Festigkeitsgrad

Wenn es um Verpackungsmaterialien geht, ist der Festigkeitsgrad ein Begriff, der in der Wellpappenindustrie von zentraler Bedeutung ist. Dabei handelt es sich um eine Messgröße, die ausdrückt, wie widerstandsfähig eine Wellpappe gegen verschiedene Belastungen ist. Der Festigkeitsgrad fasst mehrere mechanische Kennwerte zusammen, die unter standardisierten Bedingungen ermittelt werden. Er beschreibt, wie gut eine Wellpappe gegenüber Druck, Stauchung, Biegung und Durchstoß beanspruchbar ist und wie stabil sie unter realen Transport- und Lagerbedingungen bleibt. Neben der reinen Materialgüte spielen auch Klimaeinflüsse (Temperatur, relative Feuchte), die Laufrichtung des Papiers und die konkrete Konstruktion eine Rolle. Zusätzlich beeinflussen die Qualität der Verleimung, die Wellengeometrie sowie die Fertigungsparameter (z. B. Feuchteführung und Klebstoffauftrag) die resultierende Leistungsfähigkeit der Verpackung maßgeblich.

Definition: Was versteht man unter Festigkeitsgrad?

Unter dem Festigkeitsgrad einer Wellpappe versteht man die mechanische Belastbarkeit, die eine Wellpappe aufweisen kann. Diese Festigkeit ist abhängig von mehreren Faktoren, darunter die Materialzusammensetzung, die Dicke der Pappe und die Art der Welle. Bei der Bestimmung des Festigkeitsgrades werden sowohl Zugfestigkeit als auch Druckfestigkeit berücksichtigt. In der Praxis umfasst der Begriff darüber hinaus Abdrift- und Alterungseffekte, die sich aus wechselnden Umgebungsbedingungen ergeben.

Im Detail wird der Festigkeitsgrad beeinflusst durch:

• Faser- und Papierqualität: Kraftliner/Testliner, Flächengewichte (g/m²), Faserlänge und -mischung, Leimung.
• Konstruktion der Wellpappe: Wellenprofil (z. B. A, B, C, E), ein- oder mehrwellig (z. B. BC, EB), Anzahl und Qualität der Deckpapiere.
• Produktionsparameter: Klebstoffauftrag, Verleimung, Feuchtegehalt, Laufrichtung der Papiere.
• Umweltbedingungen: Konditionierung der Proben (typisch 23 °C/50 % r. F.), Feuchteempfindlichkeit und Temperatur.

Abgrenzung: Festigkeit, Steifigkeit und Zähigkeit

Festigkeit beschreibt den Widerstand gegen Versagen unter Last (z. B. Stauchung oder Zug), Steifigkeit den Widerstand gegen elastische Verformung (z. B. Biegesteifigkeit), und Zähigkeit die Fähigkeit, Energie aufzunehmen, bevor es zum Bruch kommt (z. B. Durchstoßarbeit). Der Festigkeitsgrad einer Wellpappe setzt sich in der Praxis aus mehreren dieser Aspekte zusammen. Für die Auslegung einer Verpackung ist deshalb stets die Kombination der relevanten Kennwerte entscheidend, nicht ein isolierter Einzelwert.

Methoden zur Messung des Festigkeitsgrades bei Wellpappe

Um den Festigkeitsgrad einer Wellpappe zu bestimmen, gibt es verschiedene Prüfverfahren. Hierzu gehört beispielsweise der ECT-Wert, der die Kantenstauchfestigkeit misst, sowie der FCT-Wert, der die Flächenstauchfestigkeit bestimmt. Zudem wird mit dem BCT-Wert die Stapelstauchfestigkeit kompletter Schachteln ermittelt. In der Praxis werden darüber hinaus weitere Prüfverfahren zur Bestimmung des Festigkeitsgrades von Wellpappe eingesetzt, um unterschiedliche Belastungsfälle realitätsnah abzubilden.

