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Polstermittel [English version]


Zweck des Einsatzes von Polstermitteln
Anforderungen an die Polstermittel
Darstellung verschiedener Polstermittelarten
Wirkungsweise von Polstermitteln
Auswahlkriterien für Polstermittel




Zweck des Einsatzes von Polstermitteln


Häufig werden Waren transportiert, die gegenüber mechanischen Beanspruchungen besonders empfindlich sind und aus diesem Grund vor Beschädigungen durch die Einwirkung von Stößen, Erschütterungen oder Vibrationen während des Transportes geschützt werden müssen. Deshalb werden sie innerhalb der eingesetzten Versandverpackung zusätzlich durch Polstermittel geschützt.

Besonders empfindlich und vor mechanischen Einwirkungen zu schützen, sind zum Beispiel leicht zerbrechliche Waren, wie Glas, Keramik, Porzellan oder empfindliche Elektronikerzeugnisse, wie zum Beispiel Computer und Unterhaltungselektronik.

Neben dem Schutz der Packgüter können Packstücke mit Hilfe von Polstermitteln auch normgerecht gestaltet werden. Die Polstermittel dienen als Adapter zwischen nicht normgerechten Packgütern und der Verpackung (Modulität von Versandstücken).


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Wirkungsweise von Polstermitteln


Polstermittel absorbieren einen Teil der bei Stoß- und Fallbeanspruchungen entstehenden Bewegungsenergie und vergrößern den Bremsweg des Packgutes. Bei richtiger Auswahl und Dimensionierung des Polstermittels wird so sichergestellt, dass das Packgut keine Beschädigungen erleidet.


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Anforderungen an die Polstermittel


Polstermittel müssen insbesondere die folgenden vier Hauptanforderungen erfüllen:

Die Rückstellkraft ist eine der wichtigsten Eigenschaften eines Polstermittels. Durch sie wird gewährleistet, dass das Packgut auch bei mehrmaliger, gleichartiger Belastung dauerhaft geschützt wird. Ist die Rückstellkraft zu klein, verringert sich bei ständiger Belastung der Bremsweg, so dass entstehende Bewegungsenergie nicht mehr ausreichend absorbiert werden kann und das Packgut unter Umständen beschädigt wird.
Polstermittel müssen klimatischen Einflüssen, wie z. B. Feuchteeinflüsse durch hohe rel. Luftfeuchtigkeit, direkte Sonneneinstrahlung und extreme Temperaturunterschiede, gegenüber unempfindlich sein und dürfen dadurch keine negativen Beeinträchtigungen ihrer Wirkungsweise erleiden.
Besonders bei korrosionsgefährdeten Packgütern ist es wichtig, dass die Polstermittel nicht hygroskopisch sind und damit nicht korrosionsfördernd wirken. Sie sollten des Weiteren keine aggressiven Bestandteile (pH-Wert neutral) enthalten, die zur Korrosion beitragen könnten. Polstermittel und Packgut dürfen keine Wechselwirkungen eingehen und sich eventuell gegenseitig negativ beeinflussen.
Die Anwendung des Polstermittels sollte wirkungsvoll, einfach, umweltgerecht und kostengünstig sein.



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Auswahlkriterien für Polstermittel


Empfindlichkeitsstufe des Packgutes

Um das Polstermittel ausreichend dimensionieren zu können, muss bekannt sein, welche Belastungen es übersteht, ohne Schaden zu nehmen. Da besonders technische Geräte heutzutage aus diversen Bauteilen mit den verschiedensten Empfindlichkeitsstufen bestehen, ist eine allgemeingültige Einteilung der Waren recht schwierig. Genaue Auskünfte über die Empfindlichkeit der Ware kann in jedem Fall der Hersteller geben.

Ermittelt wird die Empfindlichkeitsstufe einer Ware mit Hilfe des zulässigen g-Wertes. 1g ist das Maß der Erdbeschleunigung (9,81 m/s2), also die Kraft, die normalerweise auf einen Gegenstand auf der Erde einwirkt.

Wirkt nun eine Beschleunigung von 2 g (zum Beispiel beim schnellen Durchfahren einer Kurve), so verdoppelt sich das Gewicht des betreffenden Gegenstandes. Genau dies geschieht mit einem Transportgut, welches auf der Ladefläche eines LKW oder in einem Seecontainer verstaut ist.

Neben der Beschleunigung muss jedoch immer auch noch die Stoßdauer beachtet werden. Je länger der Stoß andauert, desto größer ist die Gefahr einer Beschädigung.

Transportbeanspruchung

Der zweite wichtige Punkt bei der Auswahl eines Polstermittels sind die während des Transportes auftretenden Beanspruchungen. Diese können sehr unterschiedlich sein, und ihre genaue Ermittlung ist sehr schwierig. Die größten Beanspruchungen treten auf, wenn die Packgüter geworfen oder fallengelassen werden. Daher wird die mögliche Fallhöhe eines Packgutes in Abhängigkeit von seinem Gewicht als Maß für die Beanspruchung genommen.

