DE102009012261A1

DE102009012261A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung und Bewertung von Reißproben verschiedener Werkstoffe und Materialien

Info

Publication number: DE102009012261A1
Application number: DE200910012261
Authority: DE
Inventors: Harald Eberhardt; Jens Labs
Original assignee: CMB AUTOMATION CO KG
Current assignee: AMK Arnold Mueller GmbH and Co KG
Priority date: 2009-03-07
Filing date: 2009-03-07
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-08
Also published as: DE102009012261B4

Abstract

Es ist bekannt, dass Aufreißverpackungen in vielen Fällen mit einer Schwächungslinie (Perforation, Laserprägung, mechanischer oder thermischer Prägung) versehen werden, um einen definierten linearen oder anders gearteten Verlauf der Reißlinie während des Aufreißens vorzugeben. Die Prüfung der Perforationsqualität, aber auch des Handhabungsverhaltens (Benutzerfreundlichkeit, etwa bei Lebensmittelverpackungen), erfolgt oft durch manuelle und somit subjektive und teure Methoden. Die Erfindung befasst sich mit der Prüfung des Rissbildungsverhaltens bei der Öffnung der genannten Verpackungen, wobei der Bewegungsablauf der menschlichen Hände beim Öffnungsvorgang technisch nachgeahmt und die bei der Durchführung der Prüfung entstehenden physikalischen (Kraft, Weg, Zeit) und visuellen (Risslinie) Daten erfasst und bewertet werden können. Die Erfindung kann etwa zur Ergänzung von oder als Ersatz für Proben, wie sie etwa fertigungsbegleitend zur Qualitätssicherung des Produktes oder bei Produkttests durchgeführt werden, eingesetzt werden.

Description

Beschreibung: Lösung des Problems bzw. der technischen Aufgabe
Zur Vereinfachung wird die Erfindung anhand der eingangs erwähnten Aufreißverpackung erläutert und im Folgenden als Prüfling bezeichnet, wobei sich das Anwendungsgebiet der Erfindung erweitern lässt (siehe Kapitel Anwendung).
Allgemeine Beschreibung des Bewegungsablaufes:
Der Bewegungsablauf der menschlichen Hände beim Zerreißen oder Aufreißen von Prüflingen lässt sich in die nachstehend beschriebenen aufeinander folgenden Abläufe untergliedern. Nach dem Greifen des Prüflings mit jeweils zwei Fingern, etwa Daumen und Zeigefinger beidseitig neben der Perforationslinie oder gewünschten Risslinie, wird der Prüfling von Fingerpaar 1 gehalten, während das Fingerpaar 2 eine Rotationsbewegung (Verdrehbewegung) ausführt, um die Folie anzureißen (Anreißvorgang). Nach erfolgreichem Anreißen entfernt sich das Fingerpaar 2 unter dem Festhalten der Folie so lange linear vom Fingerpaar 1, bis die Folie vollständig abgerissen ist (Abreißvorgang).
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand von 1 erläutert:
Mechanisch wird das Fingerpaar 1 durch einen Halter, vornehmlich eine Grundplatte (1 – 2) mit Niederhalter (1 – 3) realisiert, zwischen die der Prüfling (1 – 1) eingelegt und während des gesamten Reißvorganges fixiert wird. Vorteilhafterweise kann der Niederhalter in Position und Winkligkeit leicht verstellt und/oder mit einer schnell wechselbaren Stempelplatte (1 – 4) versehen werden. Je nach eingesetzter Stempelplatte kann der Prüfling über die gesamte Risslänge oder nur in Teilbereichen, wie etwa dem Anrissbereich fixiert werden. Demnach ist es auch möglich, einen Ein-Hand-Abreißvorgang entlang einer definierten Kante zu simulieren, wie es etwa beim Abreißen von Toilettenpapier entlang des Toilettenpapierhalters der Fall ist.
Das Fingerpaar 2 wird vornehmlich durch zwei Spannbacken (2 – 6) dargestellt, die sich wiederum an einem Kipphebel (2 – 7) befinden, der auf einem linear beweglichen Schlitten (1 – 9, 2 – 9) befestigt ist. Vorteilhafterweise können die Spannbacken mit einer Aufnahme und schnell wechselbaren Stempeln unterschiedlicher Größe und Materialbeschaffenheit versehen werden, um unterschiedliche Anwendungsfälle prüfen zu können. Vorzugsweise lässt sich die Länge des Hebelweges einstellen, um das Verhältnis zwischen Anreiß- und Abreißvorgang zu verändern. Vorzugsweise lässt sich der Kipphebel mit einem Widerstand, etwa einer Rückstellfeder, versehen, um der Anreißbewegung entgegenzuwirken. Vorzugsweise lässt sich die Linearführung frei in ihrer Winkligkeit verstellen (Drehung um die X-Achse sowie um die Z-Achse).
Die Spannbacken werden zunächst an den Prüfling angestellt und führen die Greifbewegung durch. Beim Anfahren des Schlittens bewirkt der Hebel, dass zunächst die Verdrehbewegung (Anreißen) und im Anschluss die Abreißbewegung durchgeführt werden. Beim Reißvorgang können die Parameter der Reißgeschwindigkeit und -beschleunigung vorgegeben werden. Des weiteren sorgt ein im Kipphebel integrierter Zug-Kraftsensor (2 – 7) zusammen mit einer am Schlitten integrierten Wegmessung (1 – 9; 2 – 9) für die Auswertung der entstandenen Kräfte des Reißvorganges in Abhängigkeit von Zeit und Weg.
Vorzugsweise lassen sich die Spanndrücke in Fingerpaar 1 und Fingerpaar 2 frei wählen.
Anwendungsgebiet
Neben der in der Einleitung angeführten Prüfung der Risslinie von Aufreißverpackungen kann die Erfindung im Übrigen auch Anwendung finden auf Prüfung aller Medien mit der Bestimmung, manuell nach beschriebenen Bewegungsablauf entlang einer definierten oder undefinierten Risslinie zerrissen zu werden. Hierzu zählen neben Aufreißverpackungen etwa auch Papier, Kartonagen, Kunststofffolien, Metallfolien, Verbundwerkstoffe, Textilien oder ähnliches, die beispielsweise mit einer Perforation versehen sind oder frei gerissen werden sollen. Allgemein ist das Verfahren und die Vorrichtung dazu geeignet, die Reißfestigkeit verschiedener Materialien reproduzierbar zu prüfen.
Zusammenfassung: Technische Aufgabe und Zielsetzung
Es ist bekannt, dass Aufreißverpackungen in vielen Fällen mit einer Schwächungslinie (Perforation, Laserprägung, mechanischer oder thermischer Prägung) versehen werden, um einen definierten linearen oder anders gearteten Verlauf der Reißlinie während des Aufreißens vorzugeben.
Die Prüfung der Perforationsqualität, aber auch des Handhabungsverhaltens (Benutzerfreundlichkeit, etwa bei Lebensmittelverpackungen), erfolgt oft durch manuelle und somit subjektive und teure Methoden.
Die Erfindung befasst sich mit der Prüfung des Rissbildungsverhaltens bei der Öffnung der genannten Verpackungen, wobei der Bewegungsablauf der menschlichen Hände beim Öffnungsvorgang technisch nachgeahmt und die bei der Durchführung der Prüfung entstehenden physikalischen (Kraft, Weg, Zeit) und visuellen (Risslinie) Daten erfasst und bewertet werden können. Die Erfindung kann etwa zur Ergänzung von oder als Ersatz für Proben, wie sie etwa fertigungsbegleitend zur Qualitätssicherung des Produktes oder bei Produkttests durchgeführt werden, eingesetzt werden.

