VERPACKEN-AKTUELL

Informationen aus der Verpackungsbranche

thyssenkrupp Rasselstein nutzt Finite Elemente Methode

Effiziente Entwicklung neuer Weißblechverpackungen

16. Juli 2021, von Susanna Stock

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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