Blog

Siegeltechnik bei Verpackungen – kleine Fehler, große Wirkung

Siegeltechnik bei Verpackungen entscheidet über Produktschutz, Haltbarkeit und Reklamationsquote. Kleine Abweichungen bei Zeit, Temperatur oder Druck erzeugen Undichtigkeiten – mit großen Folgen für Qualität, Sicherheit und Kosten. 📦

Funktionsprinzip

Beim Versiegeln werden thermoplastische Schichten eines Packstoffs so erwärmt, verpresst und gehalten, dass an der Grenzfläche eine stoffschlüssige Verbindung entsteht. Der Energieeintrag kann erfolgen durch:
– beheizte Siegelbacken (konstante Temperatur)
– Impulssiegeln (kurzer Stromimpuls, gezieltes Aufheizen, anschließendes Haltekühlen)
– Rotationssiegeln (durchlaufende Walzen in Schlauchbeutel- und Flowpack-Maschinen)
– Ultraschallsiegeln (lokale Reibungswärme im Fügeverbund, vorteilhaft bei Produkt- oder Pulverkontamination)
– Induktionssiegeln (Erwärmung von Folien/Alu-Deckeln in Verschlüssen)
Bei beschichteten Papieren oder Heißsiegellacken wird nicht die Trägerschicht verschweißt, sondern der Lack aktiviert und verankert.

Die Grundgrößen sind Zeit, Temperatur, Druck. Ihre Wechselwirkung bestimmt das Prozessfenster („Sealfenster“) zwischen „zu kalt/kurz“ (schwache Naht) und „zu heiß/lang“ (Verzug, Perforation, Geruchsbildung).

Kerndaten und Parameter

  • Siegeltemperatur: Relevante Größe ist die Oberflächentemperatur an der Siegelzone. Sie hängt von Backentemperatur, Kontaktzeit, Wärmeleitfähigkeit und Lagenaufbau ab. Kontaktmessung oder Infrarotmessung verifizieren die tatsächliche Nahttemperatur.
  • Siegeldruck: Gleichmäßige Flächenpressung ist essenziell. Unparallelität oder verschlissene Elastomere erzeugen lokal zu geringen Druck.
  • Siegelzeit und Haltekühlzeit: Genügend Zeit zum Aufschmelzen und anschließenden Erstarren unter Druck verhindert „Rückfeder“-Effekte und Kanäle.
  • Packstoff und Struktur: Siegelmedium (z.B. Polyethylen, Polypropylen, Copolymere, Heißsiegellacke), Dicke, Anzahl Lagen, Aluminium- oder Barrierschichten, Oberflächenprägung.
  • Mechanik der Siegelwerkzeuge: Backenparallelität, Ebenheit, Rändel- oder Glattstruktur, Wärmemasse, Polytetrafluorethylen (PTFE)-Bandzustand, Elastomerauflagen.
  • Linienbedingungen: Vorschubgeschwindigkeit, Bahnspannung, Produktlage (Produktdruck in der Siegelzone), Webführung, Umgebungsbedingungen (Zugluft, Temperatur).
  • Prüfgrößen: Siegelnahtfestigkeit (Peel), Dichtigkeit/Leckfreiheit, optische Nahtqualität, Delaminationsfreiheit.

Verfahren im Überblick

| Verfahren | Stärken | Empfindlichkeiten | Typische Anwendungen |
|—|—|—|—|
| Konstante Wärme (Backen) | stabil, einfach zu regeln | Verschmutzung an der Naht | Beutel, Deckelsiegel |
| Impulssiegeln | geringer Energiebedarf, schonend für Träger | PTFE-Band-Zustand kritisch | Beutel, Folienliner |
| Rotationssiegeln | hohe Taktzahlen, kontinuierlich | Parallelität/Spalt maßgeblich | Flowpack/Schlauchbeutel |
| Ultraschallsiegeln | tolerant gegen Partikel/Feuchte | Werkzeugabstimmung anspruchsvoll | Pulver/feuchte Füllgüter |
| Induktionssiegeln | hermetische Deckel, berührungslos | Folien-/Dichtscheibenqualität | Flaschen/Becher mit Alu-Liner |

🔬 Auswahlkriterium: Für kontaminationsgefährdete Nähte (z.B. pulverige Produkte) punktet Ultraschallsiegeln; für hohe Linienleistung Rotationssiegeln; für energieeffizientes Taktbetrieb Impulssiegeln.

