Entwicklungsprozess

Im Herzen der Verpackungsbranche ist die Wellpappe. Aus ihr entstehen diverse Verpackungen, die jeden Tag auf der ganzen Welt zum Einsatz kommen. Ein zentraler Baustein in dieser Branche ist der Entwicklungsprozess der Wellpappe. Diese Prozedur definiert, wie aus einfachem Papier über klar definierte Prozessschritte ein stabiles, formbares und funktionales Packmittel entsteht. Dabei greifen Materialauswahl, Maschinenparameter, Qualitätsprüfungen und Weiterverarbeitung ineinander, um reproduzierbare Ergebnisse für unterschiedliche Anforderungen zu ermöglichen. Gleichzeitig werden logistische, regulatorische und ökologische Anforderungen berücksichtigt, damit Konstruktionen und Spezifikationen entlang der gesamten Lieferkette zuverlässig performen. Datenbasierte Prozessführung, standardisierte Prüfpläne und abgestimmte Freigabekriterien sichern die Konsistenz von Kleinserien bis zu Hochvolumenproduktionen.

Definition: Was versteht man unter dem Entwicklungsprozess?

Im Kontext der Wellpappe spricht man von einem produktionstechnischen Verfahren, wenn es um den Entwicklungsprozess geht. Dieser Prozess implementiert abgestimmte Schritte von der Faser- und Papierauswahl über die Wellenerzeugung, das Verkleben der Deckschichten, die Trocknung und den Zuschnitt bis hin zur Weiterverarbeitung. Zielgrößen wie Kantenstauchwiderstand, Feuchtegehalt, Planlage, Klebezug und Maßhaltigkeit werden geplant, gemessen und laufend optimiert. Ebenso umfasst der Entwicklungsprozess die Überführung von Konstruktionsvorgaben in fertigungstaugliche Spezifikationen (z. B. Wellenprofile, Grammaturen, Klebstoffrezepturen), die Prozessvalidierung sowie die kontinuierliche Verbesserung unter realen Produktionsbedingungen. In der Praxis schließt dies die systematische Ableitung kritischer Merkmale (Critical-to-Quality), den Einsatz von Versuchsplänen (z. B. DOE) zur Parameterfindung und die Definition von Toleranzen ein. Abgrenzend zur Produktentwicklung (z. B. Konstruktion eines FEFCO-Typs) fokussiert der Entwicklungsprozess auf die prozessfähige, messbare und skalierbare Umsetzung auf der Wellpappenanlage einschließlich nachgelagerter Veredelungs- und Konfektionsschritte.

Geschichte der Entwicklungsverfahren bei Wellpappe

Die Anfänge des Entwicklungsprozesses der Wellpappe lassen sich bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts zurückverfolgen, als erste Patente und frühe Anwendungen entstanden. Die damalige Herstellung war aufwendig und weitgehend manuell. Mit der Industrialisierung setzte eine technische Standardisierung ein: Riffelwalzen, kontinuierlich arbeitende Wellpappenanlagen und verbesserte Stärkekleber ermöglichten reproduzierbare Qualitäten. Heutzutage sind Fertigungslinien hochautomatisiert, sensorgestützt und vernetzt. Inline-Messtechnik für Bahnspannung, Temperatur, Feuchte und Klebstoffauftrag sowie geregelte Heizzonen sorgen dafür, dass die Prozessfenster stabil bleiben und definierte Eigenschaften auch bei hohen Geschwindigkeiten eingehalten werden. Ergänzend kommen statistische Prozesskontrolle, digitale Rezepturverwaltung, Rückverfolgbarkeit über Materialchargen und zustandsbasierte Instandhaltung hinzu, wodurch der Entwicklungsprozess zunehmend datengetrieben und robust gegen Schwankungen der Rohstoffqualitäten wird.

Ablauf des Entwicklungsverfahrens

Die erste Phase des Entwicklungsprozesses ist die Herstellung der Papiere. Diese werden danach gewellt und geklebt, um die typische Form der Wellpappe zu erreichen. Nach dem Trocknen wird die Wellpappe in einem letzten Schritt zugeschnitten und geformt, sodass eine Vielzahl an Verpackungsformen realisiert werden kann. In der Praxis gliedert sich der Ablauf in klar umrissene Teilprozesse, die aufeinander abgestimmt werden. Zwischenstufen wie Musterfertigung, Vorserienläufe und Prozessabnahmen dienen dazu, Parameter zu stabilisieren, Messdaten zu validieren und Freigaben für den Serienbetrieb zu erteilen.

