Top-Load (Column Crush)

Die Kopflastprüfung, auch bekannt als Säulendruckprüfung, ist eine Methode zur Bewertung der Fähigkeit einer Verpackungskomponente, einer vertikalen Druckkraft standzuhalten, ohne sich zu verformen oder zu versagen. In ihrer häufigsten Form beinhaltet die Prüfung das Aufbringen einer kontrollierten Last von der Oberseite der Probe, oft einer Flasche, eines Glases, einer starren Schale oder eines ähnlichen Behälters, bis diese entweder eine bestimmte Verformung erreicht oder strukturell versagt.

Ein typischer Prüfaufbau besteht aus einem motorisierten vertikalen Prüfstand, einer Druckplatte, einer kalibrierten Kraftmessdose zur Messung der Kraft und Ausrichtungsvorrichtungen, die sicherstellen, dass die Kraft gleichmäßig entlang der vertikalen Achse des Behälters aufgebracht wird. Ziel ist es, die Druckkräfte nachzubilden, denen Verpackungen beim Verschließen, Stapeln, Transportieren oder Lagern ausgesetzt sein können.

Obwohl sie mit anderen Druckprüfungen, wie z. B. der Kistenstauchprüfung, verwandt ist, befasst sich die Top-Load-Prüfung speziell mit der Säulenfestigkeit und nicht mit der Oberflächen- oder Kantenstauchung. Dies macht sie besonders relevant für starre oder halbstarre Behälter, bei denen die axiale Belastbarkeit für die Aufrechterhaltung der Produktintegrität und -sicherheit entscheidend ist.

Normen wie ASTM D2659, EN 22872 und ISBT PTC-0002 definieren Verfahren und Leistungsmaßstäbe für die Durchführung dieser Prüfungen an Verpackungsmaterialien, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse wiederholbar und in verschiedenen Prüfumgebungen vergleichbar sind.

Die Top-Load-Prüfung spielt eine entscheidende Rolle beim Verpackungsdesign, der Qualitätssicherung und der Einhaltung von Vorschriften. Sie hilft dabei:

• Überprüfung, ob die Behälter den Druckkräften während des Verschließens standhalten, wobei das Drehmoment des Verschlusses einen erheblichen axialen Druck erzeugen kann. Beispielsweise müssen PET-Getränkeflaschen während des Verschließvorgangs 200 bis 400 N standhalten.
• Sicherstellen, dass die Verpackung beim Stapeln während der Lagerung oder des Transports intakt bleibt und sich nicht verformt oder zusammenfällt.
• Unterstützung von Initiativen zur Gewichtsreduzierung, indem die Hersteller den Materialverbrauch ohne Leistungseinbußen reduzieren können.
• Verhindern Sie kostspielige Produktschäden oder Sicherheitsrisiken, die durch Verpackungsversagen unter Last verursacht werden.
• Reduzierung von Abfall durch frühzeitige Erkennung von Design- oder Herstellungsproblemen im Produktionszyklus.

Branchen wie die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, Haushaltswaren, medizinische Verpackungen und nachhaltige Verpackungen verlassen sich alle auf Top-Load-Tests, um die Produktsicherheit zu validieren, die Verbraucherzufriedenheit zu erhöhen und branchenspezifische Normen einzuhalten.

Ausrüstung und Aufbau

Zur wesentlichen Ausrüstung für einen Top-Load-Test gehören:

• Vertikaler motorisierter Prüfstand zum Aufbringen einer Druckkraft mit kontrollierter Geschwindigkeit.
• Druckplatte oder Spannvorrichtungen zur gleichmäßigen Verteilung der Kraft auf die Oberseite der Probe.
• Kraftmessdose zur genauen Messung der aufgebrachten Kraft.
• Ausrichthilfen und Behälterstützen, um sicherzustellen, dass die Probe zentriert und stabil bleibt.

Die Geschwindigkeitskontrolle ist entscheidend. In den Prüfnormen ist die Geschwindigkeit festgelegt, mit der die Kraft aufgebracht werden sollte, um die realen Bedingungen zu simulieren. Bei der Prüfung von Flaschen ist beispielsweise häufig eine langsame, gleichmäßige Kraftanwendung erforderlich, um den Druck beim Verschließen oder Stapeln zu simulieren.

Schritt-für-Schritt-Methode

• Konditionieren Sie die Proben auf Standardtemperatur und -feuchtigkeit, um einheitliche Ergebnisse zu gewährleisten.
• Legen Sie die Probe auf die Prüfplattform oder die Haltevorrichtung und achten Sie darauf, dass sie korrekt unter der Druckplatte ausgerichtet ist.
• Stellen Sie die Prüfparameter in der Steuerungssoftware ein, einschließlich der Geschwindigkeit der Lastaufbringung und der Endpunktkriterien.
• Bringen Sie die Last vertikal mit der angegebenen Geschwindigkeit auf, bis ein Versagen oder eine vorbestimmte Verformungsgrenze erreicht ist.
• Zeichnen Sie die Spitzenlast- und Verformungswerte über die Software zur Analyse auf.
• Wiederholen Sie den Test an mehreren Proben, um die Wiederholbarkeit und statistische Zuverlässigkeit zu bewerten.

