Technischer Überblick über das Dichtheits- und Siegelnahtfestigkeitsprüfgerät
Das Dichtheits- und Siegelnahtfestigkeitsprüfgerät LSST-01 dient zur instrumentellen Bewertung der Integrität und mechanischen Belastbarkeit von Verpackungen unter definiertem Innendruck. Das Prüfgerät kombiniert Berstdruckprüfung, Kriechprüfung und Kriechbruchprüfung und ermöglicht damit eine differenzierte Beurteilung von Verpackungsstrukturen, Siegelnähten und potenziellen Leckage- bzw. Versagensstellen. Insbesondere für flexible Verpackungen, medizinische Verpackungen und pharmazeutische Behältnisse bietet die Prüfung eine praxisnahe Grundlage für die Qualitätskontrolle und Prozessoptimierung.
Bei der Dichtheitsprüfung nach dem Druckabfallverfahren wird die Veränderung des Innendrucks über einen definierten Zeitraum überwacht. Ein Druckverlust kann auf eine Undichtigkeit oder eine strukturelle Veränderung der Probe hinweisen. In Kombination mit einer Berstdruckprüfung lässt sich außerdem feststellen, welchen Innendruck eine Verpackung sicher aufnehmen kann und wie sie sich unter länger andauernder Belastung verhält.
Das LSST-01 eignet sich für unterschiedliche Probenformen und kann mit Standard- sowie kundenspezifischen Aufnahmevorrichtungen konfiguriert werden. Dadurch lässt sich das Dichtheits- und Siegelnahtfestigkeitsprüfgerät an verschiedene Verpackungskonstruktionen und spezifische Prüfanforderungen anpassen.
Warum ist die Prüfung der Verpackungsintegrität wichtig?
Eine Verpackung muss während der Herstellung, des Transports, der Lagerung und der Anwendung ihre Schutzfunktion zuverlässig erfüllen. Selbst wenn eine Verpackung äußerlich unauffällig erscheint, können Schwachstellen innerhalb der Siegelnaht oder der Verpackungsstruktur zu Leckagen und einem späteren Versagen führen.
Die Prüfung der Verpackungsintegrität liefert deshalb wichtige Informationen für:
- die Bewertung der Siegelnahtstabilität;
- die Ermittlung der strukturellen Belastungsgrenze;
- die Erkennung potenzieller Schwachstellen;
- die Optimierung von Siegelparametern;
- die Validierung von Verpackungskonstruktionen;
- die Qualitätskontrolle während der Produktion;
- die Bewertung neuer oder nachhaltiger Verpackungsmaterialien.
Ein Siegelnahtstabilitätstest für Siegelgeräte kann beispielsweise dazu beitragen, Unterschiede zwischen verschiedenen Siegeltemperaturen, Siegelzeiten oder Anpressdrücken zu erkennen. Die Prüfung unterstützt damit nicht nur die Endkontrolle, sondern auch die Entwicklung und Prozessoptimierung.
Gerade bei pharmazeutischen und medizinischen Verpackungen spielt die Integrität der Verpackung eine zentrale Rolle, da eine beschädigte oder undichte Verpackung die Schutzfunktion gegenüber Feuchtigkeit, Sauerstoff, Mikroorganismen oder anderen äußeren Einflüssen beeinträchtigen kann.
Prüfprinzip des Dichtheits- und Siegelnahtfestigkeitsprüfgeräts
Das LSST-01 verwendet eine kontrollierte Druckbeaufschlagung, um die Belastbarkeit der Probe und ihr Verhalten unter Innendruck zu untersuchen. Die Prüfung kann auf unterschiedlichen Belastungsniveaus durchgeführt werden.
Das grundlegende Prüfkonzept umfasst drei wesentliche Prüfarten:
- Berstdruckprüfung
- Kriechprüfung
- Kriechbruchprüfung
Diese Prüfungen ermöglichen eine abgestufte Betrachtung der Verpackungsintegrität – von der maximalen Belastbarkeit bis zum Verhalten unter einer länger andauernden Druckbeanspruchung.
