Um die Prozessstabilität in Verarbeitungsmaschinen auch bei hohen Ausbringungen bewerten und darauf aufbauend sicherstellen zu können ist eine geometrisch-kinematische Analyse des realen Verarbeitungsprozesses notwendig. Dazu wird im Beitrag ein optisches Hochgeschwindigkeits-Mehrkamera-Messsystem vorgestellt, mit dem auch schnelle Prozesse berührungslos analysiert werden können. Es wird gezeigt, wie durch die Zusammenführung von Bewegungsanalyse und Daten aus der Maschinensteuerung der Informationsgehalt und damit auch die Aussagefähigkeit von Messungen deutlich erhöht werden kann. Als Beispielprozess wird der intermittierende Transport kleinformatiger Stückgüter (z.B. Schokoladenriegel) gewählt.

Vor dem Hintergrund steigender rechtlicher und ökonomischer Anforderungen an abpackende Unternehmen und Ansprüche der Verbraucher an Verpackungen steht unter anderem die effiziente Auslegung von Verpackungen im Fokus. Insbesondere peelbare Schalen sollen einerseits leicht zu öffnen, andererseits aber auch sicher verschlossen sein. Dabei hängt die Einschätzung, ob die Verpackung den Komfort- und Sicherheitsanforderungen genügt von vielen Faktoren ab, die bei aktueller Betrachtungsweise nur eine unzureichende Aussage ermöglichen. [... aus der Einleitung]

Diese Arbeit umfasst experimentelle und theoretische Untersuchungen zum Verständnis des Siedenverhaltens von Kältemittel R-134a an glatten und porösen Oberflächen und beschäftigt sich mit der Herausforderung der Optimierung geeigneter Oberflächenstrukturen zur Steigerung des Wärmeübergangskoeffizienten. Die in der Einleitung vorgestellte Anforderung an immer kompaktere Wärmeübertrager wird durch poröse Schichten, welche mittels Vakuum-Plasma-Beschichtung hergestellt werden, Rechnung getragen. Innerhalb des in der Praxis üblichen Bereichs des Siededrucks und der Wärmstromdichten werden im Vergleich zum Stand der Technik beim Sieden von R-134a am Einzelrohr und am Rohrbündel für optimierte, poröse Wärmeübertrageroberflächen deutlich verbesserte Wärmeübergangskoeffizienten nachgewiesen. Zum besseren Verständnis des gesteigerten Wärmeübergangs beim Sieden liefert diese Arbeit im Weiteren einen Einblick in die Blasenbildung an unterschiedlichen Oberflächenstrukturen mittels optischer Analyse. Detaillierte Angaben zu Grundlagen des Siedens und der Blasenbildung sowie zur verwendeten Beschichtungstechnik sind im Anhang ab Seite 185 wiedergegeben. / This work includes experiments and theoretical analyses on boiling of refrigerant R-134a on smooth and porous surfaces, and deals with the challenge of optimizing suitable surface structures to increase the heat transfer coefficient. The targets presented in the introduction with respect to increasing compact heat transfer are taken into account by different porous layers produced by means of vacuum plasma coating. Within the usual range of pressure and heat flux density the heat transfer coefficient was found to be significantly improved, compared to the state of the art for single tubes and tube bundles by means of optimized, porous heat transfer surfaces. For a better understanding of the increased heat transfer for boiling on porous surfaces, this work provides an insight into the formation of bubbles on different surfaces via optical analysis.

Das Thermoformen, umgangssprachlich auch als Tiefziehen bezeichnet, stellt neben dem Spritzguss ein zentrales Verfahren zur Herstellung formstabiler Verpackungen aus Folien dar. Vorrangig werden Produkte des alltäglichen Bedarfs wie Verpackungen für Lebensmittel, Pharmazeutika oder technische Produkte hergestellt. Aber auch technische Bauteile wie z.B. Gehäuse von Elektrogeräten, Verkleidungsteile von Fahrzeugen oder zunehmend auch Komponenten für die Biotechnologie, bspw. Gehäuse oder permeable Membranen. Allein die weltweite Nachfrage nach formstabilen Kunststoffverpackungen lag im Jahr 2010 bei einem Marktvolumen von 144 Mrd. $. Bei einer jährlichen Wachstumsrate von durchschnittlich 6% wird erwartet, dass die Nachfrage bis zum Jahr 2016 auf bis zu 200 Mrd. US$ ansteigt (Aranca 2012). In Europa werden jährlich ca. 12 Mrd. thermogeformte Verpackungen hergestellt. Der Anteil thermogeformter Produktverpackungen lag dabei im Jahr 2011 bei ca. 10%. Durch die weltweit steigende Nachfrage nach Kunststoffverpackungen, insbesondere aber durch die ökonomisch vorteilhaften Eigenschaften des Thermoformprozesses gegenüber anderen Herstellungsverfahren der Kunststoffverarbeitung, wird erwartet, dass der Anteil thermogeformter Produktverpackungen bis zum Jahr 2019 auf ein Marktvolumen von 17 Mrd. $ anwächst (ReportsnReports 2012 & ReportLinker 2014). [... aus der Einleitung]

Die Bedeutung der Informations- und Werbefunktion von Verpackungen hat in den letzten Jahrzehnten stetig zugenommen. In diesem Zusammenhang stiegen die Anforderungen an die Qualität des Druckes auf den verschiedenen Packmitteln wie z.B. Dosen, Schachteln, Beuteln ebenso wie auf den Etiketten. Aufgrund der Vielfalt der Substrate und der Unterschiede im Herstellungsprozess der Packmittel kommen verschiedene Druckverfahren zum Einsatz. Dabei wird zwischen den konventionellen Druckverfahren wie z.B. Offsetdruck, Flexodruck, Tiefdruck, Siebdruck und Tampondruck und den Digitaldrucktechnologien unterschieden. [... aus dem Text]

