EP2459465A1 - Stossdämpfendes verpackungselement - Google Patents

Stossdämpfendes verpackungselement

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Publication number
EP2459465A1
EP2459465A1 EP10735015A EP10735015A EP2459465A1 EP 2459465 A1 EP2459465 A1 EP 2459465A1 EP 10735015 A EP10735015 A EP 10735015A EP 10735015 A EP10735015 A EP 10735015A EP 2459465 A1 EP2459465 A1 EP 2459465A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shock
packaging element
notch
absorbing packaging
damping
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10735015A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christof Zylla
Jens Assmann
Carsten Schips
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to EP10735015A priority Critical patent/EP2459465A1/de
Publication of EP2459465A1 publication Critical patent/EP2459465A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D81/00—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents
    • B65D81/02—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents specially adapted to protect contents from mechanical damage
    • B65D81/05—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents specially adapted to protect contents from mechanical damage maintaining contents at spaced relation from package walls, or from other contents
    • B65D81/107—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents specially adapted to protect contents from mechanical damage maintaining contents at spaced relation from package walls, or from other contents using blocks of shock-absorbing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D81/00—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents
    • B65D81/02—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents specially adapted to protect contents from mechanical damage
    • B65D81/05—Containers, packaging elements, or packages, for contents presenting particular transport or storage problems, or adapted to be used for non-packaging purposes after removal of contents specially adapted to protect contents from mechanical damage maintaining contents at spaced relation from package walls, or from other contents
    • B65D81/053—Corner, edge or end protectors

Definitions

  • the invention relates to a shock-absorbing packaging element for protecting at least one shock-sensitive Guts and a method for producing a shock-absorbing packaging element.
  • shock-absorbing packaging elements are used, for example, to avoid transport damage in sensible goods.
  • sensitive goods may be, for example, electrical appliances, machines, decorative items, wine bottles or other types of sensitive goods.
  • Shock absorbing packaging elements are known from various fields of science and technology as well as everyday life. These shock-absorbing packaging elements can be designed, for example, as trays, half-sheep, edge protectors or generally as complete or partial enclosures of the product to be packaged.
  • the Stoßdämpfende ⁇ packaging elements can be combined with other packaging elements, such as cardboard boxes.
  • a shock-sensitive good to be shipped or stored, individually or in a number of cases can first be completely or partially protected with one or more shock-absorbing packaging elements and then inserted, for example, into a cardboard box. Several such cardboard boxes can then be recombined, for example to a pallet or a container.
  • the shock-sensitive goods may be exposed to a variety of mechanical effects. These actions may include, for example, an impact on an object, a fall, or a hard element impact. This may include, for example, damage by forklift or dropping from a pallet or dropping when manually reloading. In general, therefore, the object of the shock-absorbing Verpacku ⁇ gsetti, which often protect valuable goods against mechanical overloads, for example, in shock or fall operations.
  • shock-absorbing packaging elements are on the move! tailored so that they represent optimal protection for the shock-sensitive goods for the respective case designs.
  • the shock-absorbing packaging elements provide, in particular, a cushion which depends on the dimensioning and its design can be adapted to the respective conditions a ⁇ .
  • the design of such shock-absorbing packaging elements is basically known to those skilled in the art.
  • the design can be selected depending on the goods sensitivity, transport stresses, packaged goods weight or other parameters.
  • standardized dimensioning methods for the shock-absorbing packaging elements can be used, as described for example in DIN 55471, Part 2.
  • foam-like materials are used as cushioning materials in shock-absorbing packaging elements, in particular foamed plastics.
  • Notches be designed which are cut out of the foam moldings or otherwise worked out in the preparation. For example, under a load, such as a shock or a fall, they may be deformed to 90% of their original size.
  • Another solution to the problem mentioned may consist of a combination of hard foam topcoats combined with soft foams. This is described for example in CA 2 358 165 A1.
  • a retainer for glass panels having inner surfaces made at least in part of a compressible material and outer surfaces at least partially made of a material having a greater hardness.
  • a disadvantage of this solution is that it requires a considerably more complicated production technique of the packaging. This, as well as the higher demands on the selection of materials, in many cases mean that the shock-absorbing packaging elements become unprofitable and there is an increased manufacturing effort.
  • Packaging elements and the packaged Guts can be guaranteed, at the same time comparatively low demands on the choice of materials and the possibility of cost-effective production.
  • a shock-absorbing packaging element to protect at least one shock-sensitive Guts.
  • a shock-absorbing packaging element is understood as meaning a packaging element, that is to say an element which at least partially surrounds the product to be packaged individually or in groups.
  • the packaging element should have shock-absorbing properties, ie in comparison to an unprotected Good acting on the goods forces in a mechanical load, such as a shock or a case, reduce.
  • the shock-sensitive Good can basically be designed arbitrarily, as already stated.
  • these may be electrical appliances, machines, porcelain vases or wine bottles, but also goods which in turn have packaging, such as packaged bulk or liquid goods whose outer packaging, which in turn is protected by themaschinesseiement, should not be damaged. In principle, therefore, any types of goods can be protected by the shock-absorbing packaging element.
  • the shock-absorbing packaging element comprises at least one damping body which has at least one deformable material.
  • the deformable material may have plastic and / or elastic properties which lead to a deformation of the damping body in the event of normally occurring loads, for example during loads which normally occur during transport and / or storage.
  • the damping body has at least one surface.
  • this surface may be an inner surface facing the impact-sensitive material and / or at least one outer surface opposite the inner surface, ie one Surface facing away from shock-sensitive Good have.
  • the measures described below can be realized with regard to the inner surface and / or with respect to the outer surface. Various configurations are possible.
  • the surface has a damping ribbing in at least one area.
  • a damping ribbing is basically any configuration to understand in which in the otherwise preferably substantially smooth and / or continuous surface, one or more recesses are introduced. These recesses, wherein one or more such recesses may be provided, are hereinafter also referred to as ribs or damping ribs, regardless of their actual shape.
  • a notch is a recess which has substantially no bottom, as is the case, for example, with the above-described trapezoidal, U-shaped or round recesses known in the art.
  • the notch represents a recess whose side walls, preferably exactly two or even three or four or more side walls may be provided from the surface obliquely to the surface, that is, in particular at an angle deviating from 90 ° in the damping body lost to meet there.
  • the angle at which the side walls meet is also referred to below as the point angle.
  • This Spitzen ⁇ winkel can basically have any angle ⁇ 180 °, for example, an acute angle or an obtuse angle !. Particularly preferred is an embodiment with point angles ⁇ 150 °, in particular ⁇ 120 ° and particularly advantageous ⁇ 90 °.
  • the illustrated geometry of the shock-absorbing packaging element has numerous advantages over conventional geometries. However, a combination of the described notches with conventional ribs, such as trapezoidal ribs, U-shaped ribs or round ribs, but in principle possible. In the experiments, which are shown in part below, it was shown for the first time that pointed notches, for example in the form of triangular notches, in particular in foam moldings, are more suitable as a structural element for saving volume than the geometries commonly used.
  • the surface in which the at least one pointed notch is introduced can in principle be made geometrically arbitrary, that is, for example, it may also be curved or curved or even angular. However, it is particularly preferred if this surface is designed substantially flat at least in the region of the notch. In this way, the substantially planar surface comes in contact at all or several points simultaneously with a planar mechanical body which exerts a load on the packaged product, for example a bottom surface in case loading. Starting from this earth contact is then a uniform compression in which the at least one notch can bring out their advantages shown above particularly well.
  • substantially planar a completely flat configuration can be understood, but also a configuration which deviates slightly from a planar shape, for example, deviations can occasionally be tolerated by material irregularities, for example by individual foamed grains of a foamed material Even in the planar embodiment, there is a roughness, which is due to the material properties and which should still be encompassed by the term “substantially flat”.
  • slight curvatures in the surface preferably foundations with a radius of curvature of not less than 0.2 m, can be tolerated.
  • the notch can in a sectional plane perpendicular to the surface in particular have a triangular profile, wherein the surface or its continuation within the notch may form a side of the triangle, which is opposite to the apex angle.
  • the pointed notch may in particular have the shape of an elongate groove with a triangular profile.
  • this groove can extend linearly, for example parallel to an edge of the packaging element and / or to packaging goods.
  • a curved course of the groove is also possible in principle. It can also be provided a plurality of grooves, for example, a plurality of parallel, elongate grooves.
  • a shape of a punctiform depression with a triangular profile can be provided.
  • this can be a depression with a cross-section that is substantially rectangular, in particular square, in a viewing direction on the surface.
  • the groove may be provided, which, starting from the surface, obliquely to the surface into the damping body into it to meet there, for example, in a line or a point at one or more point angles.