Berstdruckprüfung
Bei der Berstdruckprüfung wird die Probe mit steigendem Innendruck beaufschlagt. Der Druck wird kontrolliert erhöht, während die Probe kontinuierlich überwacht wird.
Sobald die Verpackung strukturell versagt oder berstet, erfasst das Prüfgerät den maximal erreichten Druck als Berstdruck. Gleichzeitig kann der Ort des Versagens dokumentiert werden.
Der Berstdruck stellt einen wichtigen Referenzwert für die nachfolgenden Belastungsprüfungen dar. Er beschreibt die maximale Druckbelastung, die die jeweilige Probe unter den festgelegten Prüfbedingungen aufnehmen konnte.
Kriechprüfung
Bei der Kriechprüfung wird die Probe mit einem definierten Innendruck belastet, der unterhalb des ermittelten Berstdrucks liegt. Ein typischer Ausgangspunkt kann beispielsweise bei etwa 80 % des Berstdrucks liegen.
Anschließend wird beobachtet, wie sich die Verpackung während einer definierten Haltezeit verhält. Unter konstanter Druckbelastung können sich Verpackungsmaterialien und Siegelbereiche langsam verformen. Dieses zeitabhängige Verhalten wird als Kriechen bezeichnet.
Das Ergebnis umfasst insbesondere:
- den angewendeten Innendruck;
- die definierte Haltezeit;
- das Verhalten der Verpackung während der Belastung;
- gegebenenfalls auftretende Verformungen oder Undichtigkeiten.
Die Kriechprüfung eignet sich daher besonders zur Beurteilung der langfristigen Belastbarkeit einer Verpackungskonstruktion.
Kriechbruchprüfung
Die Kriechbruchprüfung stellt eine höhere Belastungsstufe dar. Die Probe wird mit einem konstanten Innendruck beaufschlagt, bis ein Versagen eintritt.
Als typischer Ausgangspunkt kann ein Druck von etwa 90 % des zuvor ermittelten Berstdrucks verwendet werden. Die tatsächlichen Prüfbedingungen sollten jedoch entsprechend der jeweiligen Prüfanforderung, Verpackungskonstruktion und Spezifikation festgelegt werden.
Das wesentliche Ergebnis ist die Zeit bis zum Versagen unter dem definierten Innendruck. Dadurch kann die zeitabhängige Belastbarkeit unterschiedlicher Verpackungen miteinander verglichen werden.
Durchführung der Dichtheitsprüfung nach dem Druckabfallverfahren
Die Dichtheitsprüfung nach dem Druckabfallverfahren basiert auf der Überwachung des Innendrucks innerhalb eines definierten Prüfzeitraums.
Ein typischer Prüfablauf umfasst folgende Schritte:
- Die Probe wird in die geeignete Aufnahmevorrichtung eingesetzt.
- Die Probe wird sicher fixiert und mit dem Druckanschluss verbunden.
- Die Prüfparameter werden entsprechend der vorgesehenen Prüfart eingestellt.
- Die Probe wird kontrolliert mit Druckluft beaufschlagt.
- Der definierte Prüfdruck wird erreicht.
- Der Druck wird während der Prüf- bzw. Haltephase überwacht.
- Die Druckentwicklung wird ausgewertet.
- Bei der Berstdruckprüfung wird der maximale Druck bis zum Versagen erfasst.
- Bei Kriech- oder Kriechbruchprüfungen werden Haltezeit und gegebenenfalls die Zeit bis zum Versagen bestimmt.
Der wesentliche Vorteil eines instrumentellen Prüfverfahrens liegt in der reproduzierbaren Erfassung der Prüfbedingungen. Dadurch können Verpackungen aus unterschiedlichen Produktionschargen oder mit unterschiedlichen Konstruktionen objektiver miteinander verglichen werden.
