Reißfestigkeitstests

Wenn es um die Qualität von Wellpapp-Verpackungen geht, ist die Reißfestigkeit ein primärer Faktor. Hersteller und Lieferanten von Wellpappe benötigen verlässliche Informationen über diese Materialeigenschaft. Innerhalb dieser Branche sind Reißfestigkeitstests daher von entscheidender Bedeutung, um die Beständigkeit und Haltbarkeit der Verpackungsmaterialien zu gewährleisten. Ergänzend zur Materialauswahl beeinflussen Faserqualität, Flächengewicht, Wellenprofil, Deckschichten (Liner) und die Klebung der Welle die Weiterreiß- und Durchstoßbeständigkeit. Aussagekräftige Prüfwerte sind folglich ein zentrales Element von Spezifikationen, Wareneingangsprüfungen und der laufenden Produktionskontrolle. Darüber hinaus dienen sie der Validierung von Verpackungsdesigns entlang der gesamten Lieferkette und unterstützen die ausgewogene Auslegung zwischen Materialeffizienz und Schutzfunktion unter realistischen klimatischen und mechanischen Belastungen.

Definition: Was versteht man unter Reißfestigkeitstests?

Reißfestigkeitstests sind Prüfverfahren, die dazu dienen, die Festigkeit eines Materials gegenüber mechanischer Belastung zu ermitteln. Im Rahmen der Tests wird das Material so lange beansprucht, bis es reißt oder eindeutig versagt. Das dabei gemessene Maximum wird als Reißfestigkeit bezeichnet. Für Wellpappe sind dabei speziell die Zugfestigkeit und die Durchstoßfestigkeit von großer Bedeutung. Je nach Prüfart wird entweder die maximale Kraft (z. B. in N, N/15 mm), die Dehnung bis zum Bruch (in %) oder die eingebrachte Energie bis zum Durchstoß (in J) erfasst. Relevante Ergebnisse werden in Längs- (MD) und Querrichtung (CD) getrennt ausgewiesen, da Faserlaufrichtung und Wellenorientierung das Rissverhalten signifikant beeinflussen. Ergänzend liefern Kraft-Weg-Kurven, Energieintegrale und Bruchbilder zusätzliche Hinweise auf Rissinitiierung und Rissfortschritt.

• Zugfestigkeit: Widerstand gegen Zugbeanspruchung bis zum Bruch; liefert u. a. maximale Zugkraft und Bruchdehnung. Die Kennwerte erlauben Rückschlüsse auf Fasermatrix, Verleimung und die Homogenität der Deckschichten.
• Weiterreißfestigkeit: Widerstand gegen das Fortschreiten eines vorhandenen Risses; häufig bei Liner-Papieren relevant. Sie beschreibt die Rissstoppwirkung und ist besonders wichtig bei geslotteten, gestanzten oder perforierten Zuschnitten.
• Durchstoßarbeit: Energie, die benötigt wird, um eine Probe mit einem Prüfkörper zu durchdringen; charakterisiert die Robustheit gegenüber punktuellen Belastungen. Sie ist ein Maß für die Fähigkeit der Verbundstruktur aus Liner und Welle, lokale Schläge und Kantenkontakte zu absorbieren.
• Berstfestigkeit: Widerstand gegen flächige Belastungen; ergänzt die Bewertung der Stabilität von Wellpappkarton. Sie trägt zur Beurteilung der Empfindlichkeit gegenüber verteilten Drücken und Druckstößen bei.

Die Methoden zur Durchführung von Reißfestigkeitstests

Es existieren mehrere Methoden, um die Reißfestigkeit von Wellpappe zu testen. Dazu gehören unter anderem der Schopftest, der Falltest und der Drucktest. Bei jedem dieser Verfahren wird das Verpackungsmaterial unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt, um Erkenntnisse über seine Rissbeständigkeit und Robustheit zu gewinnen. Moderne Prüfpläne kombinieren häufig mehrere Verfahren, um das Versagensverhalten sowohl auf Proben- als auch auf Verpackungsebene realitätsnah abzubilden. Ergänzende Konditionierungs- und Vorbehandlungsprogramme (Temperatur- und Feuchtezyklen) erhöhen die Aussagekraft, da sie das reale Transport- und Lagerumfeld simulieren.

Schopftest (Pendeldurchstoß; Durchstoßarbeit)

Beim Schopftest wird eine rechteckige Probe eingespannt und mit einem pendelnden Prüfkörper durchstoßen. Gemessen wird die Energie, die zum vollständigen Durchdringen benötigt wird. Diese Methode bildet typische Transportszenarien mit spitzen oder kantigen Belastungen ab und ist besonders aussagekräftig für die Beurteilung der Deckschichten und der Klebung.