  • one and the same notch can also have several point angles, depending on the orientation of the section plane.
  • such a punctiform depression can thus have the shape of a pyramid and / or a tetrahedron and / or a prism.
  • the pointed notch preferably has a substantially triangular profile in at least one cutting plane perpendicular to the surface.
  • substantially a slight deviation from this triangular profile, in particular in the region of the deepest point of the pointed notch within the damping body, can also be tolerated If foamed plastics are used, for example, as explained in more detail below, which in many cases have a granular structure and, for example, be made from pre-expanded particles, it may be the case that such pre-expanded particles come to lie exactly in the region of the point of the notch.
  • Such deviations from the triangular geometry which typically include disturbances of the order of no more than 6 mm
  • the sidewalls of the pointed notch, together with a third side to be completed for example a continuous continuation of the surface, but preferably a triangular-shaped geometry, can exhibit this triangular profile may be formed substantially isosceles, for example, so that the notch preferably forms an isosceles triangle in
  • the at least one pointed notch can be used at different locations on the surface.
  • this at least one pointed notch may be disposed on the at least one inner surface facing the impact-sensitive good.
  • the damping ribbing with the at least one pointed notch can also be arranged on the outer surface, that is to say the surface facing away from the shock-sensitive good to be protected.
  • Various configurations are possible.
  • the deformable material which forms the damping body and / or is part of the damping body, in particular comprising at least one foamed plastic and / or be a foamed plastic
  • the foamed plastic may comprise one or more of the following plastics: a polystyrene; a polyethylene; a polypropylene,
  • EPS Expandanded Polystyrene
  • An advantage of the proposed shock-absorbing packaging element is precisely that such non-elasticized foams can be used because the tendency to cracking according to the invention by selecting a suitable geometry is reduced.
  • EPS is distinguished from elasticized foams in that it has a comparatively high energy absorption.
  • the foamed plastic can be produced from prefoamed particles.
  • prefoamed particles may, for example, on average have a particle size between 2 and 6 mm, preferably between 3 and 4 mm.
  • disturbances that is to say deviations from a pointed shape, can also be provided in the size of one or more particles which signify a deviation from this perfect pointed notch shape. These are exceptions.
  • shock-absorbing packing member in one or more of the above-described embodiments, there is further provided a method of manufacturing a shock-absorbing packing member for protecting at least one shock-absorbing member
  • it may be a shock-absorbing
  • Embodiments act, so that for possible embodiments of the shock-absorbing packaging element in the above description or to the following
  • the shock-absorbing packaging element has at least one damping body with at least one deformable material.
  • the damping body in turn has at least one surface and is configured in the method such that the surface has a damping ribbing in at least one area.
  • This damping beripu ⁇ g comprises at least one pointed notch in the damping body.
  • the damping ribbing can be designed according to conventional construction methods and can form an important element for load distribution in order to guarantee a uniform setting of the foam pad, in particular under impact loading.
  • Ko ⁇ struktionshabilit for planning the damping ribbing for example, refer to DIN 55471, Part 2.
  • to determine a dimensioning of the at least one pointed notch for example, first of all a desired cushioning surface be determined.
  • the cushion surface is the surface of the damping ribbing, with which this actually rests on a flat support surface.
  • the cushion surface is reduced due to the recesses by the damping ribbing in the Regge over the entire surface, so that a uniform surface pressure is obtained in degreessfali.
  • the padding surface can be determined for example from the Schaumstoffroh Why, the Packguta, an assumed drop height and a shock factor or a packaged goods sensitivity with the help of standardized or predetermined by the manufacturer of the deformable materials upholstery diagrams.
  • the damping body may then be designed such that it is in at least one surface In this way, with the aid of the pointed notches, the entire surface can be reduced to the desired padding surface since corresponding notches are provided by the pointed notches.
  • the desired cushion surface of one or more of the following variables: a known bulk density of the damping body, a Packguta the shock-sensitive Guts; ei an assumed case height; a packaged goods sensitivity; a cushion thickness.
  • the determination of the desired cushion surface can be carried out according to standardized methods, in particular according to DIN 55471. Even if no optimization is carried out, in particular no exact calculation of the desired cushion surface, it is generally possible by the provision of the pointed notches to reduce the weight of the damping body and thus save material, without increasing the crack formation under load.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a conventional shock-absorbing
  • FIGS. 2A are identical to FIGS. 2A.
  • FIGS. 3A are identical to FIGS. 3A.
  • Fig. 5A shows a notch according to the invention and Figs. 5B to 5E show other non-inventive configurations of the recesses;
  • FIGS. 6A are identical to FIGS. 6A.
  • FIGS. 6A to 6E show geometrical embodiments of test specimens of a second test series, wherein FIG. 6A again shows a notched groove according to the invention and FIGS. 6B to 6E show other embodiments of recesses not according to the invention.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a conventional shock-absorbing packaging element 10
  • FIGS. 2A and 2B show two different ones
  • FIGS. 2A and 2B are intended to further clarify that the selection of different pointed notch geometries can realize differently sized recesses on the shock-absorbing packaging element 110, whereby the requirements for packaging design can be met.
  • the shock-damped packaging elements are arranged to protect at least one shock-sensitive material 112, which is only indicated in the figures, from mechanical stresses, such as, for example, a shock or a fall.
  • the shock-absorbing packaging elements 110 have a damping body 114 made of a deformable material, for example EPS.
  • the damping body 1 14 has a surface 116 which can be roughly subdivided, for example, into an inner surface 1 18 facing the impact-sensitive material 112 and an outer surface 120 opposite the inner surface 118.
  • the surface 1 16 has a damping ribbing 122 to improve the shock-absorbing properties and / or to reduce the weight of the damping body 1 14.
  • this damping ribbing 122 is provided only in the outer surface 120, but in an analogous manner, alternatively or additionally, the inner surface 118 could also have such a damping ribbing 120.
  • the outer surface is, without limitation, possible other embodiments in the illustrated embodiments substantially planar and here, for example, parallel to the inner surface 1 18.
  • the Dämpfungsberippung 122 each includes recesses 124 in the surface 116. These recesses are in the state of Technology corresponding embodiment according to Figure 1 designed trapezoidal. In the embodiments according to the invention in Figures 2A and 2B, however, these recesses 124 are configured in the form of pointed notches 126. These pointed notches 126 each comprise side walls 128 extending from the surface 116, which extend at an angle to one another and meet at a point angle, which is denoted by ⁇ in FIG. 2A by way of example.
  • the side walls 128 may preferably be flat, but may in principle also have a slight curvature. For example, these may run curved convex toward the recess 124. However, a flat configuration is preferred.
  • FIGS. 2A and 2B differ only with regard to the number of pointed notches 126 and / or tip angle ⁇ and / or the depth of the pointed notches 126.
  • a pad thickness and / or a pad surface can be set, for example by the Number of the notches 126 and the tip angle ⁇ is specified by how much the outer surface 120 is reduced by the recesses 124 to the actual pad area.
  • These Sizes thus represent design factors, for example in the adjustment of the cushion surface and the adaptation to a desired cushion surface.
  • FIGS. 5A to 5E and FIGS. 6A to 6E These different geometries are shown in FIGS. 5A to 5E and FIGS. 6A to 6E.
  • the data in these figures are in each case the dimensions in millimeters.
  • the indication R in each case designates a radius, also indicated in millimeters.
  • the series Ka which is shown in FIGS. 5A to 5E, comprises test bodies each having the same volume of approximately 95 ml.
  • the test body shown in FIG. 5A and having a pointed notch according to the invention is denoted by Ka 1
  • the test specimens are not - inventive recesses in Figures 5B to 5E with Ka2, Ka3, Ka4 and Ka5.
  • the series Kb which is shown in FIGS. 6A to 6E, includes test specimens with the same volume of approximately 106.5 ml. Due to the manufacturing tolerances, the volume, as well as in the series Ka 1 , can be approximately ⁇ 2 fluctuate.
  • the sample bodies with the pointed notch-shaped recess according to the invention are designated Kb1 in FIG. 6A, and the sample bodies with the non-inventive cutouts in FIGS. 6B to 6E with Kb2, Kb3, Kb4 and Kb5.
  • each number designates the shape of the recess, where 1 stands for a triangle, 2 denotes a trapezoid, 3 a trapezoid with round arch, 4 a round arch and 5 a rectangle. All test specimens are shown in Figures 5A to 6E each with dimensions.
  • FIGS. 3A and 4A respectively denote the non-compressed state before the test, FIGS. 3A and 3B the compressed state, and FIGS. 3C and 4C the test specimen after the compression test.
  • Table 2 Notched specimens with a constant volume of approx. 106.5 ml Tables 1 and 2 summarize the results of the above measurement.
