Innendurchmesser und Toleranzen bei Deckelboxen: 3 Berechnungsfaktoren – Kaschierschrumpfung, Papierfeuchte und Stanzpassung
💡 💡 Auf einen Blick
Wenn der Deckel nicht auf das Gehäuse passt, liegt dies in 90 % der Fälle an der Toleranzverteilung und nicht an einem Qualitätsmangel. Drei Ursachen: Schrumpfung der Kaschierung 0.2-0.8mm, Umgebungsfeuchtigkeit 0.1-0.5mm und Registerabweichung des Stanzwerkzeugs ±0.15mm/Kante, insgesamt 0.8-2.5mm. In der Konstruktionsphase sollte der Innendurchmesser mit einem ausreichenden Spiel in den Zeichnungsanforderungen festgelegt und in den Abnahmekriterien eindeutig angegeben werden: „Lässt sich problemlos schließen, ohne dass Kraft ausgeübt werden muss.“
Ein Kunde, der Gesundheitsprodukte vertreibt, hat Geschenkartons gestaltet, in denen jeweils 4 Flaschen mit 50 ml Serum enthalten sind. Bei der Lieferung der 8. Charge meldete das Kundenlager, dass bei einem erheblichen Teil der Kartons die Deckel nicht geschlossen werden können und mit Nachdruck hineingedrückt werden müssen.
Der Kunde sagte: „Diese Charge ist zu klein ausgefallen.“
Unsere Werkstattaufzeichnungen zeigen, dass der Innendurchmesser des Deckels entsprechend der Stanzwerkzeuggröße bemessen wurde. Er ist völlig identisch mit der vorherigen Charge und nicht geschrumpft.
Wo liegt also das Problem? Wir haben jeweils 20 Deckel aus der 7. und der 8. Charge entnommen und den Innendurchmesser mit einem Messschieber gemessen. Die Ergebnisse lauten wie folgt:
Chargen 7, Innendurchmesser des Deckels: durchschnittlich 61.8mm, minimal 61.6, maximal 62.0
Chargen 8, Innendurchmesser des Deckels: durchschnittlich 61.4mm, minimal 61.1, maximal 61.6
Der Innendurchmesser war um 0.4mm zu klein. Diese 0.4mm sorgten dafür, dass sich der Deckel nach dem Einpacken von 4 Flaschen in die Innenschachtel nicht schließen ließ.
Erste Quelle: Papierschrumpfung beim Kaschieren
Der Deckel einer Buchbox besteht üblicherweise aus einer Verbundkonstruktion aus kaschiertem Bezugspapier: Bezugspapier (Offsetpapier / Spezialpapier / Kunstdruckpapier) wird mit Klebstoff auf Graupappe (Pappe mit einer Dichte von 1.2 bis 2.0) kaschiert.
Das Problem liegt darin, dass Tissuepapier und Graupappe unterschiedlich auf Feuchtigkeit reagieren. Tissuepapier besteht aus Pflanzenfasern, die bei Feuchtigkeit aufquellen und bei Trockenheit schrumpfen; Graupappe besteht ebenfalls aus Fasern, weist jedoch eine andere Dichte und Beleimung auf und zeigt daher eine andere Reaktionskurve.
Das Ergebnis ist: Bei hoher Luftfeuchtigkeit schrumpft die Verpackung, bei trockener Umgebung dehnt sie sich aus, sodass der Innendurchmesser des Deckels etwas kleiner als die Abmessung der Stanzschablone ausfällt (die Schrumpfung des Papiers zieht die graue Pappe nach innen); im umgekehrten Fall fällt er etwas größer aus.
Dieser Schrumpfungsbetrag liegt in der Praxis gewöhnlich zwischen 0.2 und 0.8mm und hängt von zwei Faktoren ab: dem Flächengewicht und der Leimmenge des Basispapiers (ungeleimtes Papier schrumpft stärker) sowie der Werkstattluftfeuchtigkeit beim Kaschieren.
Die in der Regenzeit (6. bis 7. Monat) beklebten Deckel und die im 10. Monat beklebten Deckel können sich im Innendurchmesser um 0.3 bis 0.5mm unterscheiden. Dieser Unterschied allein ist nicht groß, wird aber tödlich, sobald die beiden anderen Quellen hinzukommen.
Deshalb muss bei Bestellungen nach der Produktionssaison gefragt werden. Wenn der Kunde eine Markteinführung im Mai plant, aber erst im Oktober die Druckbestellung erteilt, ist die Kaschierung durch die Druckerei während der Regenzeit unvermeidlich. Der Kunde muss dieses Risiko kennen.
Zweite Quelle: Maßänderungen durch die Feuchtigkeit in der Fertigung
Papier ist ein hygroskopisches Material. Dieselbe Papiersorte kann bei 40% relativer Feuchte und 70% relativer Feuchte Größenunterschiede von 0,3% bis 0,5% aufweisen.
