Werkstoffprüfung

Wellpappe ist ein zentraler Werkstoff der Verpackungsindustrie. Ihre Leistungsfähigkeit hängt von Fasermischung, Wellengeometrie, Klebung und klimatischen Bedingungen ab und kann daher stark variieren. Um die Eignung für den vorgesehenen Verwendungszweck sicherzustellen und eine zielgerichtete Produktentwicklung zu ermöglichen, sind systematische Werkstoffprüfungen unerlässlich. Sie liefern objektive Kennwerte, reduzieren Streuungen in der Produktion und unterstützen die Spezifikation von Qualitäten für unterschiedliche Einsatzszenarien. Darüber hinaus schaffen sie Transparenz über Materialtoleranzen, erlauben eine belastbare Freigabeprüfung im Wareneingang und bilden die Grundlage für belastbare Korrelationen zwischen Materialeigenschaften und Verpackungsleistung.

Durch praxisnahe Prüfpläne und normgerechte Messverfahren lassen sich Eigenschaften wie Druck- und Berstfestigkeit, Feuchteverhalten, Durchstoßarbeit, Flächengrammatur oder Oberflächenreibung sicher bewerten. So werden Risiken im Transport minimiert, Material gezielt eingesetzt und Reklamationen verringert. Ergänzend ermöglichen trendbasierte Auswertungen eine vorausschauende Prozessführung, und Prüfberichte schaffen Nachvollziehbarkeit über Losgrenzen hinweg, etwa bei saisonalen Klimaschwankungen oder beim Wechsel von Papierqualitäten.

Definition: Was versteht man unter Werkstoffprüfung?

Unter Werkstoffprüfung versteht man die Gesamtheit standardisierter Testmethoden zur Beurteilung der mechanischen, physikalischen und klimatischen Eigenschaften eines Materials. Im Kontext von Wellpappe umfasst dies insbesondere die Ermittlung von Festigkeiten (z. B. Kantenstauch- und Berstfestigkeit), Steifigkeiten, Feuchtebeständigkeit und Oberflächenmerkmalen. Ziel ist es, die Übereinstimmung mit definierten Anforderungen eines Produkts oder Prozesses nachzuweisen, Abweichungen frühzeitig zu erkennen und auf belastbaren Messdaten basierende Entscheidungen zu treffen. Ebenso werden dabei Freigaben, Eignungsnachweise und Requalifikationen dokumentiert, um reproduzierbare Verpackungsqualität für unterschiedliche Lastfälle zu gewährleisten.

Es wird zwischen zerstörenden und nicht zerstörenden Verfahren unterschieden. Während zerstörende Tests (z. B. ECT, BCT, Berstprüfung) das Prüfstück unbrauchbar machen, erlauben nicht zerstörende Verfahren etwa die Erfassung von Abmessungen, Feuchtegehalt oder Oberflächenmerkmalen, ohne die Probe funktional zu beeinträchtigen. Grundlage vieler Prüfungen sind Normen wie ISO, DIN oder TAPPI, die Messbedingungen, Probenvorbereitung und Auswertung festlegen. Ergänzend kommen interne Prüfvorschriften, Kalibriervorschriften und Abweichungsregelungen zum Einsatz, um Messunsicherheit und Vergleichbarkeit zwischen Laboren zu beherrschen.

Methoden der Werkstoffprüfung bei Wellpappe

Für die Beurteilung von Wellpappe kommen zahlreiche Prüftechniken zum Einsatz. Sie betrachten sowohl das Papier (Liner, Medium) als auch den Verbund. Einflussgrößen sind u. a. Wellenprofil (z. B. B-, C-, E-Welle), Papierqualitäten, Klebstoffauftrag, Feuchtegehalt und Verarbeitungsgeschwindigkeit. Zusätzlich wirken Rillung, Stanzbild, Bedruckung, Faserorientierung (Maschinen- vs. Querrichtung) und Lagerdauer nach der Produktion auf die Messergebnisse.