  • Table 1 shows the series Ka in FIGS. 5A to 5E 1
  • Table 2 shows measurement results of the series Kb according to FIGS. 6A to 6E.
  • foam blocks having the described geometries made from expanded granules as described below were also used.
  • the expandable granules described below with water vapor in a prefoamer to foam particles were prefoamed and processed in a mold to form EPS foam blocks according to the geometries shown above.
  • the expandable granules were prepared by a melt impregnation process.
  • the recipe included polystyrene (PS 158K, BASF, 71, 0 phr), polyolefins (LLDPE 1201 XV, Exxon Mobil, 13.0 phr, Engage 841 1, DOW, 7.0 phr), styrenic copolymers (Kraton G 1650E, Kraton Polymers, 2.5 phr; Styrolux 3G55, BASF, 6.0 phr) and talc, added as concentrate granules in polystyrene (50 wt% talc Luzenac Pharma in PS 158K, 1.0 phr).
  • the melt was transferred to a series of static mixers and heat exchangers, and the physical blowing agent isopentane (purity 95%, Haitermann, 6.5 phr) was added to the first static mixer. Due to the mixer design, the blowing agent was dissolved in the melt and the mixture was cooled. The throughput was 70 kg / h in total.
  • the entire mixture was pressurized via an inlet pressure controlled gear pump (inlet pressure 40 bar) installed at the extruder exit to a bypass valve and an electrically heated die for granulating the material (die head diameter 0.6 mm, 49 die head diameter). Holes, die plate temperature about 270 0 C) to flow through.
  • the die plate design was chosen to ensure a Newtonian wall shear rate of at least 15,000 / s, in this case about 20,000 / s.
  • the Newtonian wall shear rate f w Newton was calculated
  • n f is the number of nozzle head holes
  • ⁇ m is the density of the melt
  • d is the nozzle head hole diameter.
  • the material was granulated in the presence of water pressure (about 8 bar) at a water temperature of about 45 ° C.
  • the melting temperature immediately before the granulation was about 203 0 C.
  • the resulting die head outlet pressure of the melt was about 200 bar.
  • the mean final particle size of the expandable granules was approximately 1.25 mm, as determined by an ongoing sieve analysis.
  • shock-absorbing packaging element 1 shock-sensitive material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Buffer Packaging (AREA)

Abstract

Es wird ein stoßdämpfendes Verpackungselement (110) zum Schutz mindestens eines stoßempfindlichen Guts (112) vorgeschlagen. Das stoßdämpfende Verpackungselement (110) umfasst mindestens einen Dämpfungskörper (114). Der Dämpfungskörper (114) weist mindestens ein verformbares Material auf. Der Dämpfungskörper (114) weist weiterhin mindestens eine Oberfläche (116) auf, welche in mindestens einem Bereich eine Dämpfungsberippung (122) aufweist. Die Dämpfungsberippung (122) umfasst mindestens eine Spitzkerbe (126) in dem Dämpfungskörper (114).

Description

Stoßdämpfendes Verpackungselement Beschreibung Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein stoßdämpfendes Verpackungselement zum Schutz mindestens eines stoßempfindlichen Guts sowie ein Verfahren zur Herstellung eines stoßdämpfenden Verpackungselements. Derartige stoßdämpfende Verpackungselemente werden beispielsweise eingesetzt, um Transportschäden bei empfindiichen Gütern zu vermeiden. Bei diesen empfindlichen Gütern kann es sich beispielsweise um Elektrogeräte, Maschinen, dekorative Gegenstände, Weinflaschen oder andere Arten von empfindlichem Gut handeln.
Stand der Technik
Aus verschiedenen Bereichen der Naturwissenschaften und Technik sowie des täglichen Lebens sind stoßdämpfende Verpackungselemente bekannt. Diese stoßdämpfenden Verpackungselemente können beispielsweise als Schalen, Halbschafen, Kantenschutze oder allgemein als vollständige oder teilweise Umhüllungen des zu verpackenden Guts ausgestaltet sein. Die stoßdämpfendeπ Verpackungselemente können dabei mit weiteren Verpackungselementen kombiniert werden, beispielsweise mit Pappkartons. So kann beispielsweise ein zu versendendes oder zu lagerndes, stoßempfindliches Gut einzeln oder zu mehreren zunächst vollständig oder teilweise mit einem oder mehreren stoßdämpfenden Verpackungselementen geschützt und anschließend beispielsweise in einen Pappkarton eingefügt werden. Mehrere derartiger Pappkartons können dann erneut zusammengefasst werden, beispielsweise zu einer Palette oder einem Container.
Beim Transport oder Lagerung können die stoßempfindlichen Güter dabei einer Vielzahl von mechanischen Einwirkungen ausgesetzt sein. Diese Einwirkungen können beispielsweise einen Aufprall auf einen Gegenstand, einen Fall oder ein Anstoßen an ein hartes Element umfassen. Dies kann beispielsweise eine Beschädigung durch Gabelstapler oder ein Herunterfallen von einer Palette oder ein Fallenlassen beim händischen Umladen umfassen. Allgemein ist also die Aufgabe der stoßdämpfenden Verpackuπgselemente, die oft wertvollen Güter gegenüber mechanischen Überlastungen, beispielsweise bei Stoß- oder Fallvorgängen, zu schützen.
Zu diesem Zweck werden stoßdämpfende Verpackungselemente in der Rege! derart maßgeschneidert, dass diese für die jeweiligen Fallgestaltungen einen optimalen Schutz für die stoßempfindlichen Güter darstellen. Die stoßdämpfenden Verpackuπgselemente stellen insbesondere ein Polster bereit, welches von der Dimensionierung und von seinem Design her an die jeweiligen Bedingungen aπgepasst sein kann. Das Design derartiger stoßdämpfender Verpackungselemente ist dabei grundsätzlich dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann das Design je nach Packgutempfindlichkeit, Transportbeanspruchungen, Packgutgewicht oder anderen Parametern gewählt werden. Dabei können beispielsweise genormte Dimensionierungsverfahren für die stoßdämpfenden Verpackungselemente eingesetzt werden, wie sie beispielsweise in DIN 55471 , Teil 2, beschrieben werden.
In vielen Fällen werden als Polstermaterialien in stoßdämpfenden Verpackungselementen schaumförmige Materialien eingesetzt, insbesondere geschäumte Kunststoffe. Um bei derartigen Schaumstoffverpackungen Volumen und damit Materia! einzusparen und um somit Gewicht und Kosten zu reduzieren, werden in der Praxis Aussparungen an den
Schaumstoffformteilen der stoßdämpfenden Verpackungselemente eingeplant. Als konstruktive Aussparungen kommen dabei vorwiegend trapezförmige, rechteckige, rundbogenförmige oder anders gestaltete Aussparungen oder Kombinationen der genannten Geometrien infrage. Die genannten Aussparungen können beispielsweise als
Kerben ausgestaltet sein, die aus den Schaumstoffformteilen herausgeschnitten oder auf andere Weise bereits bei der Herstellung herausgearbeitet sind. Bei einer Belastung, beispielsweise durch einen Stoß oder einen Fall, können diese beispielsweise bis auf 90 % ihrer Ursprungsgröße deformiert werden.
Eine Problematik dabei besteht darin, dass bei derartigen Deformationen der Schaumstoffformteile die auftretenden Zug- und Biegungskräfte zu inneren Spannungen führen, die zum Einreißen der Verpackung führen können. Bei erneuter Belastung kann die Schaumstoffverpackung so stark durch Bruch beschädigt sein, dass ihre Schutzfunktion als Energieabsorber verloren geht. Hohe Belastungen treten insbesondere bei Stößen gegen die Ecken eines verpackten Guts auf. Dies ist beispielsweise aus EP 1 357 056 A1 , welcher ein spezielles Eckprofil für den Stoß- und Lastschutz an den Ecken von verpackten Gegenständen offenbart, bekannt. Auch bei den dort beschriebenen Verpackungselementen kann jedoch grundsätzlich eine mechanische Überbelastung eintreten, insbesondere bei einer erneuten Belastung des verpackten Gutes. Besonders bei sprödem EPS (Expanded Polystyrene, geschäumtes Polystyrol), einem typischen geschäumten Kunststoff zur Verwendung in der Verpackungsindustrie, kann der Verlust an struktureller Integrität zum Verlust der energieabsorbierenden Eigenschaften des Schaumstoffs führen. Damit kann es zu einer Beschädigung des verpackten Guts kommen.
