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Siegeln

Siegeln und Siegelnähte an Verpackungen

Gut ausgeführte Siegelnähte schützen das Produkt und sparen Material.
(Bild: Mack)

Die am häufigsten eingesetzten Siegelverfahren bei der Erstellung von Beuteln, beim Verschließen gefüllter Becher und Schalen sowie dem Verpacken von riegel- oder tafelförmigen Lebensmitteln in siegelfähige Packstoffe aus Kunststoffen oder siegelfähigen anderen Packstoffen sind das Wärmekontakt-Siegeln und das Kaltsiegeln, bei dem lediglich der Anpressdruck erforderlich ist, um zwei mit Kaltklebern beschichtete Bahnen zusammenführen.

Beschrieben werden die Ausführung der Siegelnähte an den Verpackungen, ebenso perfekte aber auch eindeutig weniger gute Siegelnähte, die heute immer noch in vielen Fällen zu üppig ausfallen sowie zu unnötigem Materialverbrauch führen. Dieser Erscheinung wurde bisher wenig Bedeutung zugemessen. Das Verpackungsgesetz – VerpackG – fordert jedoch Materialeinsparungen und die dargestellten Beispiele zeigen, welche hohen Kosten und Entsorgungsgebühren und schließlich CO2-Äquivalente eingespart werden können, wenn mit ganz wenig Aufwand an den Verpackungslinien die Siegelnahtbreiten und Überlappungen reduziert werden.

Unterschiedliche Siegelnahtfestigkeiten

Heißsiegeln ist das Verbinden von thermoplastischen Beschichtungen auf Trägerstoffen oder von rein thermoplastischen Kunststoffen unter den Einwirkungen von Zeit, (Press-)Druck und Temperatur, wobei die Trägerstoffe jedoch nicht aufgeschmolzen werden. Das Siegeln mit Ultraschall hat ein anderes Prinzip, die Schallwellen durchdringen bis zur Siegelschicht selbst dickere Packstoffe wie Karton oder andere mehrlagige Laminate. Nur das Siegelmedium wird dabei aktiviert.

Bei der Herstellung von Siegelnähten werden drei Varianten unterschieden:

  • die untrennbare, feste und dichte Siegelnaht, erzeugt durch Zeit, Druck und Temperatur, beispielsweise bei mit empfindlichen Lebensmitteln gefüllten Beuteln,
  • die peelbare Siegelung, erzeugt durch geringere Zeit-, Druck- und Temperaturbeaufschlagung, beispielsweise die abziehbare Kunststoff-Platine auf einem Becher oder einer Schale,
  • die „kaltgesiegelte“ Verbindung von zwei Packstoffbahnen, die auf der mit dem Füllgut in direktem Kontakt stehenden Seite mit Kaltkleber meist auf Latexbasis beschichtet sind. Lediglich der Zusammenpressdruck bestimmt die Festigkeit, Wärme oder gar Hitze sind dabei nicht im Spiel.

Kaltsiegelung wird bei wärmeempfindlichen Packgütern wie Eiscreme, Lollis, Schokolade oder leicht schmelzenden Überzügen bei Riegelware angewendet.

Physik des Wärmekontakt-Siegelns

Bei PE werden zwei übereinanderliegende, siegelfähige Packstoffe mittels beheizter Siegelwerkzeuge über einen definitiven Zeitraum hinweg unter Anpressdruck mit Wärme beaufschlagt, so geschieht ein Aufschmelzen der Kunststoffe: Die verschlungenen, verfitzten und verfilzten Makromoleküle der zwei teilkristallinen Polymere erweitern sich unter der Wärmebeaufschlagung, beginnen sich schneller zu bewegen – die Brown’sche Molekuarbewegung – , beginnen auch teilweise sich zu entwirren und untereinander zu „vermischen“. Bei Abkühlung der Siegelstelle bildet sich dann wieder der untrennbare, teilkristalline Zustand des Kunststoffs. Aus den ehemals zwei getrennten Folienschichten ist nun eine dickere und homogenere geworden: die Siegelnaht.