Paper is renewable, recyclable, sustainable and biodegradable material and, as a result, paper-based materials are widely used in the world packaging market. However, paper-based materials cannot compete with plastics in terms of processability into various 3D shapes. This is due to poor formability of paper, which is closely associated with its toughness. To improve paper formability, we report on a facile and green method that combines fiber and paper mechanical modifications at different structural levels as well as biopolymer treatment via spraying. As a result, a remarkable elongation of ∼30% was achieved after proposed combined approach on the laboratory scale. At the same time, a significant increase in tensile strength and stiffness (by ∼306% and ∼690%, respectively) was observed. Overall, an inexpensive, green, and scalable approach is introduced to improve formability of fiber networks that in turn allows preparation of 3D shapes in the processes with fixed paper blanks such as vacuum forming, hydroforming, hot pressing, etc.

Der Herstellung von Kunststoffen, deren Weiterverarbeitung zu Halbzeugen wie Folien und Platten sowie Produkten wie Verpackungen oder Bauteilen wird in der deutschen Industrie, nicht zuletzt aufgrund der hohen Exportquoten, eine große Bedeutung zugesprochen [STAT2016]. Dabei müssen Halbzeugprodukte immer höheren Funktionsanforderungen bei zugleich geringerem Rohstoffeinsatz gerecht werden [DAUN2014]. Unter diesem Gesichtspunkt werden heute hohe Anforderungen an eine stabile Prozessführung mit zunehmend weniger Toleranz gegenüber Qualitätsschwankungen (z.B. fehlerhafte Druckbilder oder Siegelnähte) bei der Verarbeitung gestellt [VÄTH2011]. [... aus der Einleitung]

Ein im Hinblick auf geringen Berechnungsaufwand entwickeltes, physikalisch-numerisches Simulationsmodell für Reinigungsvorgänge durch diffusives Auflösen oder kohäsives Trennen kleiner Verschmutzungsteilchen wird vorgestellt und validiert. Die Strömungs- berechnung auf Grundlage der Reynolds-gemittelten Navier Stokes Gleichungen (RANS) und die Berechnung des Verschmutzungstransports mittels eines instationären RANS- Ansatzes erfolgen entkoppelt. Das Verschmutzungsverhalten ist als transiente Dirichlet-Randbedingung modelliert, deren Parameter aus Laborexperimenten in einer ebenen Kanalströmung bestimmt werden. Die Validierung erfolgt für die Konfiguration eines senkrecht auftreffenden, kohärenten Flüssigkeitsstrahls für den Düsendurchmesser 1,69 mm und Drücke in der Düse zwischen 1,5 und 5 bar, d.h. Reynolds-Zahlen zwischen 17700 und 55600. Gemessen an der im Vergleich zu den Parametrierungsexperimenten um mehrere Größenordnungen höheren Wandschubspannung, der Einfachheit des Modells und der Komplexität des Testfalls wird eine sehr gute Übereinstimmung der simulierten Reinigungszeiten mit den Messwerten erreicht. Die angestrebte Skalierbarkeit sowie die Übertragbarkeit des Modells auf andere Strömungskonfigurationen sind somit gegeben.

Die regelmäßige Reinigung von Maschinen und Anlagenteilen ist integraler Bestandteil der Lebensmittel-, Pharma-, Kosmetik- und Chemieproduktion. Gesetzliche Hygienestandards gewährleisten dabei ein einheitlich hohes Qualitätsniveau. Nun lässt sich vor allem in der Lebensmittelherstellung eine Entwicklung zu zunehmend verschärften Hygienebestimmungen beobachten. Die Gründe hierfür liegen einerseits im wachsenden Markt für naturbelassene Lebensmittel mit verlängerter Haltbarkeit sowie andererseits im Trend zur flexiblen Produktion in kleineren Chargen, d.h. mehr Reinigungszyklen pro Tag oder Woche. Dadurch gewinnt auch die messbare Gewährleistung von Hygienestandards weiter an Relevanz. Aufgrund steigender Effizienzerwartungen in der Lebensmittelverarbeitung besteht demgegenüber ein erheblicher Bedarf, die Reinigungszeiten zu verkürzen, um die Zykluszeiten zu verkürzen (z.B. bei der Reinigung von Einzelteilen) und so die Maschinenverfügbarkeit zu erhöhen. [...aus dem Text]

In der Lebensmittelindustrie wird heutzutage noch viel zu häufig mit überdimensionierten und ineffizienten Reinigungssystemen gearbeitet. Diese sind aus Gründen der Prozesssicherheit meist am „Worst-Case-Szenario“ ausgelegt, von bedarfsgerechter bzw. adaptiver Reinigung kann also keine Rede sein. Gründe dafür liegen vor allem am Mangel an Möglichkeiten zum Inline-Reinigungsmonitoring sowie starrer/unintelligenter Reinigungssysteme. Das Fraunhofer IVV Dresden arbeitet im Themenfeld „Adaptive Reinigung“ an verschiedenen Lösungen zur Realisierung einer bedarfsgerechten Reinigung, um eine größtmögliche Reinigungs- bzw. Ressourceneffizienz zu erzielen. [... aus dem Text]