Eine Möglichkeit, dem Verlust an struktureller Integrität entgegenzuwirken, besteht in der Verwendung spezieller Materialien. So lassen sich beispielsweise anstelle von EPS rissbeständigere, elastifizierte Schaumstoffe einsetzen, wie beispielsweise EPP (Expanded Polypropylene, expandiertes Polypropylen). Dies ist beispielsweise in DE 296 08 026 U1 beschrieben. Dort wird eine flexible EPP-Ecke offenbart, welche zum Schutz von elektronischen oder artgleichen Geräten in Verpackung dienen kann. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass die genannten, elastifizierten Schaumstoffe im Vergleich beispielsweise zu EPS erheblich teurer sind und zudem in der Regel eine geringere Energieabsorption aufweisen.
Eine weitere Lösung der genannten Problematik kann in einer Kombination von harten Schaumstoffdeckschichten, kombiniert mit weichen Schaumstoffen, bestehen. Dies ist beispielsweise in CA 2 358 165 A1 beschrieben. Dort wird ein Rückhalteelement für Glasplatten offenbart, welches innere Oberflächen aufweist, die zumindest teilweise aus einem kompressiblen Material hergestellt sind, und äußere Oberflächen, welche zumindest teilweise aus einem Material mit einer größeren Härte hergestellt sind. Nachteilig an dieser Lösung ist jedoch, dass diese eine erheblich aufwändigere Fertigungstechnik der Verpackung erfordert. Dies sowie die höheren Anforderungen an die Materialauswahl führen in vielen Fällen dazu, dass die stoßdämpfenden Verpackungselemente unrentabel werden und ein erhöhter Fertigungsaufwand besteht.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stoßdämpfendes Verpackungselement sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, welche die
Nachteile bekannter stoßdämpfender Verpackungselemente und Herstellungsverfahren vermeiden. Insbesondere soll eine strukturelle Integrität auch bei mehrfacher Belastung der
Verpackungselemente und des verpackten Guts gewährleistet werden können, bei gleichzeitig vergleichsweise geringen Anforderungen an die Materialauswahl und der Möglichkeit einer kostengünstigen Herstellung.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein stoßdämpfendes Verpackungselement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines stoßdämpfenden Verpackungselements, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt. Die Erfindung basiert auf einer Mehrzahl von Rissbildungsuntersuchung an herkömmlichen Verpackungselementen, bei welchen unter standardisierten Bedingungen Beschädigungen untersucht wurden, wie sie insbesondere bei dynamischen Fallbelastungen auftreten können. Wie oben ausgeführt, können derartige Erstbeschädigungen bei erneuter Belastung dazu führen, dass die stoßdämpfenden Verpackungselemente vollständig ihre Funktion verlieren. Dabei wurde überraschenderweise gefunden, dass gerade herkömmliche geometrische Gestaltungen von Verpackungselementen zu einer vergleichsweise hohen Rissbildung neigen. Bei derartigen herkömmlichen Verpackungseiementen werden häufig, wie oben ausgeführt, Aussparungen, insbesondere in Form von Rippen, verwendet, welche einen trapezförmigen, rundbogeπförmigen, rechteckigen oder runden Querschnitt oder Kombinationen der genannten Geometrien als Grundfläche aufweisen. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass derartige Geometrien bei Belastung durch Stauchung mehr oder weniger stark zur Rissbildung neigen und somit zum Verlust der strukturellen Integrität der stoßdämpfenden Verpackungselemente, insbesondere von Schaumstoffformteilen, führen können. Überraschenderweise wurde jedoch herausgefunden, dass Kerben mit einer dreieckigen Grundfläche hervorragende geometrische Elemente zur Volumeneinsparung darstellen können, insbesondere in Schaumstoffverpackungen, ohne bei Belastung durch Stauchung selbst einzureißen. Selbst bei hohen Stauchungen von bis zu 90 % wurde bei derartigen Geometrien kein Einreißen der Prüfkörper festgestellt.
Es wird also ein stoßdämpfendes Verpackungselement zum Schutz mindestens eines stoßempfindlichen Guts vorgeschlagen. Unter einem stoßdämpfenden Verpackungselement wird dabei ein Verpackungselement verstanden, also ein Element, welches das zu verpackende Gut einzeln oder in Gruppen zumindest teilweise umschließt. Beispielsweise können auch mehrere gleichartige oder verschiedenartige Verpackungselemente zusammengefasst werden, um das Gut zu schützen. Dabei soll das Verpackungselement stoßdämpfende Eigenschaften aufweisen, also im Vergleich zu einem ungeschützten Gut auf das Gut wirkende Kräfte bei einer mechanischen Belastung, wie beispielsweise einem Stoß oder einem Fall, vermindern. Das stoßempfindliche Gut kann dabei grundsätzlich beliebig gestaltet sein, wie eingangs bereits ausgeführt. Beispielsweise kann es sich dabei um Elektrogeräte, Maschinen, Porzellanvasen oder Weinflaschen handeln, jedoch auch um Güter, welche ihrerseits eine Verpackung aufweisen, wie beispielsweise verpacktes Schüttgut oder flüssige Güter, deren Umverpackungen, die ihrerseits durch das Verpackungseiement geschützt sind, nicht beschädigt werden sollen. Grundsätzlich sind somit beliebige Arten von Gütern durch das stoßdämpfende Verpackungselement schützbar.
Das stoßdämpfende Verpackungselement umfasst mindestens einen Dämpfungskörper, der mindestens ein verformbares Material aufweist. Insbesondere kann das verformbare Material plastische und/oder elastische Eigenschaften aufweisen, die mit einer Verformung des Dämpfungskörpers bei üblicherweise auftretenden Belastungen, beispielsweise bei üblicherweise beim Transport und/oder der Lagerung auftretenden Belastungen, führen.
Der Dämpfungskörper weist mindestens eine Oberfläche auf. Beispielsweise kann diese Oberfläche eine dem stoßempfindlichen Gut zuweisende innere Oberfläche und/oder mindestens eine der inneren Oberfläche gegenüberliegende äußere Oberfläche, also eine Oberfläche, die vom stoßempfindlichen Gut wegweist, aufweisen. Die im Folgenden beschriebenen Maßnahmen können hinsichtlich der inneren Oberfläche und/oder hinsichtlich der äußeren Oberfläche realisiert werden. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich.
Die Oberfläche weist in mindestens einem Bereich eine Dämpfungsberippung auf. Unter einer Dämpfungsberippung ist dabei grundsätzlich eine beliebige Ausgestaltung zu verstehen, bei welcher in die ansonsten vorzugsweise im Wesentlichen glatte und/oder stetige Oberfläche eine oder mehrere Aussparungen eingebracht sind. Diese Aussparungen, wobei eine oder mehrere derartiger Aussparungen vorgesehen sein können, werden im Folgenden auch als Rippen oder Dämpfungsrippen bezeichnet, unabhängig von deren tatsächlicher Gestalt.
Wie oben bereits ausgeführt, werden die oben beschriebenen experimentellen Erkenntnisse dadurch umgesetzt, dass die Dämpfungsberippung mindestens eine Spitzkerbe in dem Dämpfungskörper umfasst. Bei einer Spitzkerbe handelt es sich um eine Aussparung, welche im Wesentlichen keinen Boden aufweist, wie dies beispielsweise bei den oben beschriebenen trapezförmigen, U-förmigen oder runden Aussparungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, der Fall ist. Stattdessen stellt die Spitzkerbe eine Aussparung dar, deren Seitenwände, wobei vorzugsweise genau zwei oder auch drei oder vier oder mehr Seitenwände vorgesehen sein können, von der Oberfläche aus schräg zur Oberfläche, das heißt insbesondere unter einem von 90° abweichenden Winkel, in den Dämpfungskörper hinein verlaufen, um sich dort zu treffen. Der Winkel, unter welchem die Seitenwände sich treffen, wird im Folgenden auch als Spitzenwinkel bezeichnet. Dieser Spitzeπwinkel kann grundsätzlich einen beliebigen Winkel < 180° aufweisen, beispielsweise einen spitzen Winkel oder auch einen stumpfen Winke!. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung mit Spitzenwinkeln < 150°, insbesondere < 120° und besonders vorteilhaft < 90°. Die dargestellte Geometrie des stoßdämpfenden Verpackungselements weist gegenüber herkömmlichen Geometrien zahlreiche Vorteile auf. Auch eine Kombination der beschriebenen Spitzkerben mit üblichen Rippen, beispielsweise trapezförmigen Rippen, U- förmigen Rippen oder runden Rippen, ist jedoch grundsätzlich möglich. Bei den Versuchen, welche unten teilweise dargestellt werden, konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass Spitzkerben, beispielsweise in Form von Dreieckskerben, insbesondere in Schaumstoffformteilen, als konstruktives Element zur Volumeneinsparung besser geeignet sind als die üblicherweise verwendeten Geometrien. Insbesondere konnte gezeigt werden, dass auch bei sehr hohen Stauchungen ein Einreißen der Schaumstoffprüfkörper verhindert wurde, so dass auch eine mehrfache Belastung nicht zum Funktionsverlust der stoßdämpfenden Verpackungselemente führen sollte. Diese Wirkung ist insofern überraschend, als Spitzkerben, insbesondere mit einer dreieckigen Grundfläche, normalerweise bei kompakten Materialien zur gezielten Risserzeugung eingebracht werden. Als Beispiele dienen hierbei die künstlich eingebrachten Spitz- oder V-Kerben bei der Kerbschiagzähigkeitsprüfung nach Charpy, wie sie beispielsweise in DiN EN 10045 beschrieben sind. Ohne die Erfindung durch diese Theorie zu beschränken, kann vermutet werden, dass im vorliegenden Fall die Verhinderung der Rissbildung auf die Schaumstruktur der verwendeten Prüfkörper zurückgeführt werden kann, welche sich aus Schaumstoffzellen zusammensetzte. In diesen kann insbesondere ein anderer Rissausbreϊtungsmechanismus als bei kompakten Materialien vorliegen, so dass eine Spitzkerbe, insbesondere eine Dreieckskerbe, bei Belastung von Vorteil ist. Auch in anderen Materialien können sich diese Vorteile jedoch grundsätzlich realisieren lassen.