Vorgeprägte Risslinien, Stanzungen und Ausstattungsmerkmale können die Ergebnisse beeinflussen. Weitere Hinweise zum Einfluss von Perforation auf Reißversuche unterstützen die korrekte Interpretation.

Als Referenz dienen häufig standardisierte Verfahren (z. B. nach international anerkannten Normen für die Durchstoßarbeit). Einflussgrößen sind u. a. Probenabmessungen, Einspanngeometrie, Pendelmasse und -geschwindigkeit sowie die kantige oder runde Form des Prüfkörpers.

Falltest (Systemprüfung mit gefüllter Verpackung)

Der Falltest bewertet das Verhalten einer befüllten Einheit bei Sturzbelastung aus definierten Höhen und Orientierungen (Kante, Ecke, Fläche). Er liefert praxisnahe Aussagen über potenzielle Rissbildung an Schwachstellen wie Kanten, Stanzungen und Klebenähten und ergänzt die Materialprüfung um eine anwendungsnahe Systemperspektive.

Typische Spezifikationen geben die Anzahl der Stürze, die Fallhöhe in Abhängigkeit von der Masse sowie die Orientierung vor. Eine standardisierte Durchführung (z. B. nach einschlägigen Normen für Verpackungs-Fallprüfungen) und eine definierte Klimavorbehandlung verbessern die Vergleichbarkeit.

Drucktest/Stapelprüfung (Karton- bzw. Boxdruckfestigkeit)

Die Druckprüfung ermittelt die maximale Druckkraft, die eine aufgerichtete Einheit bis zum Versagen aufnehmen kann. Obwohl der primäre Versagensmechanismus hier das Stabilitätsversagen ist, lassen sich aus lokalen Einbrüchen und Rissinitiationen an Faltkanten oder Stößen Hinweise auf begrenzte Reißreserven ableiten.

Für die Praxis relevant sind neben der maximalen Druckkraft auch die Verformungsarbeit bis zum Kollaps sowie das Verhalten unter anhaltender statischer Last (Stapelprüfung). Normative Verfahren (z. B. anerkannte Prüfstandards für Boxkompressionsprüfungen) definieren Prüfgeschwindigkeit, Lastaufbringung und Probenvorbereitung.

Zugversuch an Linerpapieren und Wellpappstreifen

Im Zugversuch werden Proben mit definierter Breite und Einspannlänge mit konstanter Geschwindigkeit belastet. Kennwerte wie maximale Zugkraft, Streckgrenze und Bruchdehnung liefern Grundlagen für die rechnerische Auslegung und für die Korrelation mit Weiterreiß- und Durchstoßkennwerten.

Die Auswertung erfolgt typischerweise getrennt nach MD und CD; häufige Formate sind 15-mm-Streifen mit definierter Einspannlänge. Normgerechte Prüfbedingungen (z. B. gemäß internationalen Papier- und Karton-Normen) sichern die Reproduzierbarkeit.

Weiterreißversuch (z. B. Elmendorf)

Der Weiterreißversuch bewertet das Verhalten eines bereits eingeleiteten Risses. Er ist besonders relevant, wenn Anrisse in der Praxis nicht vollständig verhindert werden können und das Material eine gewisse Rissstoppwirkung aufweisen soll.

Wesentlich sind dabei die definierte Vorkerbung, die Auswahl der Pendelmassen und die korrekte Einspannung. Standardisierte Verfahren (z. B. für den Elmendorf-Versuch) stellen sicher, dass die Ergebnisse zwischen Laboren vergleichbar bleiben.

Normen und Standards für Reißfestigkeitstests

Zur Sicherstellung der Vergleichbarkeit werden Reißfestigkeitsmessungen häufig nach international etablierten Normen durchgeführt. Dazu zählen u. a. anerkannte Verfahren für die Durchstoßarbeit von Karton, für die Berstfestigkeit von Papier und Karton, für den Weiterreißversuch (Elmendorf), für den Zugversuch an Papieren sowie für Druck- bzw. Stapelprüfungen an gefüllten Einheitspackungen. Die jeweilige Norm legt Probengeometrie, Konditionierung, Prüfgeschwindigkeit, Kalibrieranforderungen und die Auswertung (Einheiten, Rundungsregeln) fest.

