Innendurchmesser und Toleranzen bei Deckelboxen: 3 Berechnungsfaktoren – Kaschierschrumpfung, Papierfeuchte und Stanzpassung

Ein Kunde aus der Gesundheitsproduktbranche bestellte eine Deckelbox mit vier Flaschen à 50 ml Serum. Bei der 8. Lieferung meldete das Lager des Kunden, dass ein erheblicher Teil der Deckel nicht passte und zum Schließen kräftig gedrückt werden musste.

Der Kunde erklärte: „Diese Charge ist zu klein gefertigt.“

Unsere Werkstattaufzeichnungen zeigten jedoch, dass der Innendurchmesser der Deckel entsprechend den Stanzmaßen gefertigt worden war und gegenüber der vorherigen Charge keinerlei Schrumpfung aufwies.

Wo lag also das Problem? Wir entnahmen aus den Chargen 7 und 8 jeweils 20 Deckel und maßen den Innendurchmesser mit einem Messschieber. Die Ergebnisse lauteten wie folgt:

Innendurchmesser der Deckel aus Charge 7: durchschnittlich 61,8 mm, minimal 61,6 mm, maximal 62,0 mm
Innendurchmesser der Deckel aus Charge 8: durchschnittlich 61,4 mm, minimal 61,1 mm, maximal 61,6 mm

Der Innendurchmesser war um 0,4 mm kleiner. Diese 0,4 mm führten dazu, dass sich der Deckel nach dem Einsetzen der vier Flaschen in den Innenkarton nicht herunterdrücken ließ.

Erste Ursache: Papierschrumpfung beim Kaschieren

Der Deckel einer Deckelbox besteht gewöhnlich aus einer Verbundkonstruktion aus Bezugspapier und Graupappe: Bezugspapier, etwa gestrichenes Papier, Spezialpapier oder Artikelpapier, wird mit Klebstoff auf Graupappe mit einer Dichte von 1,2 bis 2,0 gekaschiert.

Das Problem besteht darin, dass Bezugspapier und Graupappe unterschiedlich auf Feuchtigkeit reagieren. Bezugspapier besteht aus Pflanzenfasern, die bei Feuchtigkeit aufquellen und bei Trockenheit schrumpfen. Auch Graupappe besteht aus Fasern, reagiert Due Dichte und den Leimgehalt jedoch auf eine andere Weise und besitzt eine andere Reaktionskurve.

Die Folge lautet: Wird in einer feuchten Umgebung kaschiert und anschließend in einer trockenen Umgebung geformt, fällt der Innendurchmesser des Deckels geringfügig kleiner aus als der Stanzmaß, da sich die Graupappe durch die Schrumpfung des Bezugspapiers nach innen verzieht. Bei umgekehrten Bedingungen wird der Durchmesser größer.

Diese Schrumpfung beträgt in der Praxis gewöhnlich 0,2 bis 0,8 mm und hängt von zwei Faktoren ab: dem Flächengewicht und der Leimierung des Bezugspapiers, wobei ungestrichenes Papier stärker schrumpft, sowie der relativen Luftfeuchtigkeit beim Kaschieren.

Bei Deckeln, die während der Regenzeit von 6 月 bis 7 月 in unserer Werkstatt kaschiert werden, kann der Innendurchmesser gegenüber Deckeln aus der Produktion im Oktober um 0,3 bis 0,5 mm abweichen. Für sich genommen ist diese Differenz nicht groß. In Verbindung mit den beiden anderen Ursachen wird sie jedoch kritisch.

Aus diesem Grund muss bei Bestellungen für Deckelboxen die Produktionssaison abgefragt werden. Plant der Kunde eine Markteinführung für 5 月, gibt die Druckerei aber erst im Oktober den Druckauftrag, ist eine Kaschierung während der Regenzeit unvermeidbar. Der Kunde muss dieses Risiko kennen.

Zweite Ursache: Maßänderungen durch die Luftfeuchtigkeit der Werkstatt

Papier ist ein hygroskopisches Material. Dasselbe Papier kann bei 40 % relativer Luftfeuchtigkeit und bei 70 % relativer Luftfeuchtigkeit um 0,3 % bis 0,5 % unterschiedliche Abmessungen aufweisen.

Bei einem Deckel mit einem Innendurchmesser von 61 mm entsprechen 0,4 % genau 0,24 mm. Für sich genommen ist dieser Wert gering, doch er addiert sich zur Kaschierschrumpfung und zum Stanzfehler.

Noch problematischer ist, dass sich die Veränderung nach Abschluss der Verpackung ereignen kann. Wird die Geschenkbox während der Regenzeit gefertigt und anschließend in einer feuchtigkeitsbeständigen Verpackung in ein trockenes Binnenland versandt, haben sich die Abmessungen bereits beim Öffnen der Sendung verändert.

Dieses Problem ist besonders irreführend: Der Deckel lässt sich beim Öffnen beim Kunden nicht schließen, im Lager der Druckerei misst er sich jedoch einwandfrei. Der Kunde vermutet eine Materialersparnis oder nachlässige Fertigung, während die Druckerei eine unsachgemäße Lagerung beim Kunden vermutet.

Wir gehen dagegen mit zwei Maßnahmen vor: erstens verwenden wir für kritische Abmessungen bei wichtigen Kunden Papier mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme, etwa synthetisches Papier oder stark gestrichenes, hoch geleimtes Papier. Zweitens passen wir die Fertigware vor der Verpackung an die Umgebungsbedingungen an, sodass sich das Papier am Versandort mindestens 24 Stunden stabilisiert.

Dritte Ursache: Abweichungen bei der Stanzpassung

Dies ist die einzige Ursache, die sich präzise kontrollieren lässt und für die die Druckerei ausdrücklich Verantwortung übernehmen sollte.