Die dargestellte Erfindung kann auf verschiedene Weisen vorteilhaft weitergebildet werden. So kann, wie oben ausgeführt, die Oberfläche, in welcher die mindestens eine Spitzkerbe eingebracht ist, grundsätzlich geometrisch beliebig ausgestaltet werden, also beispielsweise auch gekrümmt oder gebogen oder sogar eckig ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn diese Oberfläche zumindest im Bereich der Spitzkerbe im Wesentlichen eben ausgestaltet ist. Auf diese Weise kommt die im Wesentlichen ebene Oberfläche an allen oder mehreren Punkten gleichzeitig mit einem ebenen mechanischen Körper, welcher eine Belastung auf das verpackte Gut ausübt, in Kontakt, beispielsweise einer Bodenfläche bei einer Fallbelastung. Ausgehend von diesem Erdkontakt erfolgt dann eine gleichmäßige Kompression, in welcher die mindestens eine Spitzkerbe ihre oben dargestellten Vorteile besonders gut zur Geltung bringen kann.
Unter„im Wesentlichen eben" kann dabei eine vollständig ebene Ausgestaltung verstanden werden, jedoch auch eine Ausgestaltung, welche geringfügig von einer ebenen Form abweicht. Beispielsweise können punktuell Abweichungen durch Werkstoff- Unregelmäßigkeiten toleriert werden, beispielsweise durch einzelne aufgeschäumte Körner eines geschäumten Werkstoffs. Allgemein kann auch bei der ebenen Ausgestaltung eine Rauigkeit vorliegen, welche auf die Werkstoffeigenschaften zurückzuführen ist und welche noch vom Begriff „im Wesentlichen eben" umfasst sein soll. Zudem können grundsätzlich auch leichte Krümmungen in der Oberfläche, vorzugsweise Gründungen mit einem Krümmungsradius von nicht weniger als 0,2 m, toleriert werden.
Die Spitzkerbe kann in einer Schnittebene senkrecht zur Oberfläche insbesondere ein dreieckförmiges Profil aufweisen, wobei die Oberfläche bzw. deren Fortsetzung innerhalb der Spitzkerbe eine Seite des Dreiecks bilden kann, weicher der Spitzenwinkel gegenüberliegt. Die Spitzkerbe kann insbesondere die Form einer langgestreckten Nut mit dreieckförmigem Profil aufweisen. Diese Nut kann insbesondere linear verlaufen, beispielsweise parallel zu einer Kante des Verpackungselements und/oder des zu verpackenden Guts. Auch ein gekrümmter Verlauf der Nut ist jedoch grundsätzlich möglich. Es kann auch eine Mehrzahl von Nuten vorgesehen sein, beispielsweise eine Mehrzahl von parallelen, langgestreckten Nuten. Alternativ oder zusätzlich zur Ausgestaltung der Spitzkerbe als Nut kommt jedoch auch eine andere Ausgestaltung der Spitzkerbe in Betracht. Beispielsweise kann eine Form einer punktuellen Vertiefung mit dreieckförmigem Profil vorgesehen sein. Beispielsweise kann dies eine Vertiefung mit einem in einer Blickrichtung auf die Oberfläche im Wesentlichen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt sein. In diesem Fall können beispielsweise vier Seiteπwände der Nut vorgesehen sein, welche, ausgehend von der Oberfläche, schräg zu der Oberfläche in den Dämpfungskörper hinein verlaufen, um sich dort beispielsweise in einer Linie oder einem Punkt unter einem oder mehreren Spitzenwinkeln zu treffen. Somit kann ein und dieselbe Spitzkerbe auch mehrere Spitzenwinkel aufweisen, je nach Ausrichtung der Schnittebene. Insbesondere kann eine derartige punktuelle Vertiefung also die Form einer Pyramide und/oder eines Tetraeders und/oder eines Prismas aufweisen.
Die Spitzkerbe weist in zumindest einer Schnittebene senkrecht zu der Oberfläche vorzugsweise im Wesentlichen ein dreieckiges Profil auf. Unter„im Wesentlichen" ist dabei auch eine leichte Abweichung von diesem dreieckigen Profil, insbesondere im Bereich des tiefsten Punkts der Spitzkerbe innerhalb des Dämpfungskörpers, tolerierbar. Werden beispielsweise, wie unten noch näher ausgeführt, geschäumte Kunststoffe eingesetzt, welche in vielen Fällen granulär aufgebaut sind und beispielsweise aus vorgeschäumten Partikeln gefertigt werden, so kann der Fall eintreten, dass ein derartiges vorgeschäumtes Partikel exakt im Bereich der Spitze der Spitzkerbe zu liegen kommt. Derartige Abweichungen von der Dreiecksgeometrie, welche typischerweise Störungen in der Größenordung von nicht mehr als 6 mm umfassen, können jedoch grundsätzlich noch toleriert werden. Insgesamt sollen die Seitenwände der Spitzkerbe, gemeinsam mit einer zu ergänzenden dritten Seite, beispielsweise einer stetigen Fortsetzung der Oberfläche, jedoch vorzugsweise eine dreiecksförmige Geometrie aufweisen. Dieses dreieckige Profil kann dabei vorzugsweise im Wesentlichen gleichschenklig ausgebildet sein, so dass die Spitzkerbe vorzugsweise im Schnitt ein gleichschenkliges Dreieck bildet.
Wie oben bereits erwähnt, kann die mindestens eine Spitzkerbe an verschiedenen Orten der Oberfläche eingesetzt werden. Insbesondere kann diese mindestens eine Spitzkerbe auf der dem stoßempfindlichen Gut zuweisenden mindestens einen inneren Oberfläche angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Dämpfungsberippung mit der mindestens einen Spitzkerbe jedoch auch auf der äußeren Oberfläche, also der von dem zu schützenden, stoßempfindlichen Gut wegweisenden Oberfläche, angeordnet sein. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich. Wie oben bereits mehrfach angesprochen, kann das verformbare Material, weiches den Dämpfungskörper bildet und/oder Bestandteil des Dämpfungskörpers ist, insbesondere mindestens einen geschäumten Kunststoff umfassen und/oder ein geschäumter Kunststoff sein, insbesondere kann der geschäumte Kunststoff einen oder mehrere der folgenden Kunststoffe umfassen: ein Polystyrol; ein Polyethylen; ein Polypropylen, Besonders bevorzugt ist es, wenn nicht-elastifizierte, kostengünstige geschäumte Kunststoffe eingesetzt werden, wie beispielsweise Polystyrol in Form von EPS (Expanded Polystyrene). Ein Vorteil des vorgeschlagenen stoßdämpfenden Verpackungselements besteht gerade darin, dass derartige nicht-elastifizierte Schaumstoffe eingesetzt werden können, da die Neigung zu Rissbildung erfindungsgemäß Durchwahl einer geeigneten Geometrie verringert wird. Gleichzeitig zeichnet sich EPS gegenüber elastifizierten Schaumstoffen dadurch aus, dass dieses eine vergleichsweise hohe Energieabsorption aufweist.
Insbesondere kann der geschäumte Kunststoff herstellbar sein aus vorgeschäumten Partikeln. Diese vorgeschäumten Partikel können beispielsweise im Mittel eine Partikelgröße zwischen 2 und 6 mm aufweisen, vorzugsweise zwischen 3 und 4 mm. Entsprechend können auch Störungen, das heißt Abweichungen von einer spitzen Form, in der Größe eines oder mehrerer Partikel vorgesehen sein, welche eine Abweichung von dieser perfekten Spitzkerbenform bedeuten. Diese stellen jedoch Ausnahmen dar.