Betrieb und häufige Fehlerbilder

Typische Ursachen – typische Wirkung – schnelle Diagnose:
– Kontamination in der Naht (Produkt, Staub, Kondensat) → Kanäle, intermittierende Lecks. Diagnose: Farbstofftest oder Blasentest; Sichtprüfung auf „Nester“/Fischaugen.
– Zu niedrige Temperatur oder kurze Zeit → geringe Peel-Festigkeit, frühes Versagen. Diagnose: Peel-Test nach definiertem Winkel; Trendabfall in der Siegelnahtfestigkeit.
– Zu hoher Energieeintrag → Sprödbruch, Schrumpf, Folienverzug, Geruch. Diagnose: Glasige, dunkle Naht, perforierte Kanten; Reklamationen wegen sensorischer Abweichungen.
– Ungleichmäßiger Druck (Backen nicht parallel, Elastomer gealtert) → undichte Randzonen. Diagnose: Druckverteilungsfolien, Nahtbreitenvergleich links/rechts.
– Verschlissenes PTFE-Band oder beschädigte Backenoberfläche → Ankleben, Abrisse, unruhige Naht. Diagnose: Anhaftungen, Abdrücke, Faserzüge.
– Falsche Bahnspannung/Webführung → Falten in der Naht, Längskanäle. Diagnose: Faltenabdruck im Nahtbild, korreliert mit Bahnmeißel/Webguide.
– Induktionssiegel: Unvollständige Benetzung oder fehlender Anpressdruck → Teilablösung des Liners. Diagnose: Abziehprobe, 100%-Kamerasicht auf Liner-Sitz.

Praxistests:
– Siegelnahtfestigkeit über Abziehprobe nach genormtem Verfahren (z.B. ASTM F88/F88M).
– Dichtigkeitsprüfung über Blasentest (Unterwasser) oder definierte Differenzdruckprüfung.
– Farbstoffpenetration für Leckkanäle bei porösen Verbünden (medizintechnische Anwendungen).
– Temperaturverifikation an der Naht mit Kontaktfühler oder kalibriertem Infrarot.

Prozessfenster und Validierung

  • Ermittlung des Sealfensters: systematisches Variieren von Temperatur, Zeit und Druck; Bewertung via Festigkeit, Dichtheit und Optik; Festlegung von Freigabegrenzen.
  • Statistische Prozessregelung (SPC): Trends von Temperatur, Siegeldruck und Festigkeit überwachen; Eingriffsgrenzen definieren.
  • Werkzeugeinrichtung: Backenparallelität einstellen; Formschluss und Kontaktfläche prüfen; Rändelmuster passend zum Verbund wählen.
  • Validierung (sterile/medizinische Verpackung): Dokumentierte Qualifizierung von Installation, Betrieb und Leistung – Installation Qualification (IQ), Operational Qualification (OQ), Performance Qualification (PQ) – gemäß ISO 11607-1/-2.