Auswertung und Interpretation der Prüfergebnisse
Die Aussagekraft der Prüfung hängt wesentlich davon ab, welche Prüfart eingesetzt wird. Die wichtigsten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
| Prüfart | Wesentliches Ergebnis | Typische Aussage |
|---|---|---|
| Berstdruckprüfung | Maximaler Berstdruck und Versagensort | Maximale Druckbelastbarkeit |
| Kriechprüfung | Prüfdruck und Haltezeit | Verhalten unter zeitlich begrenzter Dauerbelastung |
| Kriechbruchprüfung | Prüfdruck und Zeit bis zum Versagen | Zeitabhängige Belastbarkeit |
Ein hoher Berstdruck allein bedeutet nicht automatisch, dass eine Verpackung für jede Anwendung geeignet ist. Bei Anwendungen mit längerer mechanischer oder innerer Druckbelastung können zusätzlich die Ergebnisse der Kriech- und Kriechbruchprüfung relevant sein.
Für die Qualitätssicherung ist außerdem der Versagensort von Bedeutung. Ein Versagen im Bereich der Siegelnaht kann auf eine unzureichende Siegelprozessstabilität hinweisen, während ein Versagen im Grundmaterial auf eine andere konstruktive oder materialbezogene Schwachstelle hindeuten kann.
Siegelnahtstabilitätstest für Siegelgeräte
Ein Siegelnahtstabilitätstest für Siegelgeräte unterstützt die Bewertung des Einflusses der Siegelparameter auf die Integrität einer Verpackung.
In der Praxis können beispielsweise folgende Faktoren untersucht werden:
- Siegeltemperatur;
- Siegelzeit;
- Siegeldruck;
- Materialkombination;
- Folienaufbau;
- Siegelnahtbreite;
- Verpackungsgeometrie;
- Produktionscharge.
Durch die Kombination von Siegelprozessdaten und Ergebnissen des Dichtheits- und Siegelnahtfestigkeitsprüfgeräts können Unternehmen Prozessfenster definieren und Abweichungen frühzeitig erkennen.
Dies ist insbesondere bei flexiblen Verpackungen relevant, bei denen die Siegelnaht häufig einen wesentlichen Einfluss auf die Gesamtintegrität der Verpackung besitzt.
Lecksuch- und Prüfgeräte für Verpackungen im Vergleich
Nicht jedes Verpackungsleck lässt sich mit demselben Verfahren zuverlässig bewerten. Je nach Verpackungsart, Leckgröße und Prüfanforderung kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz.
| ASTM-Norm | Prüfverfahren | Typische Anwendung | Geeignetes Modell |
|---|---|---|---|
| ASTM D3078 | Blasenemissionsprüfung | MAP-, gasgefüllte und flüssigkeitsgefüllte Verpackungen | LT-01, T-02, LT-03 |
| ASTM D4991 | Blasenemissionsprüfung | Leere starre Behälter | Modifizierter LT-01, LT-02, LT-03 |
| ASTM F2096 | Druckbeaufschlagung / Blasenemission | Nachweis von Grobleckagen | GLT-01 |
| ASTM F2338 | Vakuumzerfallsprüfung | Flexible Verpackungen und starre Behälter | MLT-01 |
| ASTM F2054 / F1140 | Druckbeaufschlagung und Druckabfallbewertung | Flexible und starre Verpackungen, Tuben | LSST-01 |
Damit stehen für unterschiedliche Anforderungen verschiedene Lecksuch- und Prüfgeräte für Verpackungen zur Verfügung. Die Auswahl sollte sich an Verpackungsform, Material, erwarteter Leckgröße und gewünschter Prüfaussage orientieren.