Neben dem stoßdämpfenden Verpackungselement in einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines stoßdämpfenden Verpackungselements zum Schutz mindestens eines stoßdämpfenden
Guts vorgeschlagen. Insbesondere kann es sich dabei um ein stoßdämpfendes
Verpackungselement gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen
Ausführungsformen handeln, so dass für mögliche Ausgestaltungen des stoßdämpfenden Verpackungselements auf die obige Beschreibung oder auch auf die nachfolgende
Beschreibung von Ausführungsbeispielen verwiesen werden kann.
Das stoßdämpfende Verpackungselement weist mindestens einen Dämpfungskörper mit mindestens einem verformbaren Material auf. Der Dämpfungskörper seinerseits weist mindestens eine Oberfläche auf und wird bei dem Verfahren derart ausgestaltet, dass die Oberfläche in mindestens einem Bereich eine Dämpfungsberippung aufweist. Diese Dämpfungsberippuπg umfasst mindestens eine Spitzkerbe in dem Dämpfungskörper.
Die Dämpfungsberippung kann nach üblichen Konstruktionsverfahren ausgestaltet werden und kann ein ein wichtiges Element zur Lastverteilung bilden, um ein gleichmäßiges Setzen des Schaumstoffpolsters, insbesondere bei Stoßbelastung, zu garantieren. Bezüglich derartiger üblicher Koπstruktionsverfahren zur Planung der Dämpfungsberippung kann beispielsweise auf DIN 55471 , Teil 2 verwiesen werden. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann zur Bestimmung einer Dimensionierung der mindestens einen Spitzkerbe beispielsweise zunächst eine gewünschte Polsterfläche bestimmt werden. Die Polsterfläche ist dabei die Oberfläche der Dämpfungsberippung, mit welcher diese tatsächlich auf einer ebenen Auflagefläche aufliegt. Die Polsterfläche ist aufgrund der Aussparungen durch die Dämpfungsberippung in der Regei gegenüber der gesamten Oberfläche reduziert, damit eine gleichmäßige Flächenpressung im Belastungsfali erhalten wird. Die Polsterfläche kann beispielsweise aus der Schaumstoffrohdichte, dem Packgutgewicht, einer angenommenen Fallhöhe und einem Stoßfaktor bzw. einer Packgutempfindlichkeit unter Zuhilfenahme von standardisierten oder vom Hersteller der verformbaren Materialien vorgegebenen Polsterdiagrammen bestimmt werden. Beispielsweise kann diesbezüglich auf die Broschüre „Styropor® - Dimensionierung von stoßdämpfenden Schaumstoffverpackungen", Technische Informationen, Dezember 2005, erhältlich von der BASF SE, 67056 Ludwigshafen, Deutschland, verwiesen werden. Anschließend kann der Dämpfungskörper derart ausgestaltet werden, dass dieser in mindestens einer Oberfläche mindestens eine Spitzkerbe aufweist, wobei die Spitzkerbe derart dimensioniert wird, dass eine Polsterfläche der Oberfläche der gewünschten Polsterfläche entspricht. Auf diese Weise kann unter Zuhilfenahme der Spitzkerben also die gesamte Oberfläche zu der gewünschten Polsterfiäche reduziert werden, da durch die Spitzkerben entsprechende Aussparungen bereitgestellt werden. Insgesamt ist es also, wie oben dargestellt, bevorzugt, die gewünschte Polsterfläche aus einer oder mehreren der folgenden Größen zu bestimmen: einer bekannten Rohdichte des Dämpfungskörpers; einem Packgutgewicht des stoßempfindlichen Guts; einer anzunehmenden Fallhöhe; einer Packgutempfindlichkeit; einer Polsterdicke. Die Bestimmung der gewünschten Polsterfläche kann nach genormten Verfahren erfolgen, insbesondere nach DIN 55471 . Auch wenn keine Optimierung durchgeführt wird, insbesondere keine exakte Berechnung der gewünschten Polsterfläche, so kann allgemein durch das Vorsehen der Spitzkerben eine Gewichtsreduktion des Dämpfungskörpers und damit einer Materialeinsparung erfolgen, ohne die Rissbiidung im Belastungsfall zu erhöhen.
Insgesamt iässt sich mittels dem vorgeschlagenen Verfahren also ein stoßdämpfendes Verpackungselement erzeugen, welches auf kostengünstige Materialien zurückgreifen kann, insbesondere auf Materialien mit hoher Energieabsorption, wobei gleichzeitig durch die vorgeschlagene mindestens eine Spitzkerbe konstruktiv eine erhöhte Rissbeständigkeit erzielt wird als bei üblichen Aussparungen mit trapezförmiger, rundbogenförmiger, rechteckiger oder runder Geometrie.
Kurze Beschreibung der Figuren Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, insbesondere in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente.
Im Einzelnen zeigen: Figur 1 eine Schnittdarstellung eines herkömmlichen stoßdämpfenden
Verpackungseiements mit einer Dämpfungsberippung mit Trapezprofii;
Figuren 2A
und 2B erfindungsgemäße Ausgestaltungen eines stoßdämpfenden
Verpackungselements mit einer Dämpfungsberippung mit Spitzkerben;
Figuren 3A
bis 3C Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Stauchungsversuchen an einem
Prüfkörper mit erfindungsgemäßer Spitzkerbe;
Figuren 4 A
bis 4C Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von Stauchungsversuchen an einem
Referenzkörper mit trapezförmiger Aussparung; Figuren 5A
bis 5E Geometrien verschiedener Prüfkörper für eine erste Versuchsserie, wobei Figur
5A eine erfindungsgemäße Spitzkerbe zeigt und wobei die Figuren 5B bis 5E andere, nicht erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Aussparungen zeigen; und
Figuren 6A
bis 6E geometrische Ausgestaltungen von Prüfkörpern einer zweiten Versuchsserie, wobei Figur 6A wiederum eine erfindungsgemäße Spitzkerbe zeigt und wobei die Figuren 6B bis 6E andere, nicht erfindungsgemäße Ausgestaltungen von Aussparungen zeigen.
Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines herkömmlichen stoßdämpfenden Verpackungselements 1 10 gezeigt, wohingegen die Figuren 2A und 2B zwei verschiedene
Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer stoßdämpfender Verpackungselemente zeigen. Die Figuren 2A und 2B sollen weiterhin verdeutlichen, dass durch die Wahl unterschiedlicher Spitzkerbengeometrien unterschiedlich große Aussparungen am stoßdämpfenden Verpackungselement 110 realisiert werden können, wodurch den Anforderungen bei der Verpackungsauslegung nachgekommen werden kann.
Die stoßdämpfeπden Verpackungselemente sind eingerichtet, um mindestens ein stoßempfindliches Gut 112, welches in den Figuren lediglich angedeutet ist, vor mechanischen Belastungen, wie beispielsweise durch einen Stoß oder einen Fall, zu schützen. Zu diesem Zweck weisen die stoßdämpfenden Verpackungselemente 110 einen Dämpfungskörper 114 aus einem verformbaren Material auf, beispielsweise EPS.
Der Dämpfungskörper 1 14 weist eine Oberfläche 116 auf, welche grob unterteilt werden kann beispielsweise in eine innere, dem stoßempfindlichen Gut 112 zuweisende Oberfläche 1 18 und eine der inneren Oberfläche 118 gegenüberliegende äußere Oberfläche 120.
Die Oberfläche 1 16 weist zur Verbesserung der stoßdämpfenden Eigenschaften und/oder zur Gewichtsreduktion des Dämpfungskörpers 1 14 eine Dämpfungsberippung 122 auf. Diese Dämpfungsberippung 122 ist im dargestellten Fail lediglich in der äußeren Oberfläche 120 vorgesehen, wobei jedoch in analoger Weise, alternativ oder zusätzlich, auch die innere Oberfläche 118 eine derartige Dämpfungsberippung 120 aufweisen könnte.
Die äußere Oberfläche ist dabei, ohne Beschränkung möglicher anderer Ausgestaltungen, in den dargestellten Ausführungsbeispielen im Wesentlichen eben ausgestaltet und hier beispielsweise parallel zur inneren Oberfläche 1 18. Die Dämpfungsberippung 122 umfasst jeweils Aussparungen 124 in der Oberfläche 116. Diese Aussparungen sind bei dem dem Stand der Technik entsprechenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 trapezförmig ausgestaltet. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung in den Figuren 2A und 2B hingegen sind diese Aussparungen 124 in Form von Spitzkerben 126 ausgestaltet. Diese Spitzkerben 126 umfassen jeweils von der Oberfläche 116 ausgehende Seitenwäπde 128, welche unter einem Winkel zueinander verlaufen und sich unter einem Spitzenwinkel, welcher in Figur 2A exemplarisch mit α bezeichnet ist, treffen. Die Seitenwände 128 können vorzugsweise eben ausgestaltet sein, können jedoch grundsätzlich auch eine leichte Krümmung aufweisen. Beispielsweise können diese konvex hin zur Aussparung 124 gekrümmt verlaufen. Bevorzugt ist jedoch eine ebene Ausgestaltung.