In den Vorschriften der Deutschen Bahn und der Post sind die zulässigen Fallhöhen von Packstücken wie folgt geregelt:

Vorschrift Gewicht des Packstückes zulässige Fallhöhe
Deutsche Bahn 50 kg 52 cm
  75 kg 46 cm
  100 kg 40 cm
  150 kg 27 cm
  200 kg 15 cm
Post keine Gewichtsbeschränkung 60...80 cm


Statische Flächenlast

Während des Transportes und Umschlages treten sowohl dynamische als auch statische Kräfte am Polstermittel auf. Während der Lagerung beschränken sich diese auf die statischen Beanspruchungen. Man spricht hierbei von der statischen Flächenlast, die auf ein Polstermittel einwirkt. Sie wird aus dem Gewicht des Packgutes und der seiner Auflagefläche ermittelt:

Formel


Die statische Flächenlast ist für die Auswahl des geeigneten Polstermittels wichtig, da dieses nicht schon im Ruhezustand durch das Gewicht des Packgutes sein Rückstellvermögen verlieren darf.

Rückstellkraft

Die Rückstellkraft ist, wie schon zuvor beschrieben, ein entscheidendes Maß dafür, wie belastungsfähig das Polstermittel bei mehrmaliger Beanspruchung ist. Ist die Rückstellkraft zu klein, verringert sich bei ständiger Belastung der Bremsweg, so dass entstehende Bewegungsenergie nicht mehr ausreichend absorbiert werden kann und das Packgut unter Umständen beschädigt wird.

Raumgewicht

Das Raumgewicht wird in kg/m3 angegeben und ist ein Maß für die Härte eines Polstermittels. Je größer das Raumgewicht ist, desto härter ist das Polstermittel.

Resonanzverhalten

Die Beanspruchungen, die durch den Transport einer Ware auf einem Fahrzeug entstehen, setzen sich aus vielen verschiedenen und gleichzeitig wirkenden Schwingungen und Stößen zusammen.

Erreichen diese Schwingungen die Eigenfrequenz des Packgutes, kann dadurch die sogenannte Resonanz entstehen. Die Beschleunigung der Ware in der Vertikalrichtung wird hierbei verstärkt, die Schutzwirkung des eingesetzten Polstermittels wird aufgehoben, und es tritt eine zusätzliche Gefährdung der gepolsterten Ware ein.

Besonders für den Transport empfindlicher Waren, wie Messgeräte oder elektronische Bauteile, müssen aus diesem Grund Frequenzwerte der eingesetzten Transportmittel sowie die Eigenfrequenzen von Polstermittel und Transportgut bekannt und aufeinander abgestimmt sein. So kann beim Transport von Elektronikbauteilen durch den Einsatz eines luftgefederten Lkw das Erreichen der sogenannten Anregungsfrequenz vermieden werden. Diese Anregungsfrequenz wäre unter ungünstigen Umständen beim Transport der Ware auf einem blattgefederten Fahrzeug erreicht worden und hätte dann zu einer Resonanzüberhöhung des Packgutes und bei Erreichen des Resonanzbereiches des Polstermittels zu einer Beschädigung des Packgutes geführt.

Belastungsbereich des Polstermittels

Jedes Polstermaterial besitzt einen Belastungsbereich, in dem es seine optimale Wirksamkeit besitzt. Zur Auswahl des geeigneten Polstermittels dienen sogenannte Polsterkurven, aus denen die maximale Stoßverzögerung in Abhängigkeit von der statischen Flächenlast zu entnehmen ist. Mit Hilfe dieser Polsterkurven ist die Ermittlung von Polsterdicken mit einer genügend großen Stoßdämpfung möglich. Polsterkurven werden jeweils für eine bestimmte Fallhöhe erstellt. Als Ergebnis entnimmt man ihnen, dass zum Beispiel eine Polsterdicke von 5 cm eines Schaumkunststoffes benötigt wird, um die auftretenden Stoßkräfte auf das zulässige Maß von maximal 30 g verringern zu können. Die benötigte Fläche zur Unterpolsterung des Packgutes kann anschließend durch eine einfache Berechnung ermittelt werden.



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Darstellung verschiedener Polstermittelarten


Luftkissenpolster

Luftkissenpolster bestehen aus einer elastischen Folie, die mit Luft gefüllt wird. Im Ruhezustand wirkt nur die statische Belastung durch das Packgutgewicht auf das Polster. Kommt es zusätzlich zu dynamischen Belastungen, werden diese durch das Eindrücken des Kissens gedämpft.

Die Menge der eingefüllten Luft kann je nach den jeweiligen Eigenschaften und Anforderungen des Packgutes variiert werden. Luftkissenpolster werden in verschiedenen Größen und Bauarten vertrieben. Die Spanne reicht von Kugeln, normalen Kissen bis hin zu Eck- und Kantenpolstern sowie Polstern in Schlauchform.

Luftkissenpolster werden hauptsächlich in Containern und Eisenbahnwaggons eingesetzt und selten in Lkw.

