Verpackungstechnik im Überblick: Weißblech

Inhaltsverzeichnis

1.  Einleitung  3

2.  Weißblech als Werkstoff  4

3.  Herstellung von Weißblech  5

3.1  Produktion Warmband  6

3.1.1  Sinteranlage  6

3.1.2  Hochofen  6

3.1.3  Konverter  6

3.1.4  Brammenabguss  6

3.1.5  Warmbreitband  7

3.2  Weißblechproduktion  7

3.2.1  Beizen  8

3.2.2  Kaltwalzen  8

3.2.3  Haubenglühen und Durchlaufglühen  9

3.2.4  Nachwalzen  11

3.2.5  Verzinnen  12

3.2.6  Passivierung  14

3.2.7  Verchromung  14

3.2.8  Konfektionierung  14

3.2.9  Lackieren und Beschichten  15

4.  Herstellen von Weißblechverpackungen  16

4.1  Dreiteilige Dose  16

4.1.1  Runde dreiteilige Dose  16

4.1.2  Unrunde dreiteilige Dose  20

4.2  Zweiteilige Dose  20

4.2.1  Tiefgezogene Dose  21

4.2.2  Abstreckgezogene Dose  22

4.3  Deckel für Dosen  23

4.4  Weißblechdeckel für Glas  25

5.  Füllen von Weißblechdosen  26

5.1  Reinigen  26

5.2  Füllen  26

5.2.1  Flüssige und pastöse Füllgüter  27

5.2.2  Stückige Füllgüter  28

6.  Verschließen von Weißblechdosen  29

6.1  Verschließvorgang  29

6.2  Optimale Verschließtechnik  30

6.3  Verschlusskontrolle  32

7.  Lebensmittelkonservierung in Weißblechdosen  33

7.1  Evakuieren Schutzbegasen  33

7.2  Karbonisieren  34

7.3  Pasteurisieren  35

  Daniel Marquardt Seite 1 von  2

  Sandra Püllen  

7.4  Sterilisieren  35

7.4.1  Rotationssterilisation  37

7.5  Aseptisches Abfüllen  38

8.  Wechselwirkungen von Weißblech und Füllgut  39

  sowie deren Vermeidung  

8.1  Marmorierung  39

8.2  Korrosion  39

8.3  Korrosionsschutz  43

9.  Recycling  44

9.1  Sammel- und Sortiersystem für Privathaushalte  46

  und Kleingewerbe  

9.2  Rücknahme- und Verwertungssystem für  47

  industriell genutzte Weißblechverpackungen  

10.  Literaturverzeichnis  48

  Daniel Marquardt Seite 2 von  3

  Sandra Püllen  

1. Einleitung

Nachdem Nicolas Appert, der Hofkoch von Napoleon, 1810 die Hitzesterilisation entwickelt hatte, wurde im gleichen Jahr von den Engländern Peter Durand und August Heine die Idee einer luftdichten Weißblechverpackung in die Tat umgesetzt. [6]

Um die Versorgung der Bevölkerung mit ausreichenden, nährwertreichen, preisgünstigen und vor allem hygienisch einwandfreien Lebensmitteln zu gewährleisten, bedient man sich einer Verpackung, z. B. einer Dose, die die Qualitätsmindernden Einflüsse von außen abhält: Schmutz, Schädlinge und Bakterien ebenso wie Feuchtigkeit, Sauerstoff, Licht, Fremdgerüche oder Druck. Die Verpackung versiegelt Geschmack, Nährwert, Aussehen und Konsistenz des Produktes. [5]

Die Weißblechdose hat sich bis heute als eine der ältesten Verpackungsformen bewährt. Insbesondere wenn es um die Haltbarmachung von Lebensmitteln geht, sorgen Weißblechverpackungen ohne Konservierungsstoffe für eine verlängerte Haltbarkeit. Sie sichern die Qualitätsfrische und den Vitamingehalt der Produkte. Darüber hinaus lassen sie sich einfach transportieren, sind leicht zu handhaben und verfügen über hervorragende Recyclingfähigkeiten. [6]

Daniel Marquardt - Seite 3 von 4 -

Sandra Püllen

2. Weißblech als Werkstoff

Weißblech ist Stahl. Genauer gesagt, kaltgewalztes Stahlblech mit einer Dicke von bis zu 0,49 Millimetern (Feinstblech). Seinen Namen verdankt das Weißblech einer hauchdünnen Zinnschicht, die elektrolytisch auf das Blech aufgebracht wird. Zinn wurde schon in der Antike als "hygienisches" Metall geschätzt, weil es für den Menschen ungefährlich ist und dem Rost widersteht. Auch heute schützt der Zinnüberzug das Material vor Korrosion. Im Durchschnitt genügen dabei etwas mehr als 2g Zinn pro qm Fläche.

