Mikroskopie im Verpackungslabor: Fremdkörper, Löcher und Reklamationen an Folie, Getränkekarton und Glas klären

Wenn eine Packung zurückkommt, weil darin ein dunkler Punkt sitzt oder weil sie nicht dicht hält, muss das Verpackungslabor zwei Fragen beantworten. Was ist der Befund, und an welcher Stufe der Verpackungskette ist er entstanden? Davon hängt ab, ob die Reklamation beim Folienlieferanten, beim Verarbeiter, beim Hersteller von Druckfarbe oder Lack, beim Abfüller oder in der Handhabung landet.

Dieser Beitrag richtet sich an Labor- und Qualitätsverantwortliche bei Folien-, Karton- und Etikettenverarbeitern, bei Herstellern von Getränkekartons, Tuben, Druckfarben und Lacken, in der Verpackungsforschung von Lebensmittel- und Konsumgüterherstellern und bei Abfüllern mit eigener Packmittelprüfung. Er zeigt an dokumentierten Anwendungen, wie Fremdkörper, Löcher, Haftungsfehler und Abnutzung an Folie, Karton, Glas und Kunststoff am Muster eingeordnet werden. Zum Stand der Fälle: Es sind Anfragen, Vorführungen an Mustern und Aufgaben, die Labore heute bearbeiten. Wie sich Inline-Prüfung und Laboranalyse in der Verpackungsherstellung die Arbeit teilen, beschreibt der Beitrag zur Oberflächen- und Defektprüfung in der Verpackungs- und Druckindustrie.

Wichtige Punkte im Überblick

Kommt eine Packung zurück, muss das Verpackungslabor klären, was der Befund ist und an welcher Stufe der Verpackungskette er entstanden ist, denn davon hängt ab, wo die Reklamation landet.
Nach den Anwendungsbeispielen zur Folie für das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX-7000 erwies sich ein mutmaßlicher Fremdkörper erst in der 3D-Betrachtung als Pinhole, die Höhe des Befunds ist deshalb die erste Frage.
Bei Partikeln an Tube, Aluminiumfolie und Reklamationsmuster zählt am Ende die Zuordnung, ob das Partikel unter dem Druck, auf dem Lack, in der Folie oder auf dem Füllgut sitzt.
Bei einer Vorführung wurde ein kleines Loch in einem Getränkekarton gefunden und vermessen, am Verschluss zeigte das Schwenken des Mikroskops die Stelle aus mehreren Winkeln.
Die Dichtigkeitsprüfung bleibt ein eigener Test des Betreibers, das Mikroskop zeigt und dokumentiert die Stelle, die dieser Test auffällig gemacht hat.

Fremdkörper oder Pinhole? Die erste Frage an jede Fehlstelle in der Folie

In der Draufsicht sieht ein Punkt in einer Folie oft gleich aus, ob er ein eingeschlossenes Partikel, ein Loch oder eine Vertiefung ist. Für das Labor sind das verschiedene Reklamationen. Ein Partikel spricht für eine Verunreinigung in Rohstoff, Extrusion oder Verarbeitung, ein Pinhole für eine Stelle, an der die Barriere der Packung offen sein kann.

Die Anwendungsbeispiele zur Folie für das Digitalmikroskop der Modellreihe VHX-7000 nennen als Ursachen für Pinholes eingeschlossene Luft oder andere Substanzen sowie anhaftenden Staub und eindringende Fremdpartikel. Sie beschreiben ein Beispiel, in dem sich ein mutmaßlicher Fremdkörper erst in der 3D-Betrachtung als Pinhole herausstellte, und ein zweites, in dem die Höhenfarbendarstellung des optischen Schatteneffekt-Modus einen vermeintlichen Fremdkörper als Vertiefung zeigte. Mit demselben Modus lassen sich laut den Anwendungsbeispielen Kratzer und Fremdpartikel klar unterscheiden.

Bevor ein Befund als Fremdkörper an einen Lieferanten geht, lohnt deshalb der Blick auf seine Höhe. Ein Partikel liegt auf oder in der Oberfläche, ein Loch und eine Vertiefung reichen in sie hinein. Erst wenn der Lagenaufbau der Folie selbst die Frage ist, wird ein Querschnitt nötig; das ist das Feld der Schnittanalyse an Verbundfolien.

Partikel an Tube, Aluminiumfolie und Reklamationsmuster: woher die Verunreinigung stammt

Ein Hersteller von Tuben und Dosen untersucht in seinem Entwicklungs- und Reklamationslabor Verunreinigungen auf der Tube und auf dem Tubensleeve. Die Anforderung ist knapp: Dunkle Partikel müssen gut zu sehen sein.