Ein Deckel mit einem Innendurchmesser von 61mm: 0,4 % entsprechen 0,24mm. Für sich genommen ist diese Zahl nicht groß, doch sie addiert sich sowohl zur Kaschier-Schrumpfung als auch zum Fehler bei der Messerform.
Noch problematischer ist, dass die Veränderung erst nach der Fertigstellung der Verpackung auftreten kann. Wenn die Geschenkbox in der Regenzeit geformt und anschließend in feuchtigkeitsgeschützten Beuteln versandt wird, hat sich ihre Größe beim Öffnen durch den Kunden in einem trockenen Binnenland bereits verändert.
Dieses Problem ist besonders tückisch: Beim Öffnen und Testen durch den Kunden lässt sich der Deckel nicht schließen, im Lager des Druckereibetreibers misst er jedoch einwandfrei. Der Kunde wird denken, der Druckereibetreiber habe bei den Materialien gespart, während der Druckereibetreiber vermutet, der Kunde habe den Karton nicht ordnungsgemäß gelagert.
Unsere Reaktion besteht aus zwei Maßnahmen: Erstens werden für die kritischen Maße wichtiger Kunden Papierien mit geringer Feuchtigkeitsaufnahme verwendet (synthetisches Papier oder stark gestrichenes, beschichtetes Papier). Zweitens erfolgt vor der Verpackung der Fertigprodukte eine Klimaanpassung, sodass das Papier mindestens 24 Stunden unter den Umgebungsbedingungen des Versandortes stabilisiert wird.
Die dritte Quelle: Registerfehler bei der Schneidform
Dies ist die einzige Quelle, die sich präzise steuern lässt, und zugleich der einzige Bereich, für den der Druckerei aktiv die Verantwortung übernehmen sollte.
Die Messerform (Messerversion) ist ein Schneidwerkzeug. Die Schnittfuge weist eine gewisse Breite (Messerabstand) auf, sodass die tatsächliche Schnittfläche etwas größer oder kleiner als die theoretische Linie ausfällt. Ein üblicher Messerabstand beträgt 0,1 bis 0,3mm.
Der Deckel des TianDiGai hat vier Schnittlinien: zwei gerade Schnitte (Vorder- und Hinterkante) und zwei gebogene Schnitte (Links- und rechte Kante). Die Gesamtfehler der vier Schnitte summieren sich. Da der Innendurchmesser eine „Innenmaß“-Angabe ist, wird der Innendurchmesser um 0.2mm zu groß, wenn jede der vier Seiten um 0.1mm zu groß ist.
Der Registrierungsfehler des Messerschnitts liegt in der Regel innerhalb von ±0,15mm und entspricht damit dem Qualitätsniveau des Messerherstellers. Beachten Sie jedoch: Dieser Fehler ist zufällig. Daher weist eine Charge eine Größenverteilung auf, anstatt dass ein fester Wert vorhanden ist. Bei den von uns geprüften 20 Deckeln beträgt die maximale Abweichung zwischen dem kleinsten und dem größten Wert 0,4mm. Dies ist das gemeinsame Ergebnis aus Messerschnittfehler und Materialverformung.
Um diesen Wert zu reduzieren, muss entweder die Stanzgenauigkeit erhöht oder in der Phase der Messerformgestaltung der Innendurchmesser etwas vergrößert werden. Die zweite Variante ist die praktischere Lösung.
Drei Zahlen addieren und die tatsächliche Toleranz betrachten
Derzeit erstellen wir für Schachteln mit Ober- und Unterboden bereits in der Entwurfsphase eine Toleranzverteilungstabelle:
Dieser kumulative Bereich von 0,8 bis 2,5 mm liegt in derselben Größenordnung wie die zu Beginn genannten „1,5 bis 3 mm“. Bei echten Deckel- und Bodenschachteln ist es normal und nicht ungewöhnlich, dass sie sich nicht einsetzen lassen, wenn keine Toleranzkompensation berücksichtigt wird.
Konkret am Fall des Seren
Wie wir es letztendlich gelöst haben:
Erster Schritt: Erneut messen.Von den Deckeln der 7. Charge (vom Kunden als einwandfrei gemeldet) und der 8. Charge jeweils 50 Stück messen und die vollständige Verteilung betrachten. Wir stellten fest, dass der durchschnittliche Innendurchmesser in der 7. Charge 61.8 beträgt und in der 8. Charge 61.4, der durchschnittliche Außendurchmesser des Flaschenschafts jedoch in beiden Chargen 28.2 ist. Der Passungsspielraum zwischen Flasche und Deckel ist von 0.8mm auf 0.6mm gesunken.
Schritt 2: Überprüfen Sie das Produktionsdatum der 8. Charge.Die 8. Charge wurde Mitte August produziert, als hohe Temperaturen und hohe Luftfeuchtigkeit herrschten. Die 7. Charge stammt von Anfang Juni.