Die Ausführungsbeispiele in den Figuren 2A und 2B unterscheiden sich lediglich hinsichtlich der Anzahl der Spitzkerben 126 und/oder Spitzenwinkels α und/oder der Tiefe der Spitzkerben 126. Mittels dieser Parameter kann beispielsweise eine Polsterdicke und/oder eine Polsterfläche eingestellt werden, da beispielsweise durch die Anzahl der Spitzkerben 126 und durch den Spitzenwinkel α vorgegeben wird, um wie viel die äußere Oberfläche 120 durch die Aussparungen 124 zur eigentlichen Polsterfläche reduziert wird. Diese Größen stellen also Designfaktoren beispielsweise bei der Einstellung der Polsterfläche und der Anpassung an eine gewünschte Polsterfläche dar.
Zur Überprüfung der Wirksamkeit der Verbesserung des stoßdämpfenden Verpackungselements 1 10 durch Verwendung von Spitzkerben 126 anstelle von anderen Geometrien, wie beispielsweise den in Figur 1 dargestellten herkömmlichen trapezförmigen Aussparungen 124, wurden verschiedene Vergleichsversuche durchgeführt.
Aus einem EPS-Schaumstoffblock (Styropor P 226 der Firma BASF SE, Dichte 20 g/l) wurden 10 Schaumstoffwürfel mit einer Kantenlänge von 5 cm und einem Volumen von 125 ml herausgeschnitten. Diese Schaumstoffwürfel wurden anschließend je zur Hälfte auf zwei Serien Ka und Kb aufgeteilt und Kerben unterschiedlicher Geometrie herausgeschnitten.
Diese unterschiedlichen Geometrien sind in den Figuren 5A bis 5E und den Figuren 6A bis 6E dargestellt. Die Angaben in diesen Figuren stellen jeweils die Dimensionen in Millimetern dar. Die Angabe R bezeichnet dabei jeweils einen Radius, ebenfalls angegeben in Millimetern.
Die Serie Ka, welche in den Figuren 5A bis 5E dargestellt ist, umfasst Probekörper mit jeweils gleichem Volumen von ca. 95 ml. Zur Vereinfachung wird der in Figur 5A dargestellte, eine erfindungsgemäße Spitzkerbe aufweisende Probekörper mit Ka 1 bezeichnet, und die Probekörper mit nicht-erfindungsgemäßen Aussparungen in den Figuren 5B bis 5E mit Ka2, Ka3, Ka4 und Ka5. In analoger Weise umfasst die Serie Kb, welcher in den Figuren 6A bis 6E dargestellt ist, Probekörper mit gleichem Volumen von ca. 106,5 ml. Aufgrund der Fertigungstoleranzen kann das Volumen, wie auch in der Serie Ka1 um jeweils ca. ± 2 ml schwanken. In analoger Weise werden im Folgenden zur Vereinfachung der Probenkörper mit der erfindungsgemäßen spitzkerbenförmigen Aussparung in Figur 6A mit Kb1 bezeichnet, und die Probenkörper mit den nicht-erfindungsgemäßen Aussparungen in den Figuren 6B bis 6E mit Kb2, Kb3, Kb4 und Kb5. Insgesamt bezeichnet also in den Bezeichnungen jeweils die Nummer die Form der Aussparung, wobei 1 für ein Dreieck steht, 2 ein Trapez bezeichnet, 3 ein Trapez mit Rundbogen, 4 einen Rundbogen und 5 ein Rechteck. Alle Prüfkörper sind den Figuren 5A bis 6E jeweils mit Bemaßung dargestellt.
Für die Versuche wurden die gekerbten Prüfkörper nach EN ISO 4651 bei 23°C mit einer Fallmasse von 8,26 kg und einer Prüfgeschwindigkeit von 3,83 m/s bei einem Stoßfaktor G1 also einem Verhältnis von Fallhöhe h zu Dicke der Probe d von 15 bis auf ca. 90 % der Ursprungsgröße gestaucht. Während der Stauchung der Prüfkörper wurde der zeitliche Verlauf des Kraft-Weg-Diagramms aufgezeichnet. Alle Versuche wurden zusätzlich mit einer Hochgeschwindigkeitskamera bei 500 Bildern pro Sekunde gefilmt. Exemplarisch sind zwei Beispiele dieser Filmaufnahmen in Bildsequenzen in den Figuren 3A bis 3C und 4A bis 4C dargestellt. Dabei zeigen die Figuren 3A bis 3C Stauchversuche am Prüfkörper Kb1 mit der erfindungsgemäßen Spitzkerbe, wohingegen die Figuren 4A bis 4C Stauchversuche an einem Prüfkörper mit nicht-erfindungsgemäßer Aussparung vom Typ Kb2 zeigen. Die Figuren 3A und 4A bezeichnen dabei jeweils den nicht-gestauchten Zustand vor dem Versuch, die Figuren 3A und 3B den gestauchten Zustand, und die Figuren 3C und 4C den Prüfkörper nach dem Stauchversuch.
Deutlich ist dabei zu erkennen, dass bei dem Prüfkörper mit der nicht-erfindungsgemäßen, trapezförmigen Aussparung in den Figuren 4A bis 4C bei der Stauchung ein Einreißen stattfindet. Die Risse im Prüfkörper sind in den Figuren 4B und 4C mit der Bezugziffer 130 bezeichnet. Beim Prüfkörper 3A bis 3C, welcher eine erfindungsgemäße Spitzkerben- Aussparung aufweist, ist hingegen keinerlei derartige Rissbildung zu verzeichnen. Der Zeitpunkt des Einreißens wurde aus den Hochgeschwindigkeitsfilmen bestimmt, wodurch aus den Kraft-Weg-Diagrammen die zugehörige Energieaufnahme bis zum Riss zugeordnet wurde. Dies erfolgte durch eine Integration über die Kurve des Kraft-Weg-Diagramms.
Tabelle 1: Gekerbte Prüfkörper mit einem konstanten Volumen von ca. 95 ml
Tabelle 2: Gekerbte Prüfkörper mit einem konstanten Volumen von ca. 106,5 ml In den Tabellen 1 und 2 sind die Ergebnisse der genannten Messung zusammengefasst. Dabei zeigt Tabelle 1 die Serie Ka in den Figuren 5A bis 5E1 und Tabelle 2 zeigt Messergebnisse der Serie Kb gemäß den Figuren 6A bis 6E. Diese Ergebnisse zeigen deutlich, dass aus allen möglichen Geometrien überraschenderweise die erfindungsgemäßen Spitzkerben (Proben Ka1 und Kb1 ) keine Rissbildung aufweisen. Wie oben dargestellt, ist dieses Ergebnis überraschend, da Spitzkerben gerade zur Kerbschlagzähigkeitsprüfung zur gezielten Risserzeugung eingesetzt werden. Die aufgeführten Versuche zeigen jedoch, dass dieses Vorurteil gegenüber einer Spitzkerbe- Geometrie, insbesondere bei Dämpfungskörpern aus Schaumstoffen, unbegründet ist, und dass sich derartige Spitzkerben-Geometrien sogar gegenüber anderen Geometrien auszeichnen. Auch bei einem bereits einmalig gestauchten Prüfkörper, wie beispielsweise dem in Figur 3C dargestellten Prüfkörper mit der erfindungsgemäßen Spitzkerbengeometrie, an eine erneute Belastung erfolgen, ohne dass das stoßdämpfende Verpackungselement in nennenswertem Maße seine Funktion eingebüßt hat und/oder ohne dass dieses einer Bruchgefahr unterliegt. Die bereits mit Rissen 130 behafteten gestauchten Probenkörper können jedoch bei einer erneuten Belastung zu Brüchen führen, so dass derartige Prüfkörper ihre Funktion vollständig einbüßen können und somit für eine mehrmalige Belastung ungeeignet sind.
Als Alternative zu den oben beschriebenen EPS-Schaumstoffblöcken aus Styropor P 226 wurden auch Schaumstoffblöcke mit den beschriebenen Geometrien verwendet, die aus expandierten Granulaten gemäß der nachfolgenden Beschreibung hergestellt wurden. Hierzu wurden die im Folgenden beschriebenen expandierbaren Granulate mit Wasserdampf in einem Vorschäumer zu Schaumstoffpartikeln vorgeschäumt und in einer Form zu EPS-Schaumstoffblöcken gemäß der oben dargestellten Geometrien verarbeitet.