Heute wird der Begriff Weißblech in Deutschland auch für die später entwickelten Alternativen, nämlich spezialverchromtes Feinstblech und organisch beschichtetes Feinstblech - gewissermaßen als Gattungsbegriff - gebraucht.

Weißblech ist ein vielseitig einsetzbarer, ökonomisch und ökologisch sinnvoller Werkstoff, der vor allem in der Verpackungsindustrie Verwendung findet. Nahrungsmittel- und Getränkedosen, Eimer und Kanister für Farben, Lacke und andere chemisch-technische Erzeugnisse, Hülsen für Filme und Batterien, Hüllen für Musik-CDs und andere Datenträger, Dosen für Tiernahrung, Kronenkorken sowie Vakuum- und Spezialverschlüsse repräsentieren nur einen Teil der Verwendungszwecke von Weißblech.

Jährlich werden in Deutschland rund 712.400 Tonnen Weißblech verwendet. [15]

Daniel Marquardt - Seite 4 von 5 -

Sandra Püllen

3. Herstellung von Weißblech

Abb. 1 Herstellungsprozess von der Roheisenerzeugung im Hochofen über die Stahlherstellung bis zum Weißblech [6]

Daniel Marquardt - Seite 5 von 6 -

Sandra Püllen

3. Herstellung von Weißblech

3.1 Produktion Warmband

3.1.1 Sinteranlage

Hier wird das ursprünglich feinkörnige Eisenerz mit verschiedenen Zusatzstoffen, Koks, Zuschlägen etc. versintert. "Sintern" ist ein kontinuierliches Verfahren zum Stückigmachen von Feinerz auf einem Sinterband. Dies ist notwendig, da das feinkörnige Erz in seinem Ursprungszustand nicht im Hochofen eingesetzt werden kann. Dieses würde den Hochofen "ersticken".

3.1.2 Hochofen

Im Hochofen werden mit Hilfe von Koks und Kohle die im Eisenerz enthaltenen Eisenoxide reduziert und Roheisen erzeugt. Das Roheisen enthält eine Kohlenstoffkonzentration von drei bis vier Prozent. Dadurch ist es noch hart und spröde und für eine formgebende Weiterverarbeitung noch nicht geeignet. Um diese zu ermöglichen, wird der Kohlenstoffgehalt durch das Einblasen von Sauerstoff auf nur noch 0,02 Prozent gesenkt. Dies geschieht im Konverter.

3.1.3 Konverter

Um das Roheisen formbar zu machen, wird sein Kohlenstoffgehalt im Konverter reduziert. Dies geschieht durch das Einblasen von Sauerstoff, dem so genannten "Frischen". Bei diesem Vorgang steigt die Temperatur der Schmelze stark an. Die frei werdende Energie, die so genannte Prozesswärme, wird genutzt, um Schrott, also auch Weißblechschrott, einzuschmelzen. Der Schrott, der in den Konverter kommt, besteht aus allem, was zum alten Eisen gehört: Von ausrangierten Kühlschrankgehäusen über Autokarosserien bis hin zu gebrauchten Getränke- oder Lebensmitteldosen - platzsparend zu einem gigantischen Würfel aus Schrott zusammengepresst. Beim Einschmelzen des Schrotts sinkt die Temperatur von rund 2000 auf 1600 Grad Celsius ab - die für die Stahlherstellung erforderliche Temperatur. Rund die Hälfte des weltweit hergestellten Stahls wird heute aus Schrott erschmolzen. In Deutschland werden jährlich zwischen 15 und 17 Millionen Tonnen Stahlschrott eingeschmolzen. Die Kapazitäten für Weißblechschrott sind aber noch lange nicht vollständig ausgeschöpft, denn der Weißblechanteil daran beträgt gerade 3,5 Prozent

3.1.4 Brammenabguss

Bei einer Temperatur von ca. 1600 Grad gelangt der noch flüssige Stahl in die Stranggießanlage. Dort wird er über eine wassergekühlte Kupferkokille geführt, kühlt zunehmend ab und verfestigt sich. Mit Hilfe eines mitlaufenden Brennschneiders wird dann der endlose Stahlblock in die gewünschten Breiten- und Längenabmessungen zugeschnitten. Diese Stahlblöcke werden auch Brammen genannt.

