Tiefziehen oder Thermoformen

Tiefziehen ist eine bewährte und hochentwickelte Technik zur Herstellung von Tellern, Schalen und ähnlichen Produkten aus Karton. Dieses Verfahren stellt jedoch hohe Anforderungen an den eingesetzten Karton. Auch andere Materialien wie u. a. Papier und Metall (Aluminium) können tiefgezogen werden.

Unter der Voraussetzung, dass der Karton sehr fest ist und bei allen relevanten Parametern gleichbleibende Werte aufweist, ist das Tiefziehen heute das wirtschaftlichste Verfahren zur Massenproduktion funktionaler und ansprechender Verbraucherverpackungen. Die Technik gewährleistet sehr hohe Produktionsraten und dementsprechend niedrige Produktionskosten.

Wird der Karton vor dem Tiefziehen bedruckt, steigert sich die verkaufsfördernde Wirkung des fertigen Produkts. Mit Hilfe des Tiefziehverfahrens können Behälter mit den unterschiedlichsten Größen und Formen hergestellt werden. Dazu gehören zum Beispiel runde Behälter oder Behälter mit mehreren Vertiefungen. So entstehen Teller aus Karton, die herkömmlichem Essgeschirr aus Porzellan sehr ähnlich sind.

Der für das Tiefziehen verwendete Karton ist in der Regel mit Kunststoff beschichtet. Ein breites Spektrum an Kunst-stofffolien steht für unterschiedlichste Einsatzbereiche zur Verfügung. Für Pappteller wird meist PE/PP-beschichteter Karton verwendet. Eine interessante Neuentwicklung ist die Anwendung von PET-beschichtetem Karton für Tiefzieh-/Pressschalen mit einer oder mehreren Vertiefungen. Einsatzbereiche für diese Schalen sind:
• Backschalen für Pizza
• Schalen für Kuchen oder Fertigbackmischungen
• Schalen mit einer oder mehreren Vertiefungen für Fertigge-richte, die in der Mikrowelle oder im Backofen erwärmt werden können.

Für Behälter, die im Tiefziehverfahren hergestellt werden, lassen sich verschiedene Arten von Verschlüssen verwenden:
• Kunststoffbeschichtete Kartondeckel, die am Rand aufgesiegelt werden. Häufig ist der Deckel geritzt, um das Öffnen zu erleichtern.
• Durchsichtige Kunststofffolie wird am Rand aufgesiegelt. In diesem Fall werden häufig Aufreißöffnungen verwendet.
• Durchsichtige Schnappverschlüsse, die ein Wiederverschließen ermöglichen.

Beschreibung des Tiefziehwerkzeugs und -verfahrens

Als Tiefziehen bezeichnet man das Umformen von Karton in starre Hohlkörper, die zum Teil mehrere Vertiefungen aufweisen. Die Tiefe der Umformung wird durch Kartoneigenschaften wie Reißfestigkeit und hohe Bruchdehnung bestimmt.

Um den Gebrauch der Schale zu erleichtern, sind Kartonbe-hälter häufig mit einem Rand versehen, der gleichzeitig die Steifigkeit verbessert. Dies ist wichtig, weil die Steifigkeit in den gerillten und geformten Zonen geringer ist.

Als Ausgangsmaterial wird beim Tiefziehen häufig einseitig kunststoffbeschichteter Karton verwendet. Beim Druck wird das Material von der Rolle zugeführt und nach dem Bedrucken wieder aufgerollt.

Je nach Tiefe der Schalen wird das Formverfahren in einem oder zwei Schritten durchgeführt.

Ein normaler Teller ist ca. 25 mm tief. Die Formung erfolgt in einem Arbeitsgang, eine Vorbefeuchtung ist nicht erforderlich. Die maximale Vertiefung beträgt zwischen 45 und 50 mm und wird in zwei Schritten erzielt. Die Abbildung weiter unten zeigt, wie ein Teller in einem einstufigen Formverfahren hergestellt wird.


Multifunktionale Verpackung.


Kartonschale. Klicken zum Vergrößern.

Der Karton wird in runde Zuschnitte geschnitten, die der Maschine zugeführt werden. In diesem Fall dauert der Pressvorgang zwei Sekunden. Das Werkzeug hat eine Temperatur von 80 °C. Der gebrauchsfertige Teller wird aus dem Werkzeug herausgedrückt, und der nächste Kartonzuschnitt wird zugeführt.

