen entwickeln, die dennoch die geforderte Schutzwirkung bieten. Das reduziert Materialverbrauch, Transportgewicht und Ausschussquoten. Gleichzeitig werden Wiederverwendbarkeit, Recyclingfähigkeit und der Einfluss von Feuchtezyklen auf mehrfache Nutzungszyklen bewertbar.

Schnittstellen zu Konstruktion und Logistik

Die Ergebnisse der Durabilitätsprüfung fließen in Konstruktionsrichtlinien, Stanzlayouts, Rillgeometrien und Packmuster ein. In der Logistik dienen sie zur Festlegung von Palettiermustern, Zwischenlagen, Umreifungen und Stretchfolienparametern. Damit werden Verpackung, Ladungsträger und Ladungssicherung als Gesamtsystem betrachtet, um Transportschäden zu vermeiden und die Prozessfähigkeit in automatisierten Anlagen zu gewährleisten.

Zusammenfassung:

• Die Durabilitätsprüfung ist ein essenzieller Schritt, um die Lebensdauer und Robustheit von Produkten, etwa von Verpackungen aus Wellpappe, zu ermitteln.
• Diese Prüfung gewährleistet, dass die Verpackungen auch unter extremen Bedingungen, wie hohen oder niedrigen Temperaturen sowie starker Beanspruchung, ihre Qualitätsstandards beibehalten können.
• Die Resultate aus einer Durabilitätsprüfung liefern wertvolle Informationen für Unternehmen, um die Qualität ihrer Produkte zu verbessern, dadurch mögliche Kundenreklamationen zu vermeiden und letztendlich ihre Leistung auf dem Markt zu steigern.
• Relevante Kennwerte wie ECT, BCT, Berst- und Durchstoßfestigkeit werden unter realitätsnahen Klimabedingungen erhoben und bilden die Basis für Freigaben.
• Eine strukturierte Prüfplanung mit klaren Kriterien, repräsentativen Proben und sauberer Dokumentation erhöht die Aussagekraft und unterstützt kontinuierliche Verbesserungen.
• Die Verknüpfung von Prüfresultaten mit Konstruktion, Logistik und Toleranzmanagement ermöglicht passgenaue, ressourceneffiziente Verpackungslösungen für unterschiedliche Anwendungsfälle.