Praktische Hinweise: Probenahme, Konditionierung und Prüfgenauigkeit

Für reproduzierbare Ergebnisse ist die korrekte Probenahme und Konditionierung wesentlich. Proben sollten repräsentativ über die gesamte Breite und von mehreren Bögen bzw. Einheiten entnommen werden. Die Klimatisierung (typischerweise 23 °C/50 % r. F.) vor der Prüfung ist zwingend, da Feuchtegehalt und Temperatur das Rissverhalten deutlich beeinflussen. Schnittqualität, Einspannlänge, Vorschädigungen, Einspannbacken (gezahnt/geriffelt), Vorschubgeschwindigkeit und Kalibrierzustand der Maschine zählen zu den häufigsten Einflussgrößen. Empfehlenswert sind dokumentierte Prüfpläne mit Toleranzen für Klima (z. B. ±1 °C/±2 % r. F.), regelmäßige Gerätekalibrierungen und die Verwendung rückführbarer Referenzmaterialien.

• Probenzahl je Messpunkt ausreichend hoch wählen (statistische Absicherung). Ergänzend Verteilungen prüfen (z. B. Ausreißeranalyse) und Konfidenzintervalle berichten.
• MD/CD getrennt erfassen; Faserlaufrichtung dokumentieren. Die Markierung der Proben vermeidet Verwechslungen und erleichtert die Auswertung.
• Einflüsse von Stanzungen, Rillungen und Faltkanten separat untersuchen. Zusätzlich Varianten mit und ohne Perforation prüfen, um die Rissstoppwirkung zu bewerten.
• Messwerte regelmäßig mit Referenzmaterialien verifizieren. Prüfmittelüberwachung und Trendanalysen sichern langfristig die Datenqualität.

Häufige Fehlerquellen und typische Fehlerbilder

Zu den typischen Ursachen für streuende oder verfälschte Ergebnisse zählen Schlupf in den Klemmbacken, Kerben durch unsaubere Probenzuschnitte, Feuchtegradienten im Material, falsch ausgerichtete Proben (MD/CD-Verwechslung), unzureichend konditionierte Teststücke sowie nicht dokumentierte Geräteänderungen. Häufig beobachtete Fehlerbilder sind Faserabrisse an den Klemmstellen, frühzeitige Rissinitiierung an Stanzradien und lokal begrenzte Delamination der Liner-Wellen-Verbindung.

Messunsicherheit und Datenqualität

Für belastbare Entscheidungen sollten Messunsicherheiten abgeschätzt und berichtet werden. Dazu gehören Wiederhol- und Vergleichsbedingungen, die Einschätzung von Bedienereinfluss, die Geräteauflösung sowie Kalibrierhistorien. Die Kombination aus Regelkarten, Fähigkeitskennzahlen (z. B. Cp/Cpk) und periodischer Referenzprüfung unterstützt eine stabile Prozesslenkung.

Interpretation der Ergebnisse und typische Kennzahlen

Die Reißfestigkeit wird je nach Verfahren als maximale Kraft, als Energie oder als Weiterreißarbeit angegeben. Für die Praxis sind neben Absolutwerten vor allem Relationen relevant: MD/CD-Verhältnis, Streuung (Standardabweichung) und die Abweichung von Spezifikationsgrenzen. Eine steigende Durchstoßarbeit deutet auf bessere Widerstandsfähigkeit gegen punktuelle Belastungen hin, während höhere Zugfestigkeit und Bruchdehnung auf robustere Linerpapiere schließen lassen. Werden Abweichungen festgestellt, empfiehlt sich die Ursachenanalyse entlang der Prozesskette (Papierqualität, Wellenprofil, Klebung, Feuchtehaushalt). Sinnvoll ist die Verknüpfung mit Prozessdaten (z. B. Klebstoffauftrag, Trocknungsprofil, Bahnspannung), um Korrelationen sichtbar zu machen und die Wirksamkeit von Korrekturmaßnahmen zu bewerten.

Anwendungsbeispiele und Korrelationen in der Praxis

Typische Anwendungen sind die Bewertung von Zuschnitten mit Grifföffnungen, Sichtfenstern oder perforierten Laschen, bei denen lokale Kerbwirkungen auftreten. In Versand- und Kommissionierprozessen zeigen erhöhte Durchstoßarbeiten eine bessere Toleranz gegenüber Eck- und Kantenstößen. Häufig besteht eine Korrelation zwischen der Zugfestigkeit der Linerpapiere und der Weiterreißfestigkeit, während die Systemfestigkeit einer befüllten Einheit zusätzlich von Geometrie, Rillqualität und Verleimung beeinflusst wird. Für eine realitätsnahe Beurteilung empfiehlt sich eine Kombination aus Materialprüfungen und anwendungsnahen Systemtests unter definierten Klimabedingungen.