Bei einem Hersteller von Speziallacken und Klebstoffen für Lebensmittelverpackungen ging es um eine Aluminiumfolie und um Muster aus einer Kundenreklamation. Das Labor findet Fremdpartikel, deren Art und Herkunft es nicht kennt; Proben dieser Art gingen bisher regelmäßig an ein externes Labor. Bei einer Vorführung am Digitalmikroskop der Modellreihe VHX-X1 wurden an der Probe Stellen sichtbar, die das Labor für seine Reklamationsarbeit als besonders aufschlussreich bewertete.

Ein anderes Labor erhält Kontaminationsproben aus mehreren Werken des eigenen Unternehmens, eingesandt als Reklamationen. Eine Vorführung mit solchen Proben verlief laut Dokumentation reibungslos. Eine Abteilung für interne und externe Reklamationen, die überwiegend Packmittel und daneben Pulver und Flüssigkeiten untersucht, fragt an, wie sich Fehlstellen, Verunreinigungen und Partikel sichtbar machen lassen. In der Verpackungsqualität eines Lebensmittelherstellers geht es um Fehleranalyse und um Gebrauchsspuren, die sich über die Zeit an der Packung bilden, betrachtet mit schräg gestelltem Blick.

Mehrere dieser Labore wünschen sich neben dem Bild eine Aussage zum Werkstoff. Wo diese Frage bleibt, ergänzt eine Materialanalyse am Mikroskop den Befund; was sie für ein bestimmtes Partikel leistet, klärt das Labor mit eigenen Reklamationsmustern. Für die Reklamation zählt am Ende die Zuordnung: Sitzt das Partikel unter dem Druck, auf dem Lack, in der Folie oder auf dem Füllgut?

Loch im Getränkekarton und undichter Verschluss: den Befund aus mehreren Blickwinkeln sichern

Ein Getränkehersteller, der auch Getränkeverpackungen produziert, suchte ein kleines Loch in einem Getränkekarton. Bei einer Vorführung wurde es gefunden und vermessen. Ebenso wichtig war der Verschluss, weil Undichtigkeiten dort häufig auftreten. Er wurde vermessen; entscheidend war dabei das Schwenken des Mikroskops, das ihn aus mehreren Winkeln zeigte, dazu das 3D-Bild.

Für beschädigte Verpackungen beschreiben die Anwendungsbeispiele von KEYENCE, dass Risse oder Bruchstellen dank der hohen Tiefenschärfe vollfokussiert angezeigt werden und dass das Stativ mit der Optik zur Bestimmung der Schadensursache um die gerissenen Komponenten gedreht wird. An einem Verschluss mit Gewinde, Kante und Dichtfläche ist das der Unterschied zwischen einem Einzelbild und einem Befund, den Lieferant und Kunde nachvollziehen können.

Ein weiteres Labor fragt nach Bestimmung, Vermessung und Fotodokumentation von Fremdpartikeln und nennt im selben Zug die Dichtigkeitsprüfung von Verpackungen. Die Dichtigkeitsprüfung bleibt ein eigener Test des Betreibers. Das Mikroskop zeigt und dokumentiert die Stelle, die dieser Test auffällig gemacht hat.

Deckfolie ohne Haftung, reißende Packungen und Ritzlinien: Folienbefunde am Muster

Ein Anwender beschreibt eine Folie, die nicht vollständig auf der Packung haftet, und Packungen, die reißen. Muster sollen für einen Test eingeschickt werden. Offen ist vor allem, wie die Ergebnisse auszuwerten sind, und genau das lässt sich nur mit den eigenen Proben klären. Typisch ist bei einer Deckfolie, die sich löst, die Frage, auf welcher Seite der Trennfläche Rückstände bleiben: an der Folie oder am Behälter. Ob das Bild diese Frage für das eigene Material beantwortet, zeigt erst der Test.

Ein Hersteller von Lebensmittelverpackungen, die aus zugekauften Folien gefertigt werden, ließ bei einer Vorführung Fehlstellen zeigen und die Einstanzungen und Ritzungen in 3D vermessen. Bei transparenten Folien für Lebensmittel- und Medizinverpackungen ging es bei einer anderen Vorführung um eine Laserritzung. Die Ritzlinie, in dokumentierten Anwendungen mit einer Kanalbreite von etwa 9 bis 15 µm, ließ sich mit Polarisation und schräg gestelltem Blick betrachten. Betrachtet wird dabei die Schnittkante am Muster; eine eigene Funktion zur Messung der Ritztiefe ist damit nicht beschrieben.

Ein Hersteller flexibler Verpackungen arbeitet mit Monofolien für Portionspackungen, die innen und außen metallisiert und nicht transparent sind. Gefragt ist, wie sich die Folie nach einer Entkeimungsbehandlung verändert und wie sie über die Zeit abnutzt. Dazu wurden Muster bei einer Vorführung betrachtet. Solche Vergleiche gewinnen, wenn unbehandelte und behandelte Muster unter gleicher Beleuchtung und Vergrößerung abgelegt werden.