• Kantenstauchwiderstand (ECT, ISO 3037): Ermittelt die Druckfestigkeit des Wellpappverbunds in Stapelrichtung. Zentrale Kenngröße für Palettierfähigkeit und Stapelstabilität. Typische Einflussfaktoren sind Klebequalität, Feuchte und Linergüte; die Einheit wird meist in kN/m angegeben.
• Kistenstauchprüfung (BCT, ISO 12048): Bestimmt die maximale Drucklast einer fertigen Schachtel. Eignet sich zur Validierung von Konstruktion, Wellenkombination und Faserqualitäten. Die Prüfanordnung (Deckel/ Boden, Stützleisten) und das Prüfklima beeinflussen die Ergebnisse wesentlich.
• Flachstauchwiderstand (FCT, ISO 3035): Bewertet die Widerstandsfähigkeit gegenüber lokalen Druckspitzen; relevant für punktuelle Belastungen. FCT reagiert sensibel auf Wellengeometrie und Leimauftrag und dient als Indikator für die Widerstandsfähigkeit gegen Eindrücke.
• Ringstauchprüfung (RCT, ISO 12192) und Kurzspann-Druckfestigkeit (SCT, ISO 9895): Charakterisieren die Druckfestigkeit der Papiere, aus denen der Verbund aufgebaut ist. Diese Papierkennwerte korrelieren mit dem ECT und unterstützen die Rohstoffauswahl.
• CMT (ISO 7263): Test des Wellenpapiers (Medium) nach dem Riffeln; wichtig für das Umformverhalten und die Wellenbildung. CMT liefert Hinweise auf Klebebindung und Kantenstauchpotenzial im fertigen Verbund.
• Berstfestigkeit (Burst-Test, ISO 2759): Misst den Widerstand gegen flächig wirkende Beanspruchung. Aussagekräftig bei unspezifischen Belastungen im Versand. Besonders nützlich für Mischlastfälle oder unvorhersehbare Stöße.
• Durchstoßarbeit (Puncture, ISO 3036): Bewertet die Fähigkeit, spitze oder scharfkantige Einwirkungen zu absorbieren. Relevanz bei Packgütern mit kantigen Komponenten oder in automatisierten Förderanlagen.
• Feuchtigkeitsbeständigkeit und Wasseraufnahme (Cobb, ISO 535): Quantifiziert die Wasseraufnahme über eine definierte Zeit und Fläche; wichtig für klimatische Robustheit. Ergänzend werden Feuchtewechseltests und Konditionierungszyklen herangezogen.
• Grammatur (ISO 536), Dicke (ISO 534), Feuchtegehalt (ISO 287): Grundlegende Parameter zur Qualitätscharakterisierung und zur Berechnung von spezifischen Festigkeiten. Diese Basisdaten unterstützen Materialvergleiche und Verbrauchskontrolle.
• Biegesteifigkeit und Durchbiegung (z. B. ISO 5628): Relevanz für Planlage, Faltverhalten und Maschinenlauf. Eine ausreichende Steifigkeit begünstigt das Rill- und Faltverhalten in der Weiterverarbeitung.
• Reibungskoeffizienten und Oberflächeneigenschaften: Beeinflussen Stapel- und Förderverhalten sowie den Palettenverbund. Die Bestimmung des Gleit- oder Haftreibwerts unterstützt die Auslegung von Palettier- und Fördersystemen.
• Porosität und Luftdurchlässigkeit (z. B. Bendtsen/Gurley): Hinweise auf Leimpenetration und Bedruckbarkeit; relevant für Klebeverhalten und Trocknung.
• Klebezugfestigkeit (Pin Adhesion, z. B. TAPPI T 821/T 822): Beurteilt die Qualität der Wellenklebung zwischen Liner und Medium; wichtig für ECT-Stabilität und Delaminationssicherheit.
• Rill- und Falzqualität: Prüft Rilltiefe, Rillbreite und Faltwiderstand; maßgeblich für die Funktionsfähigkeit von Schließkanten und die Maßtreue der Schachtel.

Prüfumgebung und Konditionierung

Viele Prüfungen sind stark klimaanfällig. Üblich ist die Konditionierung im Standardklima von 23 °C und 50 % relativer Luftfeuchte (z. B. nach ISO 187). Abweichungen führen zu veränderten Messwerten, daher sind reproduzierbare Klimabedingungen und definierte Konditionierzeiten entscheidend. In der Praxis werden je nach Einsatzgebiet auch alternative Klimata (z. B. 20 °C/65 % r. F. oder 30 °C/70 % r. F.) oder Feuchtewechselzyklen genutzt, um realitätsnahe Belastungen abzubilden. Kalibrierte Klimaschränke, dokumentierte Vorlagerzeiten und klare Freigabekriterien stellen die Vergleichbarkeit sicher.

Probenahme und Repräsentativität

Die Aussagekraft der Ergebnisse hängt von einer normgerechten Probenahme ab. Quer- und Längsrichtung, Randzonen, Druck- oder Stanzbereiche sowie Klebelinien können abweichende Eigenschaften aufweisen. Ein sorgfältig definierter Stichprobenplan (z. B. nach Los, Charge, Maschinenbahn) reduziert systematische Fehler. Zusätzlich erhöhen Zufallsstichproben, klare AQL-Vorgaben und die Trennung von Anfahr- und Gutware die Repräsentativität.