In der Praxis ist eine Kombination mehrerer Prüfungen üblich, weil unterschiedliche Lastfälle abgebildet werden:

• ECT (Edge Crush Test): Misst die Kantenstauchfestigkeit der Wellpappe (Kraft pro Längeneinheit). Relevanz für Stapellasten und vertikale Druckbeanspruchung.
• FCT (Flat Crush Test): Ermittelt die Flächenstauchfestigkeit, im Wesentlichen die Widerstandsfähigkeit der Welle gegen Eindrückung von oben.
• BCT (Box Compression Test): Bestimmt die Stapelstauchfestigkeit kompletter Schachteln. Der BCT hängt neben ECT stark von der Schachtelkonstruktion, der Feuchte, der Fugenqualität sowie den Abmessungen (Umfang, Höhe) ab. Für die Auslegung werden häufig vereinfachte McKee-Ansätze genutzt; genaue Ergebnisse liefert jedoch die Prüfung am fertigen Packstück.
• Durchstoßprüfung (Puncture Test): Misst die erforderliche Arbeit zum Durchstoßen (Schlagbelastung), relevant bei punktuellen Stößen im Handling.
• Burst-/Platzfestigkeit (Mullen): Beurteilt den Widerstand gegen hydrostatischen Druck; in einigen Märkten weiterhin gebräuchlich, insbesondere bei Vollpappe, wird aber auch für Wellpappdeckpapiere herangezogen.
• RCT/SCT (Ring Crush/Short-Span Compression): Papierprüfungen zur Beurteilung der Stauchfestigkeit der eingesetzten Papiere, die den ECT maßgeblich beeinflussen.
• Biegesteifigkeit (z. B. Taber): Kennwert für die Handhabung, das Rillverhalten und die Formstabilität von Zuschnitten.
• CMT (Concora Medium Test): Bewertung der Wellenrohpapierqualität, relevant für die Wellenausbildung und damit indirekt für den ECT.
• Cobb (Wasseraufnahme): Ein Maß für die Feuchteempfindlichkeit der Decken- und Wellenpapiere; indirekter Einfluss auf Stauch- und Biegekennwerte unter realen Klimabedingungen.

Da der BCT-Wert von der Geometrie abhängt, ist eine saubere Dimensionierung der Konstruktion wesentlich. Nützlich sind hierzu weiterführende Details zu relevanten Abmessungen im Versand, insbesondere wenn Stapelhöhen oder Palettenkonfigurationen geplant werden. Zudem ist die Orientierung (Wellenrichtung) in Bezug auf die Hauptlastpfade bei der Verpackungskonstruktion zu berücksichtigen, um die Kantenstauchfestigkeit optimal zu nutzen.

Normen und Prüfbedingungen

Für valide, vergleichbare Werte müssen Proben vorab konditioniert und nach anerkannten Normen geprüft werden (z. B. ISO-, EN- oder TAPPI-Standards). Abweichungen in Feuchte, Temperatur oder Probenvorbereitung können Ergebnisse signifikant verändern und sollten bei der Interpretation berücksichtigt werden. Häufig verwendet werden internationale Normen für ECT (ISO 3037), FCT (ISO 3035), BCT (ISO 12048), Durchstoß (ISO 3036), Burst (ISO 2759/2758), SCT (ISO 9895) und RCT (ISO 12192). Eine dokumentierte Konditionierung bei 23 °C/50 % r. F. und definierte Probenlagerung sind Grundvoraussetzungen für reproduzierbare Resultate.