Rohstoffauswahl und Papierherstellung

Zu Beginn steht die Auswahl geeigneter Rohpapiere (z. B. unterschiedliche Grammaturen für Decken- und Wellenpapiere, definierte Oberflächenqualitäten). Der Altpapieranteil, der Faseraufbereitungsgrad und die Feuchte beeinflussen spätere Festigkeiten und die Planlage. Ziel ist eine konstante Papierqualität mit stabilen mechanischen und hygroskopischen Eigenschaften, die den folgenden Prozessschritten standhält. Wichtige Kennwerte sind u. a. die Flächenmasse (Grammatur), die Biege- und Zugfestigkeit in Maschinen- und Querrichtung (MD/CD), der Cobb-Wert, die Porosität sowie die Homogenität der Leimaufnahme. Die Auswahl von Liner- und Wellenpapieren (z. B. Kraftliner, Recyclingliner, Fluting) erfolgt passend zu Zielgrößen wie ECT/BCT und Bedruckbarkeit.

Wellbildung und Kaschierung

Im Singlefacer werden Wellenpapiere über beheizte Riffelwalzen geformt. Dabei sind Walzentemperatur, Anpressdruck, Bahnzug und Feuchtegehalt kritische Parameter. Ein Stärkeklebstoff verbindet das gewellte Papier mit der ersten Deckschicht; im Doppeltrockner folgt die Anbindung der zweiten Deckschicht zur ein- oder mehrwelligen Bahn. Typische Wellenprofile (z. B. feine bis grobe Wellen) werden in Abhängigkeit von gewünschter Dämpfung, Stapelfähigkeit und Bedruckbarkeit gewählt. Gängige Wellen sind A-, B-, C-, E- und F-Welle sowie Kombinationen (z. B. BC), die gezielt auf Federwirkung, Dickenprofil und Kompressionsfestigkeit ausgelegt werden. Für die Klebung sind Viskosität, Gelpunkt, Feststoffgehalt und Leimfilmdicke maßgeblich; Vorheizer, Leimpressen und Andruckzonen werden so eingestellt, dass Klebstoffbruch vermieden und Faserverbund maximiert wird.

Trocknung, Konditionierung und Stabilisierung

Der Klebstoff härtet unter Wärme und definiertem Druck aus. Eine geregelte Trocknung verhindert Überfeuchtung oder Versprödung. Prozessgrößen wie Bahnlauf, Querschrumpf und Planlage werden überwacht, um Verzug zu vermeiden. Nach der Konditionierung ist die Bahn mechanisch belastbar und maßhaltig genug für die Weiterverarbeitung. Ziel ist ein gleichmäßiges Feuchteprofil über die Breite und Länge der Bahn, um Krümmungen (Warp) zu minimieren. Die Kombination aus Heizzonen, Andruckrollen und definierten Abkühlstrecken wird an Papieraufbau und Geschwindigkeit angepasst; dabei sind Temperaturführung, Bahnzug und Klimakonditionen (z. B. 20–23 °C, 50–60 % r. F.) zu berücksichtigen.

Zuschnitt und Weiterverarbeitung

Die fertige Bahn wird längs- und quergeteilt. Es folgen Rillung, Stanzung, optionaler Druck, Perforation sowie das Falten und Verkleben zum Endprodukt. Je nach Anforderung kommen Flachbett- oder Rotationsstanzen, unterschiedliche Rillgeometrien und Druckverfahren zum Einsatz. Für konstruktive Lösungen sind Toleranzen, Rillkräfte und Faserverläufe so abzustimmen, dass Funktionsanforderungen zuverlässig erfüllt werden. Ergänzende Informationen, darunter ausführliche Erläuterungen zu praxisrelevanten Abmessungen entlang der Prozesskette, unterstützen die präzise Spezifikation. Zudem werden Messerstandzeiten, Stanzgitter, Staubmanagement und Einklappverhalten überwacht, um eine prozesssichere Weiterverarbeitung mit stabiler Maßhaltigkeit sicherzustellen. Für Druckanwendungen werden Postprint-, Preprint- oder digitale Verfahren in Abhängigkeit von Auflösung, Farbanzahl und Substratglätte ausgewählt.