Technische Daten des LSST-01
| Parameter | Technische Spezifikation |
|---|---|
| Prüfbereich | 0–600 kPa |
| Aufnahmevorrichtung für offene Packungen | 300 mm, Standard |
| Aufblasstutzen | Ø 4 mm |
| Druckluftversorgung | 0,4–0,7 MPa, bauseits bereitzustellen |
| Stromversorgung | AC 110–220 V, 50/60 Hz |
Der Prüfbereich von 0–600 kPa ermöglicht die Untersuchung einer Vielzahl von Verpackungskonstruktionen. Durch die Auswahl geeigneter Aufnahmevorrichtungen kann das System an unterschiedliche Probengeometrien angepasst werden.
Aufnahmevorrichtungen für unterschiedliche Verpackungsformen
Die richtige Aufnahmevorrichtung ist entscheidend für eine stabile und reproduzierbare Prüfung. Das LSST-01 kann mit verschiedenen Standard- und kundenspezifischen Vorrichtungen ausgestattet werden.
Unterstützte Probenformen umfassen beispielsweise:
- Sachets;
- Beutel;
- Pouches;
- Doypacks;
- Tuben;
- Flaschen;
- Verschlüsse;
- Zellenbatterien;
- Big Bags;
- weitere kundenspezifische Verpackungsformen.
Verfügbare Vorrichtungen umfassen unter anderem breitere Aufnahmevorrichtungen für offene Packungen, ASTM-F2096-Aufnahmevorrichtungen, sichere Berstdruck-Aufnahmevorrichtungen, Doypack-Aufnahmen, Tubenklemmen, Halteplatten sowie Flaschen- und Verschlussaufnahmevorrichtungen.
Für spezielle Probengeometrien können kundenspezifische Aufnahmevorrichtungen entwickelt werden. Dadurch eignet sich das System auch für Prüfaufgaben, die über Standardverpackungen hinausgehen.
Relevante Standards für Verpackungsintegrität und Festigkeitsprüfung
Je nach Verpackungsart und Prüfziel können verschiedene Normen für die Entwicklung und Validierung von Prüfverfahren relevant sein.
| Norm | Schwerpunkt |
|---|---|
| ASTM F1140 | Widerstandsfähigkeit von Verpackungen gegenüber innerem Druck |
| ASTM F2054 | Berstdruck- und Kriechverhalten flexibler Verpackungen |
ASTM F1140 und ASTM F2054 sind insbesondere für Prüfungen unter innerem Druck relevant. ASTM F2096 konzentriert sich dagegen auf den Nachweis von Grobleckagen durch Druckbeaufschlagung. Bei der Auswahl der Prüfmethode sollte daher nicht nur die Verpackungsart, sondern auch die gewünschte Prüfaussage berücksichtigt werden.
Bei medizinischen und pharmazeutischen Verpackungen können zusätzlich ISO 11607 und USP 1207 als übergeordnete regulatorische bzw. technische Referenzen eine Rolle spielen.
Anwendungen in verschiedenen Branchen
Das LSST-01 eignet sich für unterschiedliche Branchen, in denen die Integrität und Belastbarkeit von Verpackungen kontrolliert werden muss.
Lebensmittelverpackungen:
Bei MAP-Verpackungen, vakuumversiegelten Verpackungen, Beuteln und Pouches unterstützt die Prüfung die Bewertung der Verpackungsintegrität und Siegelnahtqualität.
Pharmazeutische Verpackungen:
Pharmazeutische Behältnisse benötigen zuverlässige Schutzfunktionen. Druckbasierte Prüfungen können bei der Entwicklung und Qualitätsbewertung von Verpackungssystemen eingesetzt werden.
Medizinprodukte:
Bei Verpackungen für Medizinprodukte ist die Integrität der Verpackung ein wichtiger Bestandteil der Gesamtfunktion des Verpackungssystems.
Kosmetikverpackungen:
Tuben, Beutel, Flaschen und andere Primärverpackungen können hinsichtlich ihrer strukturellen Belastbarkeit und Dichtheit bewertet werden.
