Zusammenbaukontrolle in der Produktentwicklung Beispiel: Passgenauigkeit eines Kunststoffschraubverschlusses

Flaschen aus Polyethylenterephthalat, kurz PET-Flaschen, sind die meistverbreiteten Getränkeverpackungen. Rund ein Drittel aller Getränke weltweit wird in PET-Flaschen abgefüllt. Glasflaschen, in der Beliebtheit auf Platz zwei, haben nur einen Anteil von rund einem
Sechstel am Verpackungsmix. Die Formen von PET-Flaschen haben sich seit ihrer Einführung in den achtziger Jahren immer wieder verändert und wurden immer vielfältiger. Fortschritte in der Produktionstechnik erlaubten es, das Gewicht und den Materialverbrauch deutlich zu reduzieren. Eine individuelle Formgebung half Getränkeherstellern, ihre Produkte besser am Markt zu positionieren.

ZEISS CT-Lösungen für die Produktentwicklung
ZEISS METROTOM
ZEISS CALYPSO
ZEISS PiWeb
Erfolg:
  •  Optimierung der Materialverarbeitung
  • Schnellerer Messvorgang
  • Vereinfachte Analyse durch differenzierte Farbwiedergabe

Zusammenbaukontrolle in der Produktentwicklung

Auf den Verschluss kommt es an

Bei der Entwicklung einer neuen Flaschenform ist der Verschluss ein besonders kritischer Bereich. Er hat für die Funktion und die Sicherheit der PET-Flasche eine entscheidende Bedeutung. Die Dichtigkeit muss gewährleistet sein, um sowohl das Auslaufen des Getränks als auch das Eindringen von Keimen zu verhindern. Ein zusätzliches Sicherheitsfeauture ist der sogenannte Originalitätsring.
Dieser ist so konstruiert, dass er beim Aufdrehen der Flasche auf- oder abreißt. An einem intakten Originalitätsring können Verbraucher erkennen, dass die Flasche nach dem Abfüllen noch nicht geöffnet wurde.

Passgenauigkeit eines Kunststoffschraubverschlusses
Die Ansicht der CT-Daten mittels der Software ZEISS NEO insights zeigt, ob der Verschluss richtig auf der Flasche sitzt.
Die Ansicht der CT-Daten mittels der Software ZEISS NEO insights zeigt, ob der Verschluss richtig auf der Flasche sitzt.

Konventionelle Prüfung

Steht ein CT-Gerät nicht zur Verfügung, ist die zerstörende Prüfung ein übliches Verfahren, um die Passgenauigkeit von Verschluss und Flasche zu kontrollieren. Dabei wird die verschlossene Flasche im Bereich der Kappe in Harz eingegossen. Ausgehärtet verleiht das Harz dem eingegossenen Kunststoff Stabilität. Das ist notwendig, damit beim Zerschneiden keine Verformungen auftreten. In viele dünne Scheiben geschnitten, kann an den Schnittflächen jeweils der fehlerfreie Kontakt zwischen Verschluss und Flasche optisch geprüft werden.

Nachteile der zerstörenden Prüfung

Der größte Nachteil des geschilderten Verfahrens ist der hohe Zeitaufwand, der damit verbunden ist. Zudem ist die zerstörende Prüfung immer unvollständig: Es können nur Fehler entdeckt werden, die an den Schnittflächen auftreten. Fehler in den Zwischenbereichen bleiben verborgen. Die zweidimensionalen Schnitte ermöglichen zwar, Fehler leicht zu erkennen, jedoch fehlen Informationen über die räumliche Ausdehnung der Fehler. Wo und wie die Formwerkzeuge korrigiert werden müssen, ist nicht ohne Weiteres ersichtlich. Ein Risiko des Verfahrens liegt darin, dass sich das Harz beim Aushärten erwärmt, wodurch sich der Kunststoff verformen kann. Das Prüfergebnis wird dadurch gegebenenfalls verfälscht, weil Stellen mit ursprünglich fehlendem Kontakt durch die Wärmezufuhr wieder miteinander verbunden werden können.

Unterschiedliche Materialdichten werden genutzt, um Flasche und Verschluss farblich differenziert darzustellen.
Different material densities are used for the color display of the bottle and cap.
ZEISS METROTOM 800 130kV/225kV
ZEISS METROTOM 800 130kV/225kV

Prüfung mit ZEISS METROTOM CT

Mit einem ZEISS METROTOM CT ist es  wo und in welcher Weise die Werkzeugformenmöglich, die Qualität und die Funktion des Verschlusses im verschraubten Originalzustand zu untersuchen, ohne die Flasche zerschneiden zu müssen. Anhand der gewonnenen CT-Daten können am Computer mit der Software ZEISS NEO insights beliebige Schnitte durch den Verschluss gelegt werden, um so eine möglichst vollständige Analyse vorzunehmen. Eine frei rotierbare, halbtransparente 3-DAnsicht erleichtert die Orientierung und die Interpretation. Die unterschiedlichen Materialdichten des Verschlusses und der Flasche können zudem für eine differenzierte Farbdarstellung genutzt werden, was die Auswertung weiter vereinfacht. Die komplette dreidimensionale Visualisierung ermöglicht es,
alle Stellen am Gewinde mit fehlendem Materialkontakt und damit die Verursacher einer möglichen Undichtigkeit ausfindig zu machen. Weiterhin zeigen die verschiedenen Darstellungsweisen auch, des Schraubverschlusses oder der Flasche korrigiert werden müssen.