Instandhaltung – gezielt statt „mehr schmieren“

  • Reinigen der Siegelflächen und Entfernen von Anhaftungen; nur freigegebene Mittel verwenden, Rückstandsfreiheit sicherstellen.
  • Zustandsprüfung und rechtzeitiger Tausch von PTFE-Bändern und Elastomerauflagen (Kompression, Risse, Aushärtung).
  • Kalibrierung von Temperaturfühlern und Reglern; Abgleich angezeigte Backentemperatur vs. Nahttemperatur.
  • Prüfung der Backenparallelität und -ebenheit (Fühlerlehre, Eindruckfolie).
  • Mechanik: Lager/Buchsen und Führungen der Siegelmodule auf Spiel prüfen; Schlitten, Spindeln und Exzenter schmieren nach Herstellerfreigabe.
  • Pneumatik/Servoantriebe: Anpressdruck verifizieren; Dämpferzustand; Druckluftqualität (Öl/Wasser) sichern.
  • Ultraschall: Amplitude, Sonotroden- und Ambossverschleiß, Kopplung und Kühlung prüfen.
  • Dokumentation: Chargenbezogene Parameter- und Prüfdaten speichern; Traceability für Reklamationsanalysen.

Inline-Überwachung und Qualitätssicherung

  • Kamerasysteme zur Nahtbildkontrolle (Falten, Verschmutzung, Nahtlage).
  • Kraft-/Wegsensorik im Siegelkopf zur Überwachung der Presskraft und Durchbiegung.
  • Dichtigkeitsprüfungen stichprobenbasiert oder 100% inline je nach Risiko und Produkt; Prüfverfahren müssen validiert und rückführbar sein.
  • Sperrkonzepte: Bei Regelabweichungen automatische Ausschleusung und gesperrte Nachchargen bis zur Freigabe.

Lebensmittelsicherheit und Compliance (EU/AT)

  • Materialien mit Lebensmittelkontakt müssen die Anforderungen der Verordnung (EG) Nr. 1935/2004 erfüllen; Herstellung nach Verordnung (EG) Nr. 2023/2006 (Gute Herstellungspraxis).
  • Nach Verordnung (EG) Nr. 852/2004, Artikel 5, ist ein System auf Grundlage der Gefahrenanalyse und der kritischen Lenkungspunkte einzurichten. Ob die Siegelnahtintegrität als kritischer Lenkungspunkt festzulegen ist, ergibt sich aus der betriebsspezifischen Gefahrenanalyse.
  • Für sterile Medizinprodukte gelten die Anforderungen der ISO 11607-Reihe an Prozessvalidierung und Nachweise der Siegelnahtintegrität.

Fünf-Minuten-Check im Schichtanlauf 🔧

1) Nahtflächen sauber, trocken, frei von Produktresten.
2) PTFE-Band und Elastomere intakt, korrekt gespannt.
3) Nahtbild beidseitig gleichmäßig; keine Falten in der Nahtzone.
4) Kurztest: 5–10 Beutel peelen, Festigkeit und Bruchbild beurteilen; Dichtigkeitsprobe an mindestens einem Prüfling.
5) Parameter gegen Rezeptur prüfen und durch Berechtigungskonzept gegen unbeabsichtigte Änderungen schützen.

Kleine Abweichungen früh erkennen, große Effekte vermeiden – das ist der Hebel in der Siegeltechnik. Wenn Sie Ihr Sealfenster belastbar bestimmen, Prüfungen schlank integrieren und die Mechanik im Griff haben, steigt Prozessfähigkeit und OEE, während Reklamationen fallen.

Quellen
– ISO 11607-1:2020 – Packaging for terminally sterilized medical devices — Requirements for materials, sterile barrier systems and packaging systems (ISO)
– ASTM F88/F88M-23 – Standard Test Method for Seal Strength of Flexible Barrier Materials (ASTM International)
– Verordnung (EG) Nr. 1935/2004 – Materialien und Gegenstände, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen (europa.eu)
– Verordnung (EG) Nr. 2023/2006 – Gute Herstellungspraxis für Materialien und Gegenstände, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln in Berührung zu kommen (europa.eu)

Sie möchten Ihr Siegelverfahren auditfest validieren oder Fehlerbilder systematisch eliminieren? Kontaktieren Sie uns – wir unterstützen praxisnah. Rückfragen ausdrücklich willkommen.

#AnlagenVerstehen #LemconTech #IngenieurbueroLemmerer #Verpackungstechnik #Siegeltechnik #Qualitätssicherung #Instandhaltung #Lebensmittelsicherheit