Typische Prüfmethoden und Kenngrößen

Die Bewertung der Wellpappe erfolgt über standardisierte Prüfungen. Relevante Merkmale umfassen den Kantenstauchwiderstand (ECT), den Kistendruck (BCT), den Flachstauchwiderstand (FCT), die Biegefestigkeit, den Durchstoß- oder Berstwiderstand sowie die Oberflächenenergie für Druck- und Klebeprozesse. Ergänzend werden Planlage, Dickenprofil, Klebezug, Cobb-Wert und Feuchtegehalt erfasst. Prüfpläne definieren Probenahme, Klimatisierung und Akzeptanzkriterien, sodass Messwerte statistisch abgesichert und in die Prozessführung rückgekoppelt werden können.

Prozessdaten, Regelung und Digitalisierung

Moderne Anlagen erfassen Prozessdaten in Echtzeit (Temperatur, Bahnzug, Feuchte, Geschwindigkeit, Leimauftrag). Mit statistischer Prozesskontrolle und Kennzahlen wie OEE, Cp und Cpk werden Stabilität und Prozessfähigkeit bewertet. Abweichungen lassen sich frühzeitig erkennen und mittels Regelstrategien korrigieren. Rezeptur- und Rüstzeitmanagement, Predictive-Maintenance-Ansätze sowie digitale Freigaben unterstützen kurze Anlaufzeiten und wiederholbare Ergebnisse bei Formatwechseln und neuen Konstruktionen.

Umwelt- und Ressourcenaspekte

Der Entwicklungsprozess adressiert Energie- und Wasserverbrauch, Abwärmenutzung und Faserkreisläufe. Prozessoptimierungen zielen darauf ab, Trocknungsprofile effizient zu gestalten, Ausschuss zu reduzieren und Kreislaufmaterial sinnvoll einzusetzen. Durch geeignete Konditionierung und Lagerung werden Feuchtewechsel minimiert, was sowohl die Produktleistung als auch den Ressourcenverbrauch positiv beeinflusst. Neben emissionsarmen Klebstoffrezepturen gewinnt die Rückführung von Produktionsresten in den Materialkreislauf an Bedeutung.

Fehlerbilder und Abstellmaßnahmen

Typische Abweichungen sind Delamination, Klebstoffbruch, Crush (eingedrückte Wellen), Washboarding, Planlagenfehler (S-/C-Warp), unzureichende Rillbarkeit oder Druckfehler. Gegenmaßnahmen reichen von der Anpassung der Leimviskosität und Temperaturführung über veränderte Riffelwalzenpaare bis zu korrigierten Bahnzügen und Klimaparametern. Ein systematisches Troubleshooting entlang der Prozesskette stellt sicher, dass Ursachen (Material, Maschine, Methode, Mensch, Milieu) identifiziert und nachhaltig behoben werden.

Anwendungsbeispiele und Konstruktionsprinzipien

Je nach Anforderung werden unterschiedliche Wellenkombinationen, Linerqualitäten und Rillgeometrien gewählt, etwa für Versandverpackungen, Tray-Konstruktionen, Sekundärverpackungen oder Displays. Für stoßsensible Güter stehen Dämpfung und Stapelfähigkeit im Vordergrund, für automatisierte Abpackprozesse die Falteigenschaften und die Maßhaltigkeit. Konstruktive Details wie Einstecklaschen, Perforationslinien, Handgriffe oder Sichtfenster werden so dimensioniert, dass sowohl die Herstellbarkeit als auch die Funktionssicherheit im Einsatz gewährleistet ist.

Normen, Spezifikationen und Freigabe

Zur Spezifikation gehören normgerechte Bezeichnungen von Wellenprofilen, Festigkeitsklassen und Prüfbedingungen. Konstruktionskürzel, Toleranzen und klimatische Bedingungen für Prüfung und Lagerung werden verbindlich festgelegt. Freigabeprozesse umfassen Bemusterung, Vergleichsmessungen, Belastungstests (z. B. Stapel- und Falltests) sowie die Dokumentation von Prozessfenstern und Prüfprotokollen, um die Reproduzierbarkeit sicherzustellen.