Die expandierbaren Granulate wurden hergestellt mittels eines Schmelz- Imprägnierungsprozesses. Das Rezept umfasste dabei Polystyrol (PS 158K, BASF, 71 ,0 phr), Polyolefine (LLDPE 1201 XV, Exxon Mobil, 13,0 phr; Engage 841 1 , DOW, 7,0 phr), styrolische Copolymere (Kraton G 1650E, Kraton Polymers, 2,5 phr; Styrolux 3G55, BASF, 6,0 phr) und Talkum, hinzugefügt als Koπzentratgranulat in Polystyrol (50 Gew.-% Talkum Luzenac Pharma in PS 158K, 1 ,0 phr). Alle Bestandteile sind angegeben als Gewichtsbasierte Werte als "phr" (parts per hundred, Anteile pro Hundert). Aufgrund dieses Vorgehens kann die Mischung 100 phr überschreiten. Anschließend wurden die Polymere sowie die Talkum-Beschickung mittels eines Kaltfütter-Extrudierverfahrens in einen co- rotierenden Zwillingsgewinde-Extruder (Berstorff, Gewindedurchmesser 40 mm, Gewindeiänge 42 D) eingeführt, wobei Kraton G1650E entweder mittels eines Kaltfütter- Extrudierverfahrens zugegeben wurde, oder, alternativ, mittels eines Zwillingsgewinde- Zuführers direkt den bereits geschmolzenen Polymeren beigegeben wurde. Der Extruder wurde bei einer Gewindegeschwindigkeit von ungefähr 200 rpm betrieben. Aufgrund des Gewindedesigns wurden alle Polymere geschmolzen, und die weiteren Bestandteile wurden homogen in die Schmelze inkorporiert. Nachfolgend wurde die Schmelze in eine Reihe von statischen Mischern und Wärmetauschern transferiert, und das physikalische Treibmittel Isopentan (Reinheit 95 %, Haitermann, 6,5 phr) wurde in den ersten statischen Mischer zugegeben. Aufgrund des Mischerdesigns wurde das Treibmittel in der Schmelze gelöst, und die Mischung wurde abgekühlt. Der Durchsatz betrug insgesamt 70 kg/h.
Die gesamte Mischung wurde mit Druck beaufschlagt über eine Einlassdruck-gesteuerte Getriebepumpe {Einlassdruck 40 bar), welche an dem Extruderausgang installiert war, um ein Bypassventil und eine elektrisch geheizte Matrize zum Granulieren des Materials (Düsenkopf-Durchmesser 0,6 mm, 49 Düsenkopf-Löcher, Matrizenplatten-Temperatur ungefähr 2700C) zu durchströmen. Das Matrizenplatten-Design wurde ausgewählt, um eine Newtonsche Wand-Scherrate von minimal 15000/s sicherzustellen, im vorliegenden Fall ungefähr 20000/s. Dabei wurde die Newtonsche Wand-Scherrate fw Newton berechnet zu
Dabei bezeichnet m den gesamten Massendurchsatz, nf die Anzahl der Düsenkopf- Löcher, ρm die Dichte der Schmelze, und d den Düsenkopf-Lochdurchmesser. Das Material wurde granuliert in Gegenwart von Wasserdruck (ungefähr 8 bar), bei einer Wassertemperatur von ungefähr 45°C. Die Schmelztemperatur unmittelbar vor der Granulierung betrug ungefähr 2030C. Der resultierende Düsenkopf-Austrittsdruck der Schmelze betrug ungefähr 200 bar. Die mittlere endgültige Partikelgröße der expandierbaren Granulate betrug ungefähr 1 ,25 mm, wie durch eine laufende Siebanalyse ermittelt wurde.
Bezugszeicheπliste
1 10 stoßdämpfendes Verpackungselement 1 12 stoßempfindliches Gut
1 14 Dämpfungskörper
1 16 Oberfläche
1 18 innere Oberfläche
120 äußere Oberfläche
122 Dämpfungsberippung
124 Aussparungen
126 Spitzkerben
128 Seitenwände
130 Riss

Claims

Patentansprüche
1. Stoßdämpfendes Verpackungselement (1 10) zum Schutz mindestens eines
stoßempfindlichen Guts (112), umfassend mindestens einen Dämpfungskörper (114), wobei der Dämpfungskörper (1 14) mindestens ein verformbares Material aufweist, wobei der Dämpfungskörper (1 14) mindestens eine Oberfläche (116) aufweist, wobei die Oberfläche (116) in mindestens einem Bereich eine Dämpfungsberippung (122) aufweist, wobei die Dämpfungsberippung (122) mindestens eine Spitzkerbe (126) in dem Dämpfungskörper (114) umfasst.
2. Stoßdämpfendes Verpackungselement (1 10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Oberfläche (1 16) zumindest im Bereich der Spitzkerbe (126) im
Wesentlichen eben ausgestaltet ist.
3. Stoßdämpfendes Verpackungselement (1 10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Spitzkerbe (126) eine oder mehrere der folgenden Formen aufweist: eine Form einer langgestreckten Nut mit dreieckförmigem Profil,
insbesondere einer linear verlaufenden Nut; eine Form einer punktuellen Vertiefung mit dreieckförmigem Profil.
4. Stoßdämpfendes Verpackungselement (1 10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Spitzkerbe (126) in zumindest einer Schnittebene senkrecht zu der Oberfläche (1 16) ein im Wesentlichen dreieckiges Profil aufweist.
5. Stoßdämpfendes Verpackungselement (1 10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das dreieckige Profil im Wesentlichen gleichschenklig ausgebildet ist.
6. Stoßdämpfendes Verpackungselement (110) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Oberfläche (1 16) mindestens eine dem stoßempfindlichen Gut
(112) zuweisende innere Oberfläche (118) und mindestens eine der inneren
Oberfläche (118) gegenüberliegende äußere Oberfläche (120) aufweist, wobei die Spitzkerbe (126) in die innere Oberfläche (118) und/oder die äußere Oberfläche (120) eingebracht ist.
7. Stoßdämpfendes Verpackungselement (110) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche wobei die Spitzkerbe (126) einen Spitzenwinkel aufweist, welcher kleiner ist als 150°, vorzugsweise kleiner als 120° und besonders bevorzugt kleiner als 90°.
8. Stoßdämpfendes Verpackungselement (110) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei das verformbare Material mindestens einen geschäumten
Kunststoff umfasst.
9. Stoßdämpfeπdes Verpackungselement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der geschäumte Kunststoff einen oder mehrere der folgenden Kunststoffe umfasst: ein Polystryrol; ein Polyethylen; ein Polypropylen.
10. Stoßdämpfendes Verpackungseiement (110) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei der geschäumte Kunststoff herstellbar ist aus vorgeschäumten Partikeln.
11. Stoßdämpfendes Verpackungselement (1 10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die vorgeschäumten Partikel im Mittel eine Partikelgröße zwischen 2 und 6 mm aufweisen, vorzugsweise zwischen 3 und 4 mm.
12. Verfahren zur Herstellung eines stoßdämpfenden Verpackungselements (110) zum Schutz mindestens eines stoßempfindlichen Guts (1 12), insbesondere eines stoßdämpfenden Verpackungselements (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das stoßdämpfende Verpackungselement (110) mindestens einen Dämpfungskörper (114) mit mindestens einem verformbaren Material aufweist, wobei der Dämpfungskörper (114) mindestens eine Oberfläche (1 16) aufweist, wobei der Dämpfungskörper (114) derart ausgestaltet wird, dass die Oberfläche (116) in mindestens einem Bereich eine Dämpfungsberippung (122) aufweist, wobei die Dämpfungsberippung (122) mindestens eine Spitzkerbe (126) in dem
Dämpfungskörper (114) umfasst.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zur Bestimmung einer
Dimensionierung der Spitzkerbe (126) eine gewünschte Polsterfläche bestimmt wird, wobei der Dämpfungskörper (114) derart ausgestaltet wird, dass dieser in mindestens einer Oberfläche (116) mindestens eine Spitzkerbe (126) aufweist, wobei die
Spitzkerbe (126) derart dimensioniert wird, dass eine Polsterfläche der Oberfläche (116) der gewünschten Polsterfläche entspricht.
14. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die gewünschte Polsterfläche aus einer oder mehreren der folgenden Größen bestimmt wird: einer bekannten Rohdichte des Dämpfungskörpers (1 14); einem Packgutgewicht des
stoßempfindlichen Guts (112); einer anzunehmenden Fallhöhe; einer
Packgutempfindlichkeit; einer Polsterdicke.
15. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der gewünschten Polsterfläche nach DIN 55471 erfolgt.
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