Vorteile des Luftkissenpolsters:

leichte Handhabbarkeit
nicht hygroskopisch
sehr variabel einsetzbar
wenig anfällig gegenüber extremen klimatischen Verhältnissen (Wärme, Kälte)
hohe Rückstellkraft und optimale Dämpfungseigenschaften


Nachteil des Luftkissenpolsters:

anfällig gegen spitze und scharfe Gegenstände, wie Nägel o.ä.


Luftpolsterfolien

Die Wirkungsweise der Luftpolsterfolien entspricht grundsätzlich der der Luftkissenpolster. Sie bestehen aus zwei aufeinander geschweißten Kunststofffolien, von denen eine völlig glatt und die andere mit kleinen, runden Vertiefungen versehen ist, in denen sich nach dem Zusammenschweißen die erforderliche Luft befindet. Luftpolsterfolien werden hauptsächlich innerhalb von Packmitteln eingesetzt. Die Vor- und Nachteile entsprechen im wesentlichen denen der Luftkissenpolster.


Faserpolster

Faserpolster gelten als hochwertiges Polstermaterial für Packgüter mit hohen Anforderungen. Sie werden aus Tierhaaren oder Kokosfasern hergestellt. Nach der Reinigung und Verarbeitung zu Vliesen werden die Fasern mit einem Gummiüberzug versehen und durch die Vulkanisierung fest miteinander zu Platten verbunden.

Faserpolster sind relativ unempfindlich gegenüber Feuchte- und Temperatureinflüssen. Sie besitzen auch bei dauerhaften Belastungen eine sehr gute Rückstellkraft.


Polstermittel aus Schaumkunststoffen

Polstermittel aus Schaumkunststoffen werden hauptsächlich aus den Materialien Polystyrol (PS), Polyurethan (PU) und Polyäthylen (PE) hergestellt. Die Schaumkunststoffe werden in weiche, halbharte und harte Ausführungen unterschieden. Wichtig für ihre Polstereigenschaften ist neben dem Raumgewicht auch ihre Zellstruktur. Im folgenden wird kurz auf die speziellen Eigenschaften der verschiedenen Ausgangsmaterialien eingegangen.

Polystyrol (PS):

PS ist ein eher weicher, elastischer Schaumkunststoff mit geschlossenen Zellen, in denen sich die für die Federeigenschaft benötigte Luft befindet. Die Rückstellkraft ist jedoch begrenzt.

PS ist selbst nicht hygroskopisch und behält daher auch unter Feuchteeinflüssen seine volle Funktionsfähigkeit bei. Es muss jedoch beachtet werden, dass Polstermittel aus PS aufgrund ihres Aufbaues (eingeschlossene Kapillaren) trotzdem zu einer gewissen Wasserdampfaufnahme bzw. -abgabe neigen. Daher müssen bei korrosionsgefährdeten Packgütern entsprechende Schutzmaßnahmen getroffen werden.

Polstermittel aus PS werden als größere Formteile, wie Polsterrahmen, Kantenpolster oder Eckpolster, sowie als kleine Schüttpolster, die sogenannten Chips, hergestellt. Bei Verwendung von großen Formteilen muss die Polsterfläche oft verringert werden, da die statischen Flächenlasten der Packgüter nicht hoch genug sind, um eine effektive Polsterung zu gewährleisten.


Polyurethan (PU):

PU werden als weiche, halbharte und harte Kunststoffe mit offener Zellstruktur hergestellt. Für den Bereich des Verpackungswesens werden hauptsächlich weiche und halbharte Polyurethane eingesetzt.

Mit zunehmender Härte der PU-Schaumstoffe nimmt ihre Dämpfung zu und die Rückstellkraft und ihre Elastizität ab.

Besonders bei mehrmaliger gleichartiger Belastung kann dies bei zu hartem Schaumstoff zu Problemen führen, da die Rückstellkraft immer mehr abnimmt.

Polyurethanschaumstoffe werden als größere Formteile hergestellt. Hauptsächlich geschieht dies durch Direkteinschäumung um das zu verpackende Gut herum. Ist dies nicht möglich, können die Formteile auch vorgeschäumt werden.

Ein Nachteil der PU-Schäume liegt in der relativ schwierigen Herstellung. Daher eignen sie sich nicht so sehr für Massenproduktionen, sondern eher für die Verpackung und Polsterung von ständig wechselnden Packgütern.


Polyethylen (PE):

Polyethylenschaumstoffe bestehen wie die Polystyrole aus geschlossenen Zellen. Sie besitzen hervorragende Polstereigenschaften, die mit denen der Faserpolster zu vergleichen sind. Selbst bei größten Belastungen behalten sie ihr Polstervermögen bei.

PE-Schaumstoffe haben jedoch zwei entscheidende Nachteile. Zum einen sind sie sehr teuer, wodurch ihr Einsatz häufig von vornherein ausgeschlossen wird, zum anderen sind sie nicht witterungsbeständig.


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