1: Prüfling
2: Grundplatte
3: Niederhalter
4: Stempelplatte
5: Greiferaufhängung
6: Spannbacken
7: Kipphebel mit integrierter Kraftmesseinrichtung
8: Drehbare Lagerung des Kipphebels
9: Verfahrachse mit Wegmesssystem

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung und Bewertung von Reißproben verschiedener Werkstoffe und Materialien gemäß der in der Beschreibung angegebenen Bewegungsabläufe „Anreißen” und „Abreißen” von Papier, Pappe, Folien oder Bahnen aus Metall, Folien oder Bahnen aus Kunststoff, Geweben oder dergleichen, sowie Kombinationen aus mehreren genannten Materialien, die fest oder lose miteinander verbunden sind, und vornehmlich eine Perforationslinie oder -fläche aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass vornehmlich der eingangs beschriebene Reißvorgang der menschlichen Hände, bestehend aus den aufeinanderfolgenden Bewegungsvorgängen „Anreißen” und „Abreißen”, reproduzierbar durchgeführt, dargestellt und ausgewertet werden kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei diese aus einer Grundplatte und vornehmlich einer mechanischen (Niederhalter oder Druckstempel), pneumatischen (Vakuumhalter) oder elektrischen (Magnetplatte, statisch aufgeladene Platte) Positioniereinheit besteht, in oder auf die das zu prüfende Material definiert oder frei positionierbar ein- oder aufgelegt werden kann und entsprechend der Form und Art der verwendeten Positioniereinheit punktuell oder flächenförmig gehalten werden kann.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Bewegungsablauf (Reißprüfung) mittels eines auf einer angetriebenen Linearführung angebrachten Kipphebels mit Greifbacken zur punktuellen oder flächenförmigen Fixierung der Folie durchgeführt wird und diese Führung vorzugsweise um die X- und/oder Y-Achse (1; 2) einstellbar ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Bewegungsablauf (Reißprüfung mittels einer an einer frei beweglichen Achse (etwa Roboterarm) abgebrachten Greifvorrichtung oder eines Kipphebels mit Greifvorrichtung zur punktuellen oder flächenförmigen Fixierung der Folie durchgeführt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bestehend aus einer Kombination von mindestens zwei Baugruppen gemäß Anspruch 3 und/oder Anspruch 4.
Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Greifeinrichtungen mit wechselbaren Aufsätzen versehen sind, die geeignet sind, mit geringem Aufwand unterschiedliche Anwendungsfälle zu prüfen und die sich in Größe, Form und Materialzusammensetzung unterscheiden können.
Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die in Anspruch 3–5 eingesetzten Greifbacken durch pneumatische (Vakuumhalter) oder elektrische (Magnetplatte, statisch aufgeladene Platte) Halte- und Positioniereinrichtungen ersetzt oder ergänzt werden.
Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der bei mindestens einer der Haltevorrichtungen die Haltekraft frei wählbar und/oder veränderlich sein kann.
Verfahren und Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der Einrichtungen zur Steuerung, Regelung, Messung und/oder Visualisierung eines oder mehrerer der folgenden Parameter vorhanden sind: Verdrehwinkel, -geschwindigkeit und -beschleunigung, Linear- oder Freiformweg, -geschwindigkeit und -beschleunigung, Prozesskräfte (Zug, Druck, Scherung, Torsion), Prozesszeiten.
Verfahren und Vorrichtung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 und Anspruch 9, bei der eine Erfassung, Auswertung und/oder Speicherung der Daten erfolgt und die vornehmlich dazu geeignet ist, die erfassten Daten bewerten und vergleichen zu können.