Forschungstitel:
Entwicklung einer neuen Simulationsmethode für die 3-dimensionale Formung von Folien bei Verpackungsvorgängen
Arbeitsgruppe: Abfüll- und Verpackungsprozesse
Forschungsstelle und wissenschaftliche Projektbetreuung:
Fraunhofer-Institut für Verpackungsmaschinen und Verpackungstechnik (AVV), Hr. B. Stephan
Finanzierung: IVLV
Laufzeit: 2013
Infolge des stetig steigenden Anspruchs an Verpackungslösungen aufgrund des sich verändernden Konsumverhaltens sind sowohl die Hersteller von Verpackungsmaschinen als auch die Maschinennutzer angehalten, Werkzeuge und Prozesse zu optimieren. Dem hohen Aufwand von Versuchen zur Optimierung von Werkzeugen und Prozessen werden oftmals Simulationen entgegengesetzt. Aktuell wird vor allem die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Simulation von Belastungsszenarien verwendet.
Den Vorzügen der FEM stehen jedoch eine Reihe von Nachteilen und Problemfeldern gegenüber, da sie vor allem im Bereich der Simulation von Folien an Grenzen stößt. Die klassische FEM-Berechnung wird hier u.a. durch Faltenbildung und große Verformungen schnell instabil. Zudem kann diese Simulationsmethode nur bedingt mit der geometrischen Komplexität bzw. Nichtlinearitäten umgehen. Eine zusätzliche Hürde sind spezielle Effekte, wie die Rissausbildung und -ausbreitung.
Neuartige Simulationsmethoden, wie sie z.B. in der Textilindustrie, aber auch in der Medizin oder Computergrafik untersucht und eingesetzt werden, liefern hierbei Ansätze zur Entwicklung neuer Simulationswerkzeuge für den Verpackungsmaschinenbau. Allen voran sei hier die Partikelsimulation genannt. Deren Einsatz in der Verpackungstechnik verspricht die Überwindung zuvor beschriebener Grenzen der FEM und damit die ganzheitliche Untersuchung komplexer Folienformvorgänge, u.a. an Folienformelementen, wie z.B. Formschultern. Allerdings besteht noch deutlicher F&E-Bedarf für eine branchenspezifische Anwendung, zu dem mit diesem IVLV Projekt ein Beitrag geleistet werden soll.
Besonders für KMU ist die Entwicklung von neuen Ansätzen zur Simulation mit einem hohen wirtschaftlichen Risiko – aber auch mit großem Nutzen – verbunden. Ziel dieses IVLV Projektes ist es daher, Potenziale, Grenzen und Entwicklungsbedarf einer neuen partikelbasierten Simulationsmethode zu identifizieren, um dann im Rahmen eines weiterführenden Projektes ein anwendungsspezifisches Simulationstool zu schaffen.