Die Rolle von Reißfestigkeitstests in der Qualitätskontrolle

Die Durchführung von Reißfestigkeitstests spielt eine zentrale Rolle in der Qualitätskontrolle von Wellpappe. Durch sie kann sichergestellt werden, dass die Verpackungsmaterialien den Anforderungen der produzierenden Unternehmen standhalten. Zudem ermöglichen die Tests eine kontinuierliche Überwachung und somit die Optimierung der Produktqualität. In der Praxis werden die Prüfungen in Wareneingang, Inprozesskontrolle und Endprüfung eingesetzt, um Schwankungen frühzeitig zu erkennen, Prozessparameter zu stabilisieren und Reklamationsrisiken zu reduzieren. Verknüpft mit statistischer Prozesslenkung (z. B. Regelkarten) lassen sich Trends erkennen und Gegenmaßnahmen datenbasiert einleiten. Darüber hinaus unterstützen dokumentierte Prüfberichte Freigabeprozesse, Änderungsmanagement und die Qualifizierung von Rohpapier- und Wellpappe-Lieferanten.

Vor- und Nachteile von Reißfestigkeitstests

Reißfestigkeitstests bieten eine Vielzahl von Vorteilen. Sie ermöglichen präzise Aussagen über die Qualität von Wellpappe und tragen dazu bei, das Vertrauen von Kunden zu stärken. Gleichzeitig erlauben sie die Verbesserung und Optimierung der Produktionsbedingungen. Ein möglicher Nachteil ist, dass sie einen gewissen Aufwand in Bezug auf Material und Zeitaufwand erfordern. Dennoch ist ihr Nutzen für die Qualitätskontrolle und -sicherung in der Wellpappenindustrie unverzichtbar. Grenzen ergeben sich daraus, dass es sich um zerstörende Prüfungen handelt und kombinierte Lastfälle (z. B. Schock plus Druck) nur durch ergänzende Systemtests abbildbar sind. Für eine realitätsnahe Bewertung empfiehlt sich daher die Kombination aus Material- und Anwendungstests. Zusätzlich ist zu berücksichtigen, dass Ergebnisse stark vom Klima abhängen können und daher immer zusammen mit Konditionierungsangaben interpretiert werden sollten.

• Vorteile: objektive Kennwerte, Vergleichbarkeit, Früherkennung von Schwachstellen, Ableitung von Prozessverbesserungen. Sie unterstützen Spezifikationspflege, Lieferantenbewertung und die robuste Auslegung wiederkehrender Serienfertigungen.
• Herausforderungen: Probenpräparation und Klimatisierung als Fehlerquellen, zeitlicher Prüfaufwand, begrenzte Übertragbarkeit einzelner Kennwerte auf komplexe Belastungskollektive. Zusätzlich ist die eindeutige Zuordnung von Versagensursachen ohne ergänzende Analysen oft nur eingeschränkt möglich.

Dokumentation, Reporting und Rückverfolgbarkeit

Ein vollständiger Prüfbericht enthält eindeutige Probenkennungen, Material- und Chargenangaben, Probengeometrie, Klimabedingungen, verwendete Normen, Gerätespezifikationen und Kalibrierstatus, die vollständigen Rohdaten (z. B. Kraft-Weg-Kurven), statistische Kennwerte (Mittelwert, Streuung, Konfidenzintervalle), MD/CD-Zuordnung sowie eine nachvollziehbare Interpretation inklusive Fotos der Bruchbilder. Eine konsistente Ablage ermöglicht die Rückverfolgbarkeit über Projekte, Lieferanten und Zeiträume hinweg.

Zusammenfassung:

• Reißfestigkeitstests prüfen die Widerstandsfähigkeit von Materialien, insbesondere bei Verpackungen aus Wellpappe, wenn eine Kraft darauf ausgeübt wird und spielen daher eine entscheidende Rolle in der Qualitätssicherung von Verpackungsmaterialien.
• Die Durchführung von Reißfestigkeitstests ermöglicht es Unternehmen, die geeignete Wellpappe für ihre Verpackungen auszuwählen, indem sie die maximale Last, die das Material ohne zu reißen aushält, bestimmen.
• Diese Art von Tests hilft, mögliche Mängel oder Schwachstellen in der Produktverpackung zu identifizieren und gewährleistet somit eine zuverlässige und effiziente Produktlieferung.
• Kombinierte Prüfpläne aus Zug-, Weiterreiß-, Durchstoß- und Systemtests liefern ein vollständigeres Bild des Versagensverhaltens.
• Reproduzierbarkeit setzt korrekte Probenahme, Klimatisierung und dokumentierte Prüfparameter voraus; Ergebnisse sollten nach MD/CD getrennt bewertet werden.
• Als zerstörende Verfahren erfordern Reißfestigkeitsprüfungen Ressourcen, ermöglichen jedoch fundierte Entscheidungen für Auslegung, Materialwahl und Prozessführung.