Vor- und Nachteile des Entwicklungsprozesses

Der Entwicklungsprozess der Wellpappe bringt vielfältige Vorteile mit sich. So ermöglicht er die Herstellung von leichtem, dabei aber sehr robustem Verpackungsmaterial. Zudem ist Wellpappe dank des Entwicklungsprozesses in großen Mengen und in variablen Formaten herstellbar, was sie zu einem äußerst flexiblen Verpackungsmaterial macht. Dennoch gibt es auch Herausforderungen in diesem Prozess. Die Produktion benötigt große Mengen an Wasser und Energie. Auch wenn Recyclingmaterialien verwendet werden, entsteht bei der Produktion CO2. Weiterhin kann die Qualität des Endprodukts durch den Einsatz von Recyclingpapier beeinflusst werden. Aber trotz dieser Herausforderungen ist der Entwicklungsprozess der Wellpappe ein essenzieller Bestandteil in der Verpackungsindustrie. Ergänzend ist zu beachten, dass klimatische Schwankungen entlang der Supply Chain (Temperatur, relative Feuchte) die Performance beeinflussen können und daher in Spezifikationen und Prüfplänen zu berücksichtigen sind.

• Vorteile: Skalierbarkeit, konstante Reproduzierbarkeit, gute Schutzwirkung bei geringem Gewicht, anpassbare Konstruktionen, effiziente Weiterverarbeitung und hohe Verfügbarkeit unterschiedlicher Materialqualitäten.
• Herausforderungen: Energie- und Wasserbedarf, prozessbedingte Emissionen, Sensitivität gegenüber Feuchte- und Temperaturänderungen, Einfluss schwankender Faserqualitäten auf Festigkeiten und Planlage.
• Prozesssicherung: Durchlaufende Qualitätsprüfungen (z. B. Kantenstauchwiderstand, Klebezug, Planlage) und eine sorgfältige Parametrierung von Klebstoff, Temperatur und Bahnzug sind entscheidend, um die Zielgrößen zuverlässig zu erreichen.
• Wirtschaftlichkeit: Reduzierte Rüstzeiten, stabile Rezepturen und standardisierte Prüfpläne verringern Ausschuss und sichern kurze Anlaufphasen, insbesondere bei Formatwechseln.
• Funktion im Einsatz: Passende Wellenprofile und Linerqualitäten ermöglichen eine gezielte Auslegung für Stapeldruck, Rillbarkeit, Druckbild und automatisierte Abfüllprozesse.

Zusammenfassung:

• Der Entwicklungsprozess beginnt mit der Analyse und Definition der Anforderungen des Kunden, insbesondere wenn es um Verpackungen aus Wellpappe geht.
• Anschließend erfolgt der Design-Prozess, bei dem es um die gezielte Gestaltung und Konzeption der Verpackung geht. Hierbei stehen Aspekte wie Stabilität, Ästhetik und die Funktionalität im Vordergrund.
• Der abschließende Teil des Entwicklungsprozesses ist die Produktion. Qualitätssicherung und Optimierung fließen kontinuierlich ein, um ein hochwertiges Endprodukt zu gewährleisten.
• Zentrale Stellgrößen sind Papierqualitäten, Wellenprofile, Klebstoffsystem, Temperaturführung, Feuchtemanagement und Bahnzug; sie beeinflussen Festigkeit, Maßhaltigkeit und Planlage.
• Eine klare Spezifikation und die Auswertung prozessbegleitender Messdaten unterstützen die Reproduzierbarkeit und verkürzen Anlaufzeiten bei neuen Konstruktionen.
• Standardisierte Prüfpläne, statistische Prozesskontrolle und datenbasierte Freigaben stellen sicher, dass Zielwerte (z. B. ECT/BCT, Planlage) unter Serienbedingungen stabil erreicht werden.
• Eine vorausschauende Berücksichtigung von Lager- und Einsatzklima verbessert die Performance entlang der Prozesskette und reduziert Schwankungen im Gebrauch.