In einem zweistufigen Verfahren wird ein zweites Werkzeug erhitzt, um die Form zu festigen (vergleichbar mit dem Bügeln eines Hemdes). Beim Vorbefeuchten wird der Karton durch Zugabe von Wasser auf einen Gesamtfeuchtigkeitsgehalt von bis zu 13 % gebracht. Die Rollen werden zur Konditionierung in Kunststoff verpackt und anschließend gestanzt, gerillt und tiefgezogen.

Abschließend werden die Kanten beschnitten, um saubere und gleichmäßige Ränder zu gewährleisten.

Wichtige Kartoneigenschaften

Jede Kartonsorte verhält sich beim Tiefziehen anders. Einige allgemeine Hinweise zum Tiefziehen mit zwei herkömmlichen Kartonsorten sind der nachstehenden Tabelle zu entnehmen. Bei pigmentgestrichenem Karton sollte das Strichgewicht möglichst gering sein, um Rissbildung an der Oberfläche während der Formung weitestgehend zu vermeiden. Ferner ist zu beachten, dass die Strichrezeptur ein unproblematisches Ausformen des Produktes aus dem heißen Formwerkzeug ermöglichen muss.

Wichtige Eigenschaften

Da beim Tiefziehen eine mechanische Verformung erfolgt, sind folgende Eigenschaften von entscheidender Bedeutung:
• fester, zäher Karton mit hoher Bruchdehnung
• hohe Reißfestigkeit
• Hygiene und Geruchsneutralität
• sehr gute Adhäsion der Kunststoffbeschichtung.

Dicke

Das Thermoformverfahren hängt hauptsächlich von drei Parametern ab: Druck, Verweilzeit in der Pressstufe und ausreichende Wärmeübertragung. Diese Parameter lassen sich individuell einstellen, sind jedoch voneinander abhängig.


Tiefziehwerkzeug für einen runden Teller.


Pressvorgang. Klicken zum Vergrößern.


Kartonsorte
  Tiefziehverhalten
Vollgebleichter Zellstoffkarton (reiner Zellstoff)   Geeignet für sämtliche Anwendungen, auch große Vertiefungen.
Chromokarton (Holzstoff in der Mittellage)   Am besten geeignet für kleine Vertiefungen, ansonsten besteht das Risiko der Delaminierung.

Die Kartoneigenschaften spielen für eine gute Wärmeüber-tragung eine wichtige Rolle, da guter Kontakt zwischen den Werkzeugen und dem Karton entscheidend ist; dies wird durch die Beibehaltung einer gleichmäßigen Dicke durch die gesamte Auflage erzielt. Weil die Werkzeuge bei der Herstellung auf die Dickenspezifikation des gewählten Materials abgestimmt werden, ist es schwierig, die Materialdicke ohne Änderung der Werkzeuge zu verändern. Wenn eine ungeeignete Materialdicke zu einer schlechten Wärmeübertragung führt, kann der Bediener gezwungen sein, einen der anderen beiden Parameter (Druck oder Verweilzeit) zu erhöhen. Das Thermoformergebnis kann jedoch aufgrund der ungünstigen Materialdicke trotzdem suboptimal sein.

Tiefziehen in der Praxis

Festigkeitseigenschaften und Feuchtigkeitsgehalt müssen bei jeder Lieferung gleichbleibend sein, damit die auf Erfahrung beruhenden Einstelldaten der Maschine beibehalten werden können.

Auf Tiefziehverfahren spezialisierte Kartonverarbeiter verfügen über Hochgeschwindigkeitsmaschinen und Austauschwerkzeuge für 20 bis 40 verschiedene Größen.

Folgende Faktoren sind entscheidend, um beim Tiefziehen einwandfreie Ergebnisse zu erzielen:
• Ungestrichener oder leicht gestrichener Karton an der Außenseite zur Vermeidung von Rissbildung an der Oberfläche.
• Optimiertes Behälterdesign, um maximale Stabilität zu gewährleisten.

Prüfung des Tiefziehergebnisses

Die Ergebnisse des Tiefziehverfahrens werden subjektiv im Hinblick auf Mängel, Rissbildung etc. geprüft (siehe unten).


Kräfte, die beim Tiefziehen auf den Karton einwirken.
Klicken zum Vergrößern. 

 

Problem
  Ursache
Die Zuschnitte reißen beim Tiefziehen.   Zu spröde oder zu trockene Zuschnitte aufgrund von Schwankungen des Feuchtigkeitsgehalts. Zuschnitte erneut befeuchten, um gewünschte Ergebnisse zu erzielen.
Endprodukte verformen sich beim Trocknen im Lager.   Zuschnitte sind zu feucht.
Der Pigmentstrich reißt und schält sich beim Formen teilweise ab.   Es wurde ein spröder Pigmentstrich verwendet.

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