Prozesssimulation Etikettierung PET-Flaschen
Branche: Maschinen- und AnlagenbauFachgebiet: StrukturmechanikUntersuchung des Verformungsverhaltens von leeren, gefüllten und verschlossenen PET-Flaschen in einer Hochgeschwindigkeits-Etikettiermaschine mit Ansys LS-DYNA.
Zusammenfassung
Aufgabe
In den Hochleistungsbereichen der Etikettiertechnik kommt es bei PET-Flaschen aufgrund des geringeren E-Moduls und der im Vergleich zu Glasflaschen wesentlich dünneren Wände zu unerwünschten Verformungen. Für eine bestimmte Maschinengeschwindigkeit sind Informationen über das Verformungsverhalten bereits bei der Maschinenplanung hilfreich.
Lösung
Die quasistatische Knickanalyse der leeren Flasche mit den optimierten Parametern (Material, Geometrie und Finite Elemente) ergab eine gute Übereinstimmung des Vor- und Nachknickverhaltens mit den Testdaten. Eine ähnliche Übereinstimmung der anfänglichen Neigung und der Knicklast für eine gefüllte Flasche wurde erreicht, indem das Vorhandensein von Wasser und Luft sowie deren physikalische Eigenschaften (Kompressibilität, Trägheit und hydrostatischer Druck) in der gefüllten Flasche richtig berücksichtigt wurden.
Kundennutzen
Es wurde festgestellt, dass die seitlichen Verformungen der Flasche innerhalb der zulässigen Grenzen liegen. Somit kann ein Etikett an der richtigen Stelle angebracht werden. Außerdem wurden genaue Informationen über das Verformungsverhalten einer PET-Flasche in einer Hochgeschwindigkeits-Etikettiermaschine gewonnen.
Mit einer Leistung von 67.500 Behältern pro Stunde ist die KRONES Rundum-Etikettiermaschine Contiroll HS der Trendsetter in der Etikettiertechnik. In diesen Hochleistungsbereichen der Etikettiertechnik kommt es jedoch bei PET-Flaschen aufgrund des geringeren E-Moduls und der im Vergleich zu Glasflaschen wesentlich dünneren Wände zu unerwünschten Verformungen. Für eine bestimmte Maschinengeschwindigkeit sind Informationen über das Verformungsverhalten bereits bei der Maschinenplanung hilfreich. Um diese Informationen zu erhalten, wurden drei Untersuchungen durchgeführt.
- Top-Load-Simulation und Verifizierung der leeren PET-Flasche: Erhalt eines zuverlässigen Modells der leeren PET-Flasche
- Top-Load-Simulation und Verifizierung der gefüllten PET-Flasche: Um ein zuverlässiges Modell der gefüllten PET-Flasche zu erhalten
- Prozesssimulation der gefüllten PET-Flasche in der Hochgeschwindigkeits-Etikettiermaschine: Überprüfung des Verformungsverhaltens der PET-Flasche
Es wurde festgestellt, dass die seitlichen Verformungen der Flasche innerhalb der zulässigen Grenzen liegen. Somit kann ein Etikett an der richtigen Stelle angebracht werden. Außerdem wurden genaue Informationen über das Verformungsverhalten einer PET-Flasche in einer Hochgeschwindigkeits-Etikettiermaschine gewonnen.
Die quasistatische Knickanalyse der leeren Flasche mit den optimierten Parametern (Material, Geometrie und Finite Elemente) ergab eine gute Übereinstimmung des Vor- und Nachknickverhaltens mit den Testdaten. Eine ähnliche Übereinstimmung der anfänglichen Neigung und der Knicklast für eine gefüllte Flasche wurde erreicht, indem das Vorhandensein von Wasser und Luft sowie deren physikalische Eigenschaften (Kompressibilität, Trägheit und hydrostatischer Druck) in der gefüllten Flasche richtig berücksichtigt wurden. Da die Flasche mitsamt der Flüssigkeit in der Etikettiermaschine in 803 ms zwei Arten von Rotationen durchläuft (in Bezug auf den Tisch und in Bezug auf sich selbst), wurden die Trägheitskräfte (Zentrifugal- und Corioliskraft) mit einer geeigneten Maschinenkinematik in die Berechnung einbezogen. Das Wasser ist mit SPH-Partikel (Smoothed Particle Hydrodynamics) idealisiert abgebildet worden, um die Trägheitseffekte des Wassers genau zu erfassen.