Industrielle und spezielle Verpackungen:
Auch technische Verpackungen, flexible Behältnisse und kundenspezifische Verpackungslösungen können mit geeigneten Aufnahmevorrichtungen untersucht werden.
Geeignete Materialien und Verpackungskonstruktionen
Das Dichtheits- und Siegelnahtfestigkeitsprüfgerät eignet sich insbesondere für Verpackungen, bei denen die innere Druckbelastbarkeit und die Integrität von Verbindungen bewertet werden sollen.
Typische Materialien und Materialkombinationen sind:
- PE-Folien;
- PP-Folien;
- PET-Folien;
- PA-Folien;
- mehrschichtige Verbundfolien;
- Aluminiumverbundfolien;
- Kunststofflaminate;
- Papier-Kunststoff-Verbunde;
- pharmazeutische Verbundmaterialien;
- flexible Verpackungslaminate.
Bei Verbundmaterialien kann die Prüfung außerdem dabei helfen, Schwachstellen innerhalb der Verpackungskonstruktion zu lokalisieren und unterschiedliche Materialaufbauten miteinander zu vergleichen.
Bedeutung für Qualitätskontrolle und Verpackungsentwicklung
Für Hersteller und Anwender von Verpackungen liefert die Druckprüfung mehr als einen einzelnen Messwert. Sie schafft eine quantitative Grundlage für Entscheidungen in Entwicklung, Produktion und Qualitätssicherung.
Durch regelmäßige Prüfungen lassen sich beispielsweise Abweichungen zwischen Produktionschargen erkennen. Werden unterschiedliche Siegelparameter untersucht, können Unternehmen außerdem den Einfluss der Prozessbedingungen auf die Siegelnahtintegrität bewerten.
Das Dichtheits- und Siegelnahtfestigkeitsprüfgerät kann damit in verschiedene Qualitätsprozesse integriert werden:
- Materialentwicklung;
- Verpackungsdesign;
- Siegelprozessoptimierung;
- Wareneingangskontrolle;
- Produktionsüberwachung;
- Chargenvergleich;
- Fehleranalyse;
- Validierung von Verpackungsprozessen;
- Entwicklung nachhaltiger Verpackungslösungen.
Gerade bei reduzierten Materialstärken oder neuen nachhaltigen Materialkonzepten ist eine quantitative Prüfung wichtig. Eine geringere Materialmenge darf nicht zu einer unzureichenden Verpackungsintegrität führen. Vergleichbare Prüfbedingungen ermöglichen es, unterschiedliche Konstruktionen technisch zu bewerten.
Zusammenfassung
Das Dichtheits- und Siegelnahtfestigkeitsprüfgerät LSST-01 bietet eine umfassende Lösung für die Bewertung von Verpackungsintegrität unter kontrollierter Innendruckbelastung. Mit Berstdruckprüfung, Kriechprüfung und Kriechbruchprüfung lassen sich sowohl die maximale Druckbelastbarkeit als auch das Verhalten einer Verpackung unter länger andauernder Belastung untersuchen.
Eine reproduzierbare Prüfung der Verpackungsintegrität unterstützt Unternehmen dabei, Siegelprozesse zu optimieren, Materialkonstruktionen zu vergleichen und potenzielle Schwachstellen frühzeitig zu erkennen. Das LSST-01 kombiniert verschiedene Druckprüfungen in einer flexiblen Prüflösung und kann mit unterschiedlichen Aufnahmevorrichtungen an spezielle Verpackungsformen angepasst werden. Wenn Sie Lecksuch- und Prüfgeräte für flexible, pharmazeutische, medizinische oder industrielle Verpackungen suchen, bietet Cell Instruments geeignete Standard- und kundenspezifische Lösungen. Informieren Sie sich über die verfügbaren Prüfgeräte und finden Sie eine passende Konfiguration für Ihre spezifische Prüfaufgabe.