ROForm - Resource Optimized Forming

Forschungsprojekt im Überblick

Kunststoffverpackungen erfüllen in der modernen Gesellschaft für Konsumenten und Industrie wichtige Funktionen und sind im Alltag unverzichtbar: In großen Stückzahlen leicht und kostengünstig herstellbar, vereinfachen sie deutlich Handhabung bei Transport und Lagerung und verlängern die Haltbarkeit von Lebensmitteln bis zum Dreifachen.

Fachbereiche und Institute

Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Kommunikation Institut für Technik, Ressourcenschonung und Energieeffizienz (TREE)

Förderungsart

Öffentliche Forschung

Zeitraum

01.03.2021 to 29.02.2024

Projektleitung an der H-BRS

Christian Dresbach

Esther van Dorp

Projektbeschreibung

Kunststoffverpackungen erfüllen in der modernen Gesellschaft für Konsumenten und Industrie wichtige Funktionen und sind im Alltag unverzichtbar: In großen Stückzahlen leicht und kostengünstig herstellbar, vereinfachen sie deutlich Handhabung bei Transport und Lagerung und verlängern die Haltbarkeit von Lebensmitteln bis zum Dreifachen. Gleichzeitig werden Verbrauch und Verwendung von Kunststoffen wegen der verursachten Umweltprobleme zunehmend öffentlich kritisiert: Neben bekannten Problemen - wie Schwächen bei Recycling- und Entsorgungskonzepten oder die Verbreitung von (Mikro-)Plastik im maritimen Umfeld - waren die Herstellung von Kunststoffen und die Verbrennung von Kunststoffabfällen nach EU-Angaben bereits 2012 mit einem weltweiten Ausstoß von jährlich rund 400 Mio. t CO₂ verbunden.

Die von der EU-Kommission 2018 vorgelegte Kunststoffstrategie sieht daher ein stärker kreislauforientiertes Wirtschaftssystem vor, das verstärkt auf Wiederverwertung, Reparatur und Recycling setzt. Ein damit verbundenes wichtiges Handlungsfeld ist die Reduktion des Kunststoffeinsatzes durch gewichts- und recycling-optimiertes Produktdesign sowie optimierte Produktionsprozesse.

Im Projekt ROForm werden Verfahren zur Minimierung des Energie- und Materialeinsatzes bei dünnwandigen Kunststoffverpackungen entwickelt, die entweder im Extrusionsblasformverfahren (Flaschen, Kanister, IBCs) oder im Tiefziehprozess (Blisterverpackungen) hergestellt werden. Hierdurch ist eine nennenswerte CO₂-Reduktion zu erwarten, was zur Erreichung der EU-Klimaziele
beiträgt. Durch leichtere Artikel und verkürzte Produktionszeiten werden ferner die
Produktionskosten gesenkt und die Wettbewerbsfähigkeit der beteiligten Unternehmen gesichert. Die Konsumenten profitieren durch reduzierte Preise und niedrigere Abfallentsorgungskosten.

Der Lösungsweg liegt in einer Weiterentwicklung der CAE-Entwicklungskette für dünnwandige Kunststoffteile. Für die beteiligten Unternehmen sind Einsatz und Nutzung derartiger Entwicklungsketten ein wichtiger Baustein in der Standortsicherung und im Wettbewerb mit Unternehmen insbesondere aus dem asiatischen Raum.

Ziel des Projektes ist eine gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserte Vorhersage von Schwindung und Verzug blas- und thermogeformter Artikel mittels Simulationsverfahren. Die Verwendung der verformten Geometrie in Verbindung mit verbesserten Materialbeschreibungen steigert die Vorhersagegenauigkeit der Folgesimulationen und führt zu ressourcenoptimierter Auslegung, Energieeinsparung im Produktionsprozess und niedrigeren Entwicklungskosten.

Die experimentelle Bestimmung der Materialkennwerte wird erstmals durch Molekulardynamische Simulationen (MD) ergänzt, was deren Ermittlung in experimentell kaum zugänglichen Anwendungsbedingungen ermöglicht. Ein weiteres wesentliches Ziel ist die Kopplung von MD und FEM Simulation zu einer neuen geschlossenen Simulationskette. Dies ermöglicht die Potentiale beider Simulationsverfahren besser auszuschöpfen.

Publikationen

FH-Kooperativ 2-2019: Resource Optimized Forming (ROForm) (DE/BMBF/13FH514KX9)

2024 | 2023 | 2022 | 2021

2024

Dirk Grommes, Olaf Bruch, Dirk Reith: Mimicking Polymer Processing Conditions on the Meso-Scale: Relaxation and Crystallization in Polyethylene Systems after Uni- and Biaxial Stretching. In: Molecules, 29(14), 3391, 2024
PDF Download (CC BY 4.0) doi:10.3390/molecules29143391 PMID urn:nbn:de:hbz:1044-opus-85233 BibTeX | RIS

2023

Patrick Michels, Christian Dresbach, Esther Ramakers-van Dorp, Holm Altenbach, Olaf Bruch: Application of Nonlinear Viscoelastic Material Models for the Shrinkage and Warpage Analysis of Blow Molded Parts. In: Altenbach, Naumenko (Ed.): Creep in Structures VI. IUTAM Symposium Proceedings, 2023, S. 205-232
doi:10.1007/978-3-031-39070-8_13 BibTeX | RIS

2022

Dirk Grommes, Martin R. Schenk, Olaf Bruch, Dirk Reith: Initial Crystallization Effects in Coarse-Grained Polyethylene Systems After Uni- and Biaxial Stretching in Blow-Molding Cooling Scenarios. In: Polymers, 14(23), 5144, 2022
PDF Download (CC BY 4.0) doi:10.3390/polym14235144 PMID urn:nbn:de:hbz:1044-opus-65219 BibTeX | RIS

2021

Dirk Grommes, Martin R. Schenk, Olaf Bruch, Dirk Reith: Investigation of Crystallization and Relaxation Effects in Coarse-Grained Polyethylene Systems after Uniaxial Stretching. In: Polymers, 13(24), 4466, 2021
PDF Download (CC BY 4.0) doi:10.3390/polym13244466 PMID urn:nbn:de:hbz:1044-opus-60472 BibTeX | RIS