Blog - Prüflabor: Transportbelastungen mit Vibrrationstest simulieren

Ob auf der Straße, der Schiene, auf See oder in der Luft: Produkte und Verpackungen sind während des Transports unterschiedlichen Schwingungen und Stoßbelastungen ausgesetzt. Viele dieser Belastungen bleiben von außen unsichtbar, können jedoch Schäden an Verpackungen, Produkten oder deren Komponenten verursachen.

Vibrationen treten überall dort auf, wo Kräfte periodisch oder zufällig auf ein System einwirken. Dabei wird grundsätzlich zwischen erzwungenen Schwingungen und selbsterregten Schwingungen unterschieden. Erzwungene Schwingungen entstehen durch äußere Einflüsse, beispielsweise beim Überfahren von Unebenheiten mit einem Fahrzeug oder durch seismische Ereignisse. Selbsterregte Schwingungen entstehen dagegen aus dem System selbst heraus, etwa beim Flattern eines Flugzeugflügels oder beim Schwingen eines Stahlseils unter konstantem Luftstrom.

Für Hersteller und Versender ist vor allem die Frage relevant, welchen Belastungen ein Produkt während Lagerung und Transport ausgesetzt ist und ob Verpackung und Produkt diesen Belastungen standhalten.

Welche Belastungen treten während des Transports auf?

Auf dem Weg vom Hersteller zum Endkunden durchläuft eine Sendung zahlreiche Transport- und Umschlagprozesse. Dabei wirken unterschiedlichste mechanische Belastungen auf das Versandgut ein:

• Stöße und Schläge beim Verladen
• Vibrationen während des LKW-, Bahn-, Flugzeug- oder Schifftransports
• Schockbelastungen durch harte Handhabung
• Resonanzeffekte innerhalb von Produkten oder Verpackungen

Je nach Transportweg und Produkt können diese Einwirkungen zu Abrieb, Materialermüdung, Lockerung von Bauteilen, Glasbruch, Leckagen oder zum vollständigen Versagen der Verpackung führen. Um solche Risiken frühzeitig zu erkennen, werden die realen Belastungen in Prüflaboren unter kontrollierten Bedingungen nachgebildet.

Wie werden Vibrationen im Labor simuliert?

Je nach Anwendungsfall kommen unterschiedliche Schwingungserreger zum Einsatz. Im Folgenden stellen wir drei typische Prüfverfahren vor: den Rütteltisch für Handling- und Transportbelastungen, Random-Vibrationsprüfungen auf servo-hydraulischen Shakern sowie Schockprüfungen auf elektrodynamischen Shakern.

Der Rütteltisch für Transport- und Handlingbelastungen

Für viele Verpackungsprüfungen kommt ein elektro-mechanischer Schwingungserreger, häufig auch als Rütteltisch bezeichnet, zum Einsatz. Dabei wird das Prüfobjekt mit einer konstanten sinusförmigen Bewegung angeregt. Durch das wiederholte Abheben und Aufsetzen entstehen Belastungen, wie sie auch während des Transports auftreten.

Typische Anwendungen sind Prüfungen nach ISTA- oder ASTM-Verfahren, bei denen Pakete oder Ladeeinheiten auf allen relevanten Seitenflächen geprüft werden. Das Ziel besteht darin, die Belastungen nachzubilden, die beispielsweise durch schlechte Fahrbahnoberflächen oder wiederholte Handhabungsvorgänge entstehen.

Solche Prüfungen können Beschädigungen wie Abriebspuren, Kratzer oder Verformungen sichtbar machen. Bei empfindlichen Produkten können auch Funktionsausfälle oder Bruchschäden auftreten.

Zufallsvibrationen für realitätsnahe Transportsimulationen

Während des Transports entstehen in der Praxis keine gleichmäßigen Schwingungen. Stattdessen wirken komplexe, zufällige Belastungsmuster auf Verpackung und Produkt. Um diese möglichst realitätsnah abzubilden, werden sogenannte Random-Vibrationsprüfungen (Rauschanregungen) durchgeführt. Sie simulieren die Belastungen, die beispielsweise während langer LKW-, Bahn- oder Lufttransporte auftreten.

Durch solche Prüfungen lassen sich unter anderem feststellen:

• ob Produkte innerhalb der Verpackung scheuern
• ob Verschlüsse oder Verbindungen locker werden
• ob Verpackungsmaterialien vorzeitig verschleißen
• ob empfindliche Bauteile geschädigt werden

Für diese Prüfungen werden üblicherweise servo-hydraulische oder elektro-dynamische Schwingungssysteme eingesetzt.

Schockprüfungen bei harten Belastungen

Neben kontinuierlichen Schwingungen treten in der Transportkette auch kurzzeitige Schockereignisse auf. Diese können beispielsweise beim Verladen von Containern, beim Absetzen von Paletten oder bei Stürzen während des Umschlags entstehen.
Zur Simulation solcher Belastungen eignen sich insbesondere elektro-dynamische Shaker. Sie können innerhalb kürzester Zeit hohe Beschleunigungen und Geschwindigkeitsänderungen erzeugen. Dadurch lassen sich verschiedenste Schockprofile reproduzieren, beispielsweise Halb-Sinus- oder Sägezahn-Schocks.
Die Folgen solcher Belastungen reichen von gelockerten Verbindungen über Bauteilbrüche bis hin zum Totalausfall empfindlicher Produkte. Schockprüfungen dienen daher häufig dem Nachweis der Transport- und Einsatzsicherheit.

Mehr als nur Verpackungsprüfungen

Vibrationstests werden nicht ausschließlich zur Bewertung von Verpackungen eingesetzt. Moderne Schwingungsprüfsysteme spielen auch bei der Qualifizierung von Produkten und Komponenten eine wichtige Rolle. Neben Verpackungen werden dabei beispielsweise elektronische Baugruppen, Gerätekomponenten, Fahrzeugteile oder Industrieprodukte auf ihre Schwingungsfestigkeit untersucht.

Typische Anwendungen sind:

• Resonanzuntersuchungen
• Frequenzanalysen
• Lebensdauerprüfungen
• Belastungstests
• Qualifizierung von Elektronik und Baugruppen
• Prüfungen für Anwendungen im Fahrzeug-, Schienen-, Luftfahrt- und Marinebereich

Insbesondere elektro-dynamische Shaker ermöglichen mit ihrem großen Frequenzbereich die Untersuchung komplexer schwingungstechnischer Fragestellungen.

Welche Schwingungssysteme setzt BFSV ein?

Durch die Kombination dieser Systeme können bei BFSV sowohl klassische Verpackungsprüfungen als auch anspruchsvolle Schwingungs- und Schockprüfungen für Produkte, Baugruppen und technische Komponenten durchgeführt werden.

Möchten Sie wissen, wie sich Schwingungen und Schocks auf Ihre Verpackung auswirken?
Das BFSV unterstützt Sie bei der Auswahl geeigneter Vibrationsprüfung und weiterer Verpackungsprüfungen.