Probenvorbereitung

Sauber geschnittene Kanten, die Vermeidung von Quetschungen und die eindeutige Kennzeichnung der Maschinen- und Querrichtung sind essenziell. Prüfstücke sollten definierte Abmessungen, plane Auflageflächen und eine dokumentierte Ruhezeit nach der Produktion besitzen, um Setzeffekte auszuschließen.

Kennwerte, Korrelationen und Modelle

Zwischen Papierkennwerten (SCT/RCT), Verbundkennwerten (ECT/FCT) und Schachtelleistung (BCT) bestehen empirische Zusammenhänge. Diese Korrelationen unterstützen die Vorauswahl von Materialklassen und die Abschätzung der Stapelfestigkeit. Gleichwohl sind sie nur innerhalb definierter Grenzen verlässlich, da Faktoren wie Feuchte, Rillung, Schachtelkonstruktion, Perforationen oder Bedruckung die Tragfähigkeit signifikant beeinflussen. Validierungen anhand realer Muster im Zielklima bleiben daher notwendig.

Für die Modellbildung werden lineare Regressionsansätze und praxisnahe Sicherheitszuschläge verwendet. Die Dokumentation von Annahmen (Toleranzen, Klimazustände, Packgutverteilung) verbessert die Übertragbarkeit auf Serienbedingungen und unterstützt die Auslegung von Palettenschemata und Stapelhöhen.

Statistische Auswertung und Prozessregelung

Regelkarten, Trendanalysen und Fähigkeitskennzahlen (z. B. Cp/Cpk) helfen, Prozessschwankungen zu erkennen und zu beherrschen. Durch die Kombination aus laufender Stichprobe, definierten Prüfintervallen und Ursachenanalysen (z. B. bei Klima- oder Rohstoffwechsel) lassen sich stabile Fertigungsfenster etablieren. Digitale Datenerfassung, Kalibrier- und Wartungspläne für Prüfmittel sowie Rückverfolgbarkeit bis zur Papiercharge erhöhen die Verlässlichkeit der Messergebnisse.

Typische Fehlerquellen und Maßnahmen

Häufige Abweichungen entstehen durch unzureichende Klebung (Delamination), verquetschte Kanten, fehlerhafte Rillungen, feuchtebedingte Schwächung oder nicht normgerechte Probenpräparation. Gegenmaßnahmen umfassen die Optimierung von Leimauftrag und Temperaturprofilen, angepasste Vorheizer-Einstellungen, kontrollierte Papierfeuchte sowie regelmäßige Schulungen für Probenahme und Messdurchführung. Plausibilitätsprüfungen durch Referenzproben und Ringversuche sichern die Vergleichbarkeit.

Einsatzbereiche der Werkstoffprüfung in der Wellpappenindustrie

Werkstoffprüfungen werden entlang der gesamten Prozesskette eingesetzt: im Wareneingang zur Qualifizierung von Papieren, in der laufenden Fertigung zur Prozesskontrolle, in der Entwicklung zur Auslegung neuer Konstruktionen und in der Logistik zur Validierung von Stapel- und Transportszenarien. Sie unterstützen die Auswahl geeigneter Materialklassen, die Festlegung von Spezifikationen und die Verifizierung von Toleranzen in Serie. Ergänzend dienen sie dem Benchmarking verschiedener Wellenkombinationen, der Bewertung von Beschichtungen sowie der Prüfung alternativer Faserzusammensetzungen unter definierten Klimabedingungen.

In der Praxis werden ECT- und BCT-Werte zur Auslegung von Stapelhöhen, Klimaszenarien und Palettierung herangezogen, während Cobb und Feuchtegehalt die Auswahl von Ausrüstungen (z. B. Beschichtungen) beeinflussen. Prüfberichte dienen als Nachweis gegenüber Abnehmern, Auditoren und bei Reklamationen. Darüber hinaus erleichtern sie die konstruktive Optimierung, etwa durch den Wechsel der Wellenkombination oder die Anpassung von Klebstoffauftrag und Prozessparametern. Auch die Abbildung realer Transportprofile (Vibration, Schock, Klimawechsel) in erweiterten Prüfplänen erhöht die Aussagekraft der Ergebnisse.

Auch bei der Auswahl passender Lösungen im Sortiment und im Konstruktionsprozess helfen Messergebnisse, um Anforderungen präzise zu spezifizieren und die geeignete Verpackung gezielt und effizient finden zu können. Zusammen mit Serienrückmeldungen aus Produktion und Logistik entsteht so ein geschlossener Regelkreis zur kontinuierlichen Verbesserung.