Daniel Marquardt - Seite 6 von 7 -

Sandra Püllen

3.1.5 Warmbreitband

In einer Warmbreitbandstraße wird die Dicke der Bramme kontinuierlich reduziert. Es entsteht ein Warmband von mehreren hundert Metern Länge und einer Dicke von zwei bis drei Millimetern. Dieses Warmbreitband, kurz auch "Warmband" genannt, wird aufgerollt und hat ein Gewicht von maximal 23 Tonnen. Die Warmbänder heißen auch "Coil", "Ring" oder "Bund". [14]

3.2 Weißblechproduktion

Ausgangswerkstoff für die Herstellung von Weißblech ist warmgewalztes Stahlband. Dieses Warnband ist etwa 2 mm dick. [9]

Einziger Weißblechhersteller Deutschlands ist die Rasselstein und Hösch GmbH mit Werken in Dortmund und Andernach.

Abb. 2 Weißblechproduktion [9]

Daniel Marquardt - Seite 7 von 8 -

Sandra Püllen

3.2.1 Beizen

Die Verarbeitung beginnt mit dem

Beizen des Warmbandes. Der beim

Warmwalzen entstandene Zunder

(Eisenoxidschicht) wird in einer

kontinuierlich arbeitenden Durchlauf-

beize beseitigt. Im Einlaufteil werden

die Warmbänder aneinander-

geschweißt. Sie laufen als endloses

Band durch vier hintereinanderliegende

Behälter mit 100°C warmer Schwefel-

säure, deren Konzentration stufenweise

von 15% auf 25% ansteigt.

Nach dem Beizen wird das Band gespült, getrocknet, teilweise an den Kanten besäumt, eingeölt und zu Rollen mit einem Gewicht von bis zu 50 Tonnen aufgewickelt.

Abb. 4 Beizlinie Fa. Rasselstein Hoesch; Werk Andernach [9]

3.2.2 Kaltwalzen

Das vorbehandelte Warmband wird auf einer der beiden Kaltwalz-Tandemstraßen in einem Arbeitsgang auf Enddicken zwischen 0,14 und 0,49 mm gewalzt. Die 5gerüstige Kaltwalz-Tandemstraße besteht aus fünf hintereinander angeordneten „Quarto-Gerüsten“, in denen das Band zwischen zwei Arbeitswalzen gewalzt wird. Wegen der hohen Walzkräfte (bis 12000 kN) werden die Arbeitswalzen durch Stützwalzen mit großem Durchmesser abgestützt.

Das Stahlband verlängert sich beim Kaltwalzen entsprechend der Dickenabnahme in den einzelnen Gerüsten. Die Walzgeschwindigkeit muss deshalb von Gerüst zu Gerüst höher werden. Die Höchstgeschwindigkeit des Bandes beträgt im letzten Walzgerüst 1830 m/min.

Daniel Marquardt - Seite 8 von 9 -

Sandra Püllen

Um die große Verformung (Dickenverringerung) bei hohen Walzgeschwindigkeiten zu ermöglichen, wird der Walzspalt mit einem Gemisch aus Palmöl und Wasser geschmiert. Außerdem müssen Walzen und Band mit großen Wassermengen gekühlt werden, um die entstehende Wärme abzuführen.

Abb. 5 Fünfgerüstige Kaltwalz-Tandemstraße [9]

3.2.3 Haubenglühen und Durchlaufglühen

Beim Walzen wird die Dicke des Bandes um häufig mehr als 90% vermindert. Die dabei eintretende Kaltverfestigung muss durch einen Glühvorgang wieder aufgehoben werden.

Vor dem Glühen muss das Band von Verunreinigungen gesäubert werden. Hierzu wird ein elektrolytisches Entfettungsverfahren eingesetzt, bei dem das Band unter Stromeinwirkung ein alkalisches Bad durchläuft, anschließend gebürstet, gespült, getrocknet und wieder zu Rollen bis zu einem Gewicht von 23 t aufgewickelt wird.

Durch die Formänderung beim Kaltwalzen wird das Band hart und spröde und ist in diesem Zustand als Verpackungswerkstoff nicht geeignet. Das rekristallisierende Glühen des entfetteten Bandes stellt die notwendige Verformbarkeit wieder her. Hierfür gibt es zwei Verfahren, das Haubenglühen und das Durchlaufglühen, von denen jeweils dasjenige angewendet wird, mit dem die geforderten Werkstoffeigenschaften am besten erreicht werden können.

Daniel Marquardt - Seite 9 von 10 -

Sandra Püllen