Wie der Festigkeitsgrad die Qualität einer Wellpappe beeinflusst

Ein hoher Festigkeitsgrad weist darauf hin, dass die Wellpappe stark belastet werden kann, ohne dass sie reißt oder auf andere Weise beschädigt wird. Demnach spielt der Grad der Festigkeit eine entscheidende Rolle bei der Wahl des geeigneten Wellpappenmaterials zur Herstellung einer Verpackung. Hierbei gilt es jedoch auch, andere Faktoren wie das Gewicht und die Kosten des Materials zu berücksichtigen. Ebenso relevant sind Prozessaspekte wie Rill- und Faltbarkeit, Klebgüte, Bedruckbarkeit sowie die Wechselwirkung mit Füllgütern (z. B. Punktlasten oder formschlüssige Einlagen).

Für die Qualität im Einsatz sind folgende Zusammenhänge zentral:

• Transport und Lagerung: Höhere ECT- und BCT-Werte unterstützen sichere Stapelung, etwa bei mehrlagiger Lagerung und langen Transportwegen.
• Beanspruchungsprofil: Stoß- und Fallbelastungen erfordern neben Stauchwerten auch ausreichende Durchstoß- und Zähigkeitsreserven.
• Konstruktion: Rillungen, Klebelaschen, Ausschnitte und Öffnungshilfen beeinflussen die lokale Festigkeit; eine angepasste Gestaltung verhindert Schwächungen an Lastpfaden.
• Klimaeinfluss: Erhöhte Feuchte reduziert zumeist Stauch- und Biegewerte; entsprechende Sicherheitszuschläge sind einzuplanen.
• Materialeffizienz: Die Balance zwischen Festigkeit, Eigengewicht und Ressourceneinsatz bestimmt Handhabung, Kosten und ökologische Kennzahlen.

Auswahl in der Praxis

Die Auswahl eines geeigneten Festigkeitsgrades orientiert sich am Produktgewicht, an der erforderlichen Stapelhöhe, an den Packstück-Abmessungen, an der vorgesehenen Laufzeit im Kreislauf sowie an klimatischen Bedingungen. Für schwere oder voluminöse Güter bietet mehrwellige Wellpappe größere Reserven, während für leichte Inhalte dünnwellige Qualitäten mit guter Biegesteifigkeit und sauberer Rillbarkeit ausreichen. In der Auslegung bewährt sich das Vorgehen, zunächst das Lastprofil (statisch/dynamisch), die Lagerdauer, die Palettenkonfiguration und den Ziel-BCT festzulegen und daraus ECT- und Papieranforderungen abzuleiten.

Vor- und Nachteile des Festigkeitsgrades

Wellpappe mit hohem Festigkeitsgrad bietet zahlreiche Vorteile. Sie ist robust und kann auch bei hoher Belastung ihre Stabilität bewahren. Daher eignet sie sich besonders für schwere oder sperrige Güter. Allerdings ist Wellpappe mit hohem Festigkeitsgrad in der Regel auch teurer in der Herstellung und im Einkauf. Zudem kann eine überdurchschnittlich hohe Festigkeit die Handhabung erschweren, da das Material weniger flexibel ist. Ein ausgewogenes Design verhindert Überdimensionierung und unterstützt zuverlässige Leistung bei effizientem Materialeinsatz.

• Vorteile: verbesserte Stapelsicherheit, geringere Verformung unter Last, erhöhte Transportsicherheit, oft längere Nutzungsdauer im Kreislauf.
• Nachteile: höheres Flächengewicht und Materialeinsatz, potenziell anspruchsvollere Verarbeitung (Rillen, Falten), sensibler gegenüber Feuchte, wenn keine Schutzmaßnahmen vorgesehen sind.
• Abwägung: Der optimale Festigkeitsgrad ist kontextabhängig und ergibt sich aus Anforderungsprofil, Logistikprozess und konstruktiven Parametern.