Die Stanzform beziehungsweise die Schneideinrichtung besitzt eine gewisse Schnittbreite. Die tatsächliche Schnittfläche liegt daher geringfügig neben der theoretischen Schnittlinie. Übliche Schnittbreiten betragen 0,1 bis 0,3 mm.

Der Deckel einer Deckelbox weist vier Schnittlinien auf: zwei gerad Schnitte für Vorder- und Hinterkante sowie zwei gebogene Schnitte für Rechts- und Linkskante. Die Abweichungen aller vier Schnitte summieren sich. Da der Innendurchmesser eine innere Abmessung darstellt, führt bereits eine um 0,1 mm zu große Abmessung an jeder Seite zu einem um 0,2 mm größeren Innendurchmesser.

Die Abweichung bei der Stanzpassung liegt gewöhnlich innerhalb von ±0,15 mm und entspricht damit dem Qualitätsniveau eines guten Stanzbetriebs. Sie ist jedoch streuend. Eine Charge weist deshalb eine Größenverteilung und keinen einheitlichen Wert auf. Die Differenz von 0,4 mm zwischen größtem und kleinstem Durchmesser unserer 20 geprüften Deckel ergibt sich somit aus den Stanzabweichungen und den Materialverformungen.

Zur Reduzierung dieses Faktors muss entweder die Präzision des Stanzens erhöht oder der Innendurchmesser bereits bei der Konstruktion der Stanzform etwas größer bemessen werden. Die zweite Lösung ist praxisnäher.

Die drei Werte addieren und die tatsächliche Toleranz bestimmen

Für Deckelboxen erstellen wir bereits in der Konstruktionsphase eine Toleranzverteilungstabelle:

Diese Gesamtspanne von 0,8 bis 2,5 mm entspricht derselben Größenordnung wie die eingangs genannten 1,5 bis 3 mm. Bei realen Deckelboxen ist eine Anpassung ohne Toleranzkompensation keine Ausnahme, sondern der Regelfall.

Das konkrete Beispiel mit dem Serum

So haben wir das Problem abschließend gelöst:

Schritt 1: Erneute Messung. Wir haben jeweils 50 Deckel aus Charge 7, die beim Kunden keine Beanstandung verursacht hatte, und aus Charge 8 gemessen. Der durchschnittliche Innendurchmesser betrug in Charge 7 61,8 mm und in Charge 8 61,4 mm. Der durchschnittliche Außendurchmesser der Flaschen betrug dagegen in beiden Chargen 28,2 mm. Die Passungsreserve zwischen Flaschen und Deckeln verringerte sich somit von 0,8 mm auf 0,6 mm.

Schritt 2: Überprüfung des Produktionsdatums von Charge 8. Charge 8 wurde Mitte 8 月 bei hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit gefertigt. Charge 7 stammt aus Anfang 6 月.

Schritt 3: Die Lösung umfasst zwei Ebenen. Kurzfristig wurde der Innendurchmesser der Stanzform um 0,3 mm vergrößert und eine neue Schneideinrichtung angefertigt, wofür 600 Yuan anfielen. Langfristig wird die relative Luftfeuchtigkeit beim Kaschieren zwischen 50 % und 55 % gehalten. Ein Luftentfeuchter war bereits vorhanden, seine Leistung wurde bei knapper Sommerkapazität jedoch zugunsten eines höheren Durchsatzes reduziert.

Nach der Vergrößerung des Innendurchmessers um 0,3 mm meldete der Kunde für Charge 9 keine Probleme mehr mit dem Schließen der Deckel.

Vorbeugende Empfehlungen für Kunden

Für Markenbetreiber ist folgender Hinweis besonders praktisch: Geben Sie die erforderliche Passungsreserve des Innendurchmessers bereits in der Konstruktionsphase in den Strukturvorgaben an und überlassen Sie die Korrektur nicht nachträglich der Druckerei.

Tragen Sie dazu auf der Zeichnung Folgendes ein: „Innendurchmesser des Deckels = größter gemessener Außendurchmesser der Flasche + 1,0 mm und nicht kleiner als der theoretische Passwert“. Dieser eine Satz auf der Zeichnung verhindert mehr Streitigkeiten als eine nachträgliche Diskussion.

Eine weitere praxisnahe Empfehlung lautet: Nehmen Sie in die Abnahmekriterien auf, dass sich der Deckel ohne Kraftaufwand schließen lässt. Wenn die Abnahme lediglich ein einwandfreies Äußeres verlangt, kann der Kunde einen nur unter Kraftaufwand schließenden Deckel noch akzeptieren, sich bei einem nicht schließenden Deckel jedoch beschweren. Je unschärfer die Kriterien, desto mehr Streitigkeiten entstehen.

Weiterführende Informationen

Strukturtoleranzen bilden die technische Grundlage für Probleme bei Verpackungsboxen. Die folgenden Beiträge ergänzen das Thema sinnvoll:

• Unterschiede im Öffnungs- und Schließgefühl bei 5 Geschenkboxstrukturen – verschiedene Boxstrukturen reagieren sehr unterschiedlich auf Toleranzen.
• 3 häufige Probleme bei der Formung von Verpackungsboxen – typische Ursachen für offene Nähte, Verformungen und Fehlstellungen.
• 3 reale Fertigungsverfahren für Deckel bei Deckelboxen – Unterschiede in Optik und Verfahren bei kaschierten Deckeln aus gestrichenem Papier, Kraftpapier und Artikelpapier.
• Reale Kosten von 3 Hartboxstrukturen – Hartboxen erfordern eine strengere Toleranzkontrolle.