Vor- und Nachteile von Werkstoffprüfungen

Die Potenziale der Werkstoffprüfung sind vielfältig. Ein wesentlicher Vorteil liegt in der Sicherstellung einer konsistenten Produktqualität. Messwerte decken Materialschwächen auf, beispielsweise unzureichende Kantenstauchwerte bei hoher Luftfeuchte oder erhöhte Wasseraufnahme. Daraus lassen sich zielgerichtete Verbesserungen ableiten, etwa Anpassungen der Fasermischung, der Flächengewichte oder der Prozessführung. Zudem ermöglichen Prüfpläne eine belastbare Dokumentation, erleichtern Audits und reduzieren Folgekosten durch Ausfälle im Versand. Auf strategischer Ebene unterstützen sie die Ressourcenoptimierung und die Auswahl materialeffizienter Konstruktionen bei gleichbleibender Funktionalität.

Zu den Nachteilen zählen Kosten und Zeitaufwand, insbesondere bei zerstörenden Tests und umfangreicher Konditionierung. Ergebnisse können klimabedingt streuen, wenn Probenahme und Bedingungen nicht streng kontrolliert werden. Zerstörende Verfahren erfordern ausreichend Probenmaterial; nicht jeder Test ist für Inline-Messungen geeignet. Eine geeignete Kombination aus Stichprobenumfang, Prüfintervallen und statistischer Auswertung ist daher erforderlich, um Aufwand und Nutzen auszubalancieren. Zudem müssen Prüfmittel regelmäßig kalibriert und gewartet werden, um Messunsicherheiten zu minimieren.

Die Bedeutung der Werkstoffprüfung für die Wellpappenindustrie

Als zentraler Bestandteil der Qualitätskontrolle schafft die Werkstoffprüfung Transparenz über Material- und Prozessfähigkeit. Sie zeigt den Einfluss variierender Produktionsbedingungen (z. B. Bahngeschwindigkeit, Vorheizer-Einstellung, Klebstoffauftrag, Feuchteprofil) auf die Produkteigenschaften und unterstützt so stabile, effiziente Fertigungsfenster. In der Entwicklung ermöglicht sie die Abwägung zwischen Ressourceneinsatz und Leistung, etwa bei der Reduktion von Flächengewichten oder dem Wechsel von Wellenprofilen. Ebenso ermöglicht sie eine faktenbasierte Bewertung von Prozessänderungen im Rahmen von Änderungsdiensten oder Requalifikationen.

Auf Lieferkettenebene verbessert sie die Passung zwischen Lastfall (Transport, Lagerung, Klima) und Konstruktion. Prüfbasierte Spezifikationen erhöhen die Reproduzierbarkeit, reduzieren Ausschuss und sichern die Funktionsfähigkeit der Packmittel im realen Einsatz, auch unter wechselnden Umgebungsbedingungen. Dadurch lassen sich Schadensquoten senken, und die Planbarkeit von Verpackungs- und Logistikprozessen steigt.

Das Fazit

Die Werkstoffprüfung spielt in der Wellpappenindustrie eine entscheidende Rolle. Sie ist essenziell für die Sicherstellung von Qualität und Leistungsfähigkeit und bildet die Grundlage belastbarer Spezifikationen, effizienter Produktionsprozesse und verlässlicher Anwendungen im Versand und in der Lagerlogistik. Trotz Kosten und Zeitbedarf überwiegen die Vorteile: Prüfwerte erhöhen die Prozesssicherheit, ermöglichen material- und konstruktionsseitige Optimierungen und leisten einen messbaren Beitrag zur Wirtschaftlichkeit über den gesamten Lebenszyklus der Packmittel. Zusammen mit klaren Prüfplänen, definierter Konditionierung und statistischer Auswertung wird die Verpackungsleistung nachvollziehbar und reproduzierbar.

Zusammenfassung:

• Die Werkstoffprüfung untersucht die Eigenschaften und das Verhalten von Materialien wie Wellpappe unter verschiedenen Bedingungen.
• Diese Prüfungen sind essenziell, um die Qualität, Stabilität und Langlebigkeit von Wellpappe-Verpackungen zu garantieren.
• Unter anderem spielen dabei Tests zur Festigkeit, zum Widerstand gegen Feuchtigkeit und zur Belastbarkeit eine wichtige Rolle.
• Typische Verfahren sind ECT, BCT, FCT, Cobb, Berstfestigkeit sowie RCT/CMT/SCT für die Papierkomponenten.
• Reproduzierbare Ergebnisse erfordern normgerechte Probenahme, definierte Klimakonditionierung und statistische Auswertung.
• Prüfwerte dienen der Spezifikation, Prozesskontrolle, Entwicklung und Validierung realer Lastfälle entlang der Lieferkette.
• Korrelationen zwischen Papier-, Verbund- und Schachtelkennwerten unterstützen die Auslegung, müssen jedoch im Zielklima verifiziert werden.
• Dokumentation, Kalibrierung und Rückverfolgbarkeit erhöhen die Vergleichbarkeit der Messwerte und die Prozessstabilität.