thyssenkrupp Rasselstein nutzt Finite Elemente Methode
Effiziente Entwicklung neuer Weißblechverpackungen
Die Finite Elemente Methode lässt sich auf alle Dosentypen und –komponenten anwenden. Bei Weißblechdosen lässt sich so die Dicke noch weiter reduzieren.
Quelle: thyssenkrupp Rasselstein
Die Lebensmitteldose ist zwar bereits mehr als 210 Jahre alt, doch auch heute optimieren Dosenhersteller und die Verpackungsstahlindustrie sie und andere Weißblechverpackungen in Details konsequent weiter. Innovative Verpackungsstahlgüten sind die Grundlage; Prozess- und Geometrieanpassungen die primären Stellschrauben zur Weiterentwicklung der einzelnen Komponenten. Doch schon kleinste Änderungen am Ausgangsmaterial haben großen Einfluss auf die Verarbeitbarkeit. Maschinen und Werkzeuge müssen auf neue Materialeigenschaften angepasst werden, da nicht absehbar ist, wie sich der Verpackungsstahl unter veränderten physikalischen Bedingungen – etwa einer verringerten Dicke – verhält. Und hier kommt in der Verpackungsindustrie mit der Finiten Elemente Methode (FEM) ein neuer Ansatz ins Spiel.
thyssenkrupp Rasselstein, Deutschlands einziger Weißblechhersteller, nutzt seit mehreren Jahren die Methode, um den Einsatz innovativer Verpackungsstähle, Änderungen der Verpackungsgeometrien, sowie Dickenabsenkungen nicht wie in der Vergangenheit üblich durch aufwendige „Trial and Error“-Tests abzuprüfen, sondern virtuell und effizient über die Finite Elemente Methode (FEM) zu simulieren. Hierfür hat der deutsche Hersteller ein Team zusammengestellt, das seine Kunden im Rahmen ihrer Effizienzsteigerungen unterstützt. Optimierungen sind damit deutlich schneller und einfacher möglich.
„Die Finite Elemente-Simulation ermöglicht es, Geometrie- und Prozessoptimierungen virtuell durchzuführen. Detaillierte Beschreibungen unserer Verpackungsstähle bilden die Grundlage für Produktoptimierungen sowohl des Materials als auch – gemeinsam mit unseren Kunden – der Dosen. Mit diesem Verfahren können Optimierungen deutlich zeit- und ressourcensparender umgesetzt werden“, so Dr. Manuel Köhl, Leiter Anwendungstechnik bei der thyssenkrupp Rasselstein GmbH.
Stahl bis ins letzte Detail beschreiben
Detaillierte 3D-Vermessungen der dreiteiligen Lebensmitteldosen sind eine wichtige Grundlage zur Validierung von Simulationsergebnissen.
Quelle: thyssenkrupp Rasselstein
Für die realitätsnahe Simulation braucht es sogenannte Materialkarten des Verpackungsstahls mit präzisen und umfangreichen Beschreibungen der Materialeigenschaften. Mit der Finite Elemente Methode wissen so zum Beispiel Lebensmittel- oder Aerosoldosenhersteller bereits vor der Verarbeitung eines dünneren oder innovativen Verpackungsstahls, ob sich bestimmte Ideen auch praktisch umsetzen lassen.
„In den letzten Jahren stand bei Rasselstein die Entwicklung von hochfesten Verpackungsstählen im Vordergrund. Die hierbei entwickelte rasselstein® Solidflex-Güte ermöglicht zum Beispiel deutliche Dickenabsenkungen bei Easy Open Ends und Aerosoldosenkomponenten. Zurzeit übertragen wir diese Entwicklung auf andere Güten, die speziell für dreiteilige oder auch DWI-Dosen optimiert sind. So prüfen wir insbesondere, wie diese neuen Stähle und die hierauf optimierten Sickengeometrien weitere Dickenreduzierungen auch für diese Produktgruppe ermöglichen“, so Köhl. Die Finite Steel Elemente Methode lässt sich grundsätzlich aber auf alle Dosentypen und –komponenten wie Aerosoldosendeckel und –böden, auf Nockendrehverschlüsse oder Kronkorken anwenden.
Die Anwendungstechnik von thyssenkrupp Rasselstein verfügt über ein umfangreiches Testfeld.
Quelle: thyssenkrupp Rasselstein
Die FEM-unterstützte Entwicklung und der spätere Einsatz neuer Verpackungsstahlgüten sparen durch die hierdurch möglichen Dickenreduzierungen nicht nur Ressourcen, sondern senken auch die CO2-Emissionen beim Transport. „Zudem macht FEM die Umsetzung ganz neuer Produktideen möglich und fördert somit Innovationen in der Verpackungsbranche. Hersteller können sich mehr trauen und kreativere Lösungen erdenken“, meint Köhl.
thyssenkrupp Rasselstein erweitert derzeit seine Datenbank an verfügbaren Materialkarten und bietet die Simulation mit der Finiten Elemente Methode als Dienstleistung für seine Kunden auf internationaler Ebene an. Das hat vor allem Vorteile für mittelständische Betriebe, die keine Kapazitäten für aufwändige Berechnungen haben. „Dadurch erhalten auch kleine und mittlere Unternehmen die Möglichkeit, ohne viel Aufwand neue Designs und Optimierungen auszuprobieren. Auch Großunternehmen bieten wir validierte Materialkarten für eigene Berechnungen an, aber auch Produkt- und Prozess-Simulationen durch unsere FEM-Experten als Dienstleistung. Das spart Zeit in der Phase der Produktplanung und -entwicklung“, weiß Köhl.
Die Finite Elemente Methode wird die Branche nachhaltig prägen
Dr. Manuel Köhl, Leiter Anwendungstechnik bei der thyssenkrupp Rasselstein GmbH
Quelle: thyssenkrupp Rasselstein
Mit FEM greift thyssenkrupp Rasselstein auf eine Technologie zurück, die auch in anderen Hochleistungs-Branchen zum Einsatz kommt: „FEM wurde bisher vor allem im Automobilbereich genutzt, in der Verpackungsbranche ist die Methode hingegen neu“, so Ioana Weinand. Die Entwicklungsingenieurin ist bei thyssenkrupp Rasselstein für die Implementierung der Finite Elemente Methode in der Produktentwicklung zuständig, sowie für die Anwendung der Simulationsmöglichkeiten in internen und Kundenprojekten. Das Rasselsteiner FEM-Team wird zudem aktuell durch einen Promotionsstudenten ergänzt, der die Charakterisierung der Verpackungsstähle fundamental und wissenschaftlich in einer Kooperation mit der Universität Erlangen vorantreibt.
FEM ist zentraler Baustein einer umfassenden Digitalisierungsstrategie, mit der die thyssenkrupp Rasselstein GmbH ihre Prozesse noch effizienter und schneller macht. „Wir sind überzeugt, dass FEM die Stahl- und Verpackungsbranche nachhaltig prägen wird. Schon bald wird die Finite Elemente Methode nicht mehr wegzudenken sein. Wir werden uns dem Thema FEM daher zukünftig noch stärker widmen, weil wir bei der Weiterentwicklung dieser innovativen Technologie ganze vorne dabei sein wollen“, betont Köhl.
(st)
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