Packmittel aus Glas und Kunststoff: Fehlstellen und Abnutzung an Flaschen und Kosmetikverpackungen

Glas und Kunststoff stellen dem Labor eine andere Aufgabe als Folie: Die Teile sind groß, gewölbt und oft transparent. Für die Wareneingangsprüfung von Glasflaschen wurde das Mikroskop der Qualitätsleitung bei einer Vorführung gezeigt; für große Glasgebinde war wichtig, dass Kamera und Objektiv nicht an ein festes Stativ gebunden sind. Das zentrale Werkstofflabor einer Getränkegruppe fragt an, Glasscherben und Verpackungen zu untersuchen, dazu Ausrichtpunkte und eine Bodenbördelung in 3D.

Das Validierungslabor eines Kosmetikherstellers betrachtete bei einer Vorführung Fehlstellen und Unregelmäßigkeiten an Verpackungen aus Glas und Kunststoff für Lippenstifte, Düfte und Cremes. Die Anwendungsbeispiele des Digitalmikroskops für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie führen die Betrachtung von Verpackungen auf Beschädigungen und Risse ausdrücklich auf. Für gewölbte Teile ist das der naheliegende Ausgangspunkt, bevor ein Befund vermessen wird.

In der Forschung zu Getränkeverpackungen geht es um die Abnutzung von Glasflaschen. Mit dem 3D-Profilometer der Modellreihe VR-6000 ließ sich bei einer Vorführung die Rauheit an den abgenutzten Stellen messen, an dunklen Flaschen ohne Spray, bei anderem Glas mit Spray. Gewinde, Verschlussrippen und Maße der Flasche sind eine eigene Maßaufgabe und hier nicht Gegenstand.

Neue Verpackung, neue Kratzer: wenn die Umstellung den Produktschutz verändert

Verpackungen ändern sich, weil sie recyclingfähig werden sollen. Ein Konsumgüterhersteller hat die Verpackung eines Produkts umgestellt; Schaumeinlagen sind nicht mehr vorgesehen, weil sie nicht recyclingfähig sind. Seitdem treten mehr feine Kratzer am Produkt auf, und mit ihnen mehr Reklamationen. Die Kratzer sind sehr flach. Bei einer Vorführung hat ein 3D Laserscanning-Mikroskop der Modellreihe VK-X3000 sie vermessen.

Die KEYENCE-Anwendungsbeispiele für 3D Laserscanning-Mikroskope führen für die Nahrungsmittel-, Pharma- und Kosmetikindustrie die Qualitätsanalyse des Verpackungsmaterials auf. Im beschriebenen Fall verschiebt sich die Frage: Geprüft wird nicht nur die Packung, sondern der Zustand des Produkts nach der Packung. Produkte aus alter und neuer Verpackung lassen sich unter gleichen Bedingungen vergleichen, damit sichtbar wird, ob ein Befund mit der Umstellung kam.

Häufige Fragen

F Wie unterscheide ich im Labor ein Pinhole von einem Fremdkörper in der Folie?

Über die Höhe des Befunds. Ein Partikel liegt auf oder in der Oberfläche, ein Pinhole oder eine Vertiefung reicht hinein. Die KEYENCE-Anwendungsbeispiele zur Folie zeigen Beispiele, in denen sich mutmaßliche Fremdkörper erst in der 3D-Betrachtung oder in der Höhendarstellung des Schatteneffekt-Modus als Pinhole oder Vertiefung erwiesen.

F Lässt sich am Mikroskop feststellen, woraus ein Partikel besteht?

Das Bild zeigt Form, Farbe, Lage und Höhe des Partikels. Für die Frage nach dem Werkstoff ergänzt eine Materialanalyse am Mikroskop den Befund. Was sie für ein bestimmtes Partikel leistet, klären Sie am besten mit eigenen Reklamationsmustern.

F Ersetzt das Mikroskop die Dichtigkeitsprüfung einer Verpackung?

Nein. Die Dichtigkeitsprüfung ist ein eigener Test des Betreibers. Das Mikroskop zeigt, wo ein Loch, eine Fehlstelle oder ein undichter Verschluss sitzt, und dokumentiert die Stelle aus mehreren Blickwinkeln. So lässt sich der Befund dem Teil der Packung zuordnen, an dem er entstanden ist.

F Kann die Rauheit an Glasflaschen berührungslos gemessen werden?

In einer dokumentierten Anwendung wurde die Rauheit an abgenutzten Stellen von Glasflaschen mit einem 3D-Profilometer gemessen. An dunklen Flaschen gelang das ohne Spray, bei anderem Glas mit Spray. Ob das für Ihr Glas gilt, zeigt ein Test mit eigenen Flaschen.

F Muss eine Folie für die Untersuchung geschnitten werden?

Für Löcher, Partikel, Kratzer und Haftungsbefunde an der Oberfläche in der Regel nicht, sie werden am Muster betrachtet. Ein Querschnitt wird nötig, wenn der Lagenaufbau, die Schichtdicke oder die Siegelnaht im Schnitt die Frage ist.

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