Berechnung und Auslegung in der Praxis

Für die Vorabschätzung der Stapelstauchfestigkeit wird häufig ein vereinfachter McKee-Ansatz genutzt. Vereinfacht ausgedrückt steigt der BCT mit dem ECT und mit der Quadratwurzel aus dem Umfang und der Wanddicke der Schachtel. Korrekturfaktoren berücksichtigen Klebenahtqualität, Öffnungen und Fugenüberlappung. In der Praxis ist es sinnvoll, mit Sicherheitszuschlägen für Klimaeinflüsse (z. B. 10–30 % Reduktion bei erhöhter Feuchte) und für dynamische Belastungen zu rechnen. Beispiel: Ergibt die Berechnung einen erforderlichen BCT von 6 kN, wird für eine Langzeitlagerung im wechselnden Klima ein Aufschlag definiert, sodass im Versuch am fertigen Packstück mindestens 7 kN erreicht werden.

Häufige Fehler und Missverständnisse

Typische Fehlannahmen sind: Gleichsetzen von Flächengewicht mit Festigkeit, Unterschätzen der Orientierung (Wellenrichtung) bei kritischen Lastpfaden, Vernachlässigen von Fugen- und Klebenahtqualitäten, Ignorieren von Palettenüberhängen sowie die Verwendung von Einzelkennwerten ohne Berücksichtigung der realen Einsatzbedingungen. Ein systematisches Prüf- und Validierungskonzept reduziert diese Risiken.

Nachhaltigkeit und Materialeffizienz

Ein angemessener Festigkeitsgrad unterstützt ressourcenschonende Konstruktionen: ausreichende Stabilität mit möglichst geringem Materialeinsatz. Der Anteil an Recyclingfasern, die Papierqualitäten und der Feuchteschutz (z. B. durch geeignete Barrieren oder Lagerbedingungen) beeinflussen sowohl die Performance als auch die Umweltkennzahlen. Durch funktionsgerechte Dimensionierung lassen sich Transporte schützen, ohne unnötig hohe Flächengewichte zu wählen.

Prüf- und Dokumentationspraxis

Für eine belastbare Qualitätssicherung empfiehlt sich eine Kombination aus Wareneingangskontrollen (Papierkennwerte wie SCT/RCT), Inprozesskontrollen (Leimauftrag, Feuchte) und Endprüfungen (ECT/BCT). Prüfpläne mit definierten Stichprobenumfängen, Toleranzen und Rückstellmustern gewährleisten Konsistenz. Abweichungen sollten mit Ursachenanalysen (z. B. Feuchtegehalt, Maschineneinstellungen, Papiercharge) hinterlegt und durch Korrekturmaßnahmen adressiert werden.

Zusammenfassung:

• Der Festigkeitsgrad ist eine entscheidende Kennzahl, die die robuste Beschaffenheit von Materialien wie Wellpappe bestimmt, indem sie deren Widerstandsfähigkeit gegen physischen Druck bewertet.
• Für Unternehmen, die Wellpappenverpackungen suchen, ist der Festigkeitsgrad ein wichtiger Indikator für die Haltbarkeit und Sicherheit der Verpackung, insbesondere beim Transport schwerer Produkte.
• Ein hoher Festigkeitsgrad verspricht dabei eine zuverlässigere und stabilere Verpackung. Es hat eine positive Auswirkung auf die Kundenzufriedenheit, da es die Wahrscheinlichkeit von Beschädigungen der Waren während des Versands minimiert.
• Verschiedene Prüfverfahren (ECT, FCT, BCT, Durchstoß, Burst) beleuchten unterschiedliche Lastfälle; eine Kombination liefert ein vollständigeres Bild.
• Die Auswahl des geeigneten Festigkeitsgrades berücksichtigt Produktgewicht, Stapelhöhen, klimatische Bedingungen, Konstruktion und gewünschte Materialeffizienz.
• Standardisierte Prüfbedingungen und korrekte Probenkonditionierung sind Voraussetzung für vergleichbare, belastbare Kennwerte.
• Eine solide Auslegung verbindet Berechnung (z. B. McKee-Ansätze) mit Validierung am fertigen Packstück, berücksichtigt Klimaeinflüsse und sichert die Funktionsfähigkeit im realen Logistikprozess ab.