Moderne Systeme sind oft mit fortschrittlicher Steuerungssoftware integriert, die eine automatische Datenerfassung, die Live-Aufzeichnung von Kraft-Verformungs-Kurven und die sofortige Feststellung, ob die Prüfung bestanden wurde oder nicht, anhand festgelegter Kriterien ermöglicht.

Vertikale Belastung und Axialwiderstandsexpertise

Mecmesin bietet spezielle Axiallast-Testsysteme an, die häufig für PET-Flaschen, starre Schalen und biobasierte Verpackungsmaterialien wie PLA und rPET verwendet werden. Systeme wie das OmniTest und das MultiTest-dV wurden entwickelt, um präzise, wiederholbare Ergebnisse für Qualitätskontrolle, Forschung und Produktionsüberwachung zu liefern.

Standard-konform und konfigurierbar

Mecmesins Equipment unterstützt die wichtigsten Industriestandards wie ASTM D2659, EN 22872 und ISBT PTC-0002. Testrahmen und Spannzeuge können so konfiguriert werden, dass sie zu einer großen Bandbreite an Verpackungstypen und -geometrien passen, von kleinen pharmazeutischen Fläschchen bis hin zu großen Getränkeflaschen.

Präzisions-Equipment und intelligente Software

Mecmesins Prüfstände, kombiniert mit hochpräzisen Kraftmesszellen, können Kräfte von ein paar Newton bis zu mehreren Kilonewton messen. Die VectorPro-Softwareplattform ermöglicht programmierbare Routinen, Echtzeit-Grafiken, automatische Pass- oder Fail-Analysen und einen sicheren Datenexport, um die Anforderungen von Compliance und Audits zu erfüllen.

Globaler technischer Support

Über das Equipment hinaus bietet Mecmesin Beratung vor dem Verkauf, kundenspezifisches Spannzeugdesign, Kalibrierungsdienste, Bedienerschulung und weltweiten technischen Support. Dadurch wird sichergestellt, dass die Testsysteme nicht nur korrekt installiert werden, sondern auch über ihre gesamte Lebensdauer hinweg mit optimaler Leistung arbeiten.

ASTM D2659

Spezifiziert die Methode zur Bestimmung der Säulendruckfestigkeit von geblasenen thermoplastischen Behältern. Sie definiert die Parameter für Konditionierung, Ausrichtung und Lastaufbringung, um reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten.

EN 22872

Umreißt das Verfahren für die vertikale Druckprüfung von Verpackungen und Verschlüssen. Sie ist für eine Vielzahl von Behältertypen anwendbar und unterstützt die Einhaltung internationaler Qualitätsstandards.

ISBT PTC-0002

Eine freiwillige Methode, die von der International Society of Beverage Technologists entwickelt wurde. Bietet Richtlinien für das Benchmarking des axialen Widerstands von PET-Flaschen, insbesondere in der Getränkeindustrie.

Kunststoffflaschen und Verschlüsse

Bei der Herstellung von Getränken und Haushaltsprodukten ist die Prüfung der Kopflastigkeit unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Flaschen den Verschließvorgang ohne Verformung überstehen. Außerdem wird damit die Stapelfestigkeit für den Transport auf Paletten geprüft. Neben der Top-Load-Prüfung wird häufig auch eine Drehmomentprüfung durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Verschlüsse über einen längeren Zeitraum sicher bleiben.

PLA und recycelbare Materialien

Nachhaltige Verpackungsmaterialien wie PLA und recyceltes PET haben im Vergleich zu herkömmlichen Kunststoffen andere mechanische Eigenschaften. Die Toplastprüfung stellt sicher, dass diese Alternativen die Leistungsanforderungen erfüllen und gleichzeitig die Umweltziele unterstützen.

Medizinische Verpackungssysteme

Starre medizinische Schalen, Blisterverpackungen und sterile Behälter müssen verformungsbeständig sein, um Kontaminationen zu verhindern und die Sicherheit zu gewährleisten. Mit Hilfe der Top-Load-Prüfung kann sichergestellt werden, dass diese Verpackungen den vertikalen Kräften bei Lagerung, Transport und Handhabung standhalten können.

Top-Load-Tests sind ein wichtiges Maß für die Leistungsfähigkeit von Verpackungen und helfen Ingenieuren und Qualitätsteams dabei, Designs zu optimieren, Vorschriften einzuhalten und Produktsicherheit zu gewährleisten. Mecmesin bietet maßgeschneiderte Lösungen an, von Standard-Testrahmen bis hin zu kundenspezifischen Spannzeugen und Software-Konfigurationen, unterstützt durch weltweiten technischen Support. Für fachkundige Beratung bei der Auswahl des richtigen Systems für Ihre Anwendung, sprechen Sie mit einem Experten bei Mecmesin.