Analyse und Optimierung der mechanischen Eigenschaften von Kunststoffverpackungen für den Transport von Getränken

Abstract

Kunststoffverpackungen rücken zunehmend in den Fokus öffentlicher Diskussionen. Ein Minimalkonsens besteht darin, dass Verpackungsmüll durch die Minimierung des Materialeinsatzes für Kunststoffverpackungen vermieden werden muss. Gerade bei schweren, aber flexiblen Strukturen, wie Getränken in leichten PET-Flaschen, ist auch die Stabilität beim Transport weltweit eine anspruchsvolle Herausforderung. Diese Arbeit trägt zur Optimierung der Leichtbauweise von Verpackungskonzepten hinsichtlich ihrer Stabilität bei. Im ersten Teil dieser Arbeit werden experimentelle Methoden entwickelt, die den Vergleich und die Bewertung von Verpackungsmaterialien und Verpackungsstrukturen in Bezug auf deren mechanische Eigenschaften während des LKW-Transportes erleichtern. Neben dem Streck-Wickelprozess werden auch die Transportbedingungen im LKW sowie deren Wirkung auf Getränkepaletten in Feldversuchen analysiert. Eine zeitraffende Prüfmethode für die mechanische Charakterisierung von Paletten im Labor wird entwickelt und angewendet. Im zweiten Teil dieser Arbeit entstehen numerische Methoden, darunter ein numerisches Modell des Streck-Wickelprozesses und ein Finite Elemente (FE)-Modell der gesamten Palette. Der Erfolg der FE-gestützten Optimierung validiert das numerische Modell der Palette und damit auch die zugrundeliegenden numerischen Methoden.

Plastic packaging is increasingly becoming the focus of a public debate. A minimum consensus is that packaging waste can be avoided by minimising the use of materials for plastic packaging. Especially for heavy but flexible structures, such as beverages in lightweight PET-bottles, the stability during transportation has become a challenging requirement all over the world. This thesis contributes to the optimization of lightweight packaging concepts regarding their stability. In the first part of this thesis, experimental methods are developed that facilitate the comparison and the evaluation of packaging materials and packaging structures with regard to their mechanical properties during truck transportation. In addition to the stretch wrapping process, both the transport conditions in the truck and their effect on beverage pallets are analysed in field tests. A time-lapse test method for the mechanical characterisation of pallets in the laboratory is developed and applied. In the second part of this thesis numerical methods are developed, including a numerical model of the stretch wrapping process and a finite element (FE) model of the entire pallet. The success of the Finite-Element (FE)-supported optimization validates the numerical model of the pallet and thus the underlying numerical methods.