Schritt drei: Es gibt zwei Lösungen. Kurzfristig kann der Innendurchmesser der Schneidform um 0.3mm vergrößert und die Werkzeugplatte einmal neu erstellt werden (Kosten: 600 RMB). Langfristig sollte die Luftfeuchtigkeit in der Werkstatt für den Kaschierprozess zwischen 50% und 55% gehalten werden. Dafür verfügen wir bereits über einen Luftentfeuchter, doch bei knapper Sommerkapazität wird die Feuchtigkeitskontrolle manchmal zugunsten der Termineinstellung vernachlässigt.
Nach der Vergrößerung auf 0.3mm hat der 9. Kunde kein Problem mehr mit dem Deckel gemeldet.
Präventive Empfehlungen für Kunden
Wenn Sie Markenhersteller sind, ist dies äußerst praktisch: Schreiben Sie die Toleranz für den Innendurchmesser bereits in der Konstruktionsphase in die Strukturvorgaben und lassen Sie den Drucker das nicht nachträglich korrigieren.
Konkret empfiehlt sich folgende Angabe in der Zeichnung: „Innendurchmesser des Deckels = größter tatsächlich gemessener Außendurchmesser des Flaschenkörpers + 1.0mm und nicht kleiner als der theoretische Passwert“. Diese eine Zeile in der Zeichnung ist wesentlich hilfreicher als nachträgliche Diskussionen.
Ein weiterer praktischer Hinweis: Nehmen Sie in die Abnahmekriterien auf, dass der Deckel problemlos schließt und nicht mit Kraft gedrückt werden muss. Wenn in den Abnahmekriterien lediglich „optisch einwandfrei“ steht, könnte ein Kunde einen Deckel akzeptieren, der zwar schließt, aber stark gedrückt werden muss; erst bei einem Deckel, der nicht schließt, würde der Kunde reklamieren. Je unklarer die Kriterien, desto mehr Streitigkeiten entstehen.
Weiterführende Lektüre
Strukturtoleranzen sind die Grundlage für das Problem der Boxform und sollten im Zusammenhang mit den folgenden Artikeln betrachtet werden:
Häufige Fragen
Ist ein nicht schließender Deckel ein Qualitätsfehler?
In den meisten Fällen nicht. Die drei Fehlerquellen können eine Gesamttoleranz von 0,8–2,5 mm verursachen. Ohne Kompensation in der Konstruktionsphase ist ein nicht passender Deckel eher der Regelfall als eine Ausnahme.
Welche Maßänderungen kann die Kaschierschrumpfung verursachen?
Gewöhnlich 0,2–0,8 mm, abhängig vom Flächengewicht des Bezugspapiers, der Leimierung und der Werkstattluftfeuchtigkeit. Zwischen Deckeln aus der Regenzeit und solchen aus Herbst oder Winter können die Innendurchmesser um 0,3–0,5 mm abweichen.
Warum lässt sich der Deckel beim Kunden nicht schließen, obwohl die Messung in der Druckerei stimmt?
Papier nimmt Feuchtigkeit auf und verändert dadurch seine Abmessungen. Beim Versand in eine andere Luftfeuchtigkeit verzieht sich die Fertigware. Öffnet der Kunde die Sendung in trockener Umgebung, wurden die Abmessungen bereits verändert. Es handelt sich um eine Anpassung an die Umgebungsbedingungen, nicht um eine Materialersparnis.
Wie genau kann die Stanzpassung kontrolliert werden?
Stanzbetriebe erreichen gewöhnlich ±0,15 mm je Seite. Die Abweichungen der vier Seiten summieren sich jedoch und sind statistisch gestreut. Deshalb weist eine Charge unterschiedliche Durchmesser auf.
Wie lässt sich das Problem durch Angaben auf der Zeichnung verhindern?
Tragen Sie „Innendurchmesser des Deckels = größter gemessener Außendurchmesser der Flasche + 1,0 mm und nicht kleiner als der theoretische Passwert“ ein. Diese Angabe verhindert den größten Teil der späteren Streitigkeiten.
Sollte das Öffnungs- und Schließgefühl in die Abnahmekriterien aufgenommen werden?
Ja. Wenn die Abnahme lediglich ein einwandfreies Äußeres verlangt, liegen die Bewertung eines nur mit Kraftaufwand schließenden Deckels und die Bewertung eines nicht schließenden Deckels vollständig beim Kunden. Erst „lässt sich ohne Kraftaufwand schließen“ schafft einen objektiven Maßstab.
Beeinflusst die Produktionssaison die Abmessungen der Geschenkbox?
Ja. Bei der Auftragsannahme muss der geplante Markteinführungstermin erfragt werden. Daraus lässt sich das Produktionsfenster der Druckerei zurückrechnen, damit kritische Bauteile weder während der Regenzeit noch bei extremer Trockenheit kaschiert werden.
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