Wärmekontakt-Siegeln

Siegelzeit, Siegeldruck und Siegeltemperatur sind die drei hinlänglich und überall bekannten Parameter, die eine Siegelnaht und deren Festigkeit ausmachen. Dem vierten Aspekt hingegen wird weniger Bedeutung zugemessen, der Planparallelität der Siegelwerkzeuge beziehungsweise Siegelbacken (siehe weiter unten).

Weicht nur eine dieser Voraussetzungen „im Laufe des Tages“ vom einmal eingestellten Optimum ab, sei es durch einen selbst nur kurzen Maschinenstillstand, einen Produktwechsel oder weil das Personal an der Anlage meint, „nachjustieren zu müssen“, so besteht die Gefahr der Undichtigkeit an den Verpackungen. Moderne Anlagen können das automatisch regeln.

Planparallelität der Siegelbacken

Meist bestehen die Packstoffe für Beutel aus bedruckten 20 bis 60 my dicken Kunststofffolien, PE oder PP als Siegelmedium. Im Laufe der millionenfachen Siegelungen kommen die Siegelbacken jedoch in sehr engen, festen Kontakt mit den Packstoffen, sodass sich Rückstände daraus auf den Siegelbacken ablagern können, was soweit gehen kann, dass die Planparallelität und vor allem der erforderliche gleichmäßige Wärmedurchgang nicht mehr gewährleistet ist. Oft aber auch ist es der Staub, der beim Einfüllen von pulvrigen oder körnigen Füllgütern ausgeht und sich im Siegelbereich vor allem festsetzt. Was sich an den Siegelbacken sehr fest angesetzt hat, sind Teile der Druckfarben, der Stabilisatoren, Gleitmittel und sonstigen Zusatzstoffe aus den Kunststoff-Blends, die dann „eingebrannt“ sind.

Jeder Betrieb ist gut beraten, im Rahmen seiner vorbeugenden Instandhaltung, die Siegelbacken in regelmäßigen Abständen auf Planparallelität zu überprüfen und von den Rückständen darauf zu reinigen. Ein „bewährtes Hausmittel“ vor allem bei älteren Anlagen ist der Einsatz von Messingbürsten und von später zwischen die Siegelbacken eingebrachtem Blaupapier, das nach Schließen des Werkzeugs und wieder Öffnen die nicht tragenden Stellen sogleich sichtbar macht. Selbstverständlich sollte stets auch ein Satz überholter oder neuer Siegelwerkzeuge aus Sicherheitsgründen in Reserve gehalten werden, was in kleineren und mittleren Betrieben oft nicht selbstverständlich ist. Inzwischen wird auf diesem Gebiet nach höchst sensibel arbeitenden Sensoren geforscht und entwickelt, die auch unter den harten Bedingungen von Hitze und Druck zuverlässig jede Ungenauigkeit an den Siegelflächen der Werkzeuge registrieren.

Vorbeugende Instandhaltung heißt, dass nach einer vom Betrieb festzusetzenden Laufzeit die Segelwerkzeuge gereinigt, kalibriert oder ausgetauscht werden sollten.

Korrektes Siegeln schützt Lebensmittel vor Verderb.
(Bild: Koosen – Stock.adobe.com)

Ausführung der Siegelbacken

Erste Goldene Regel: Ganz klar – nur geriffelte Siegelbacken mit Riffelungen stets parallel zu den Beutelkanten und niemals rechtwinkelig dazu, garantieren Sicherheit, glatte Siegelbacken nicht.

Zweite Goldene Regel: Stets leicht abgerundete Außenkanten an den Siegelwerkzeugen dort, wo diese mit den Packstoffen in Berührung kommen. Niemals scharfkantige, rechteckige.

Im Inneren eines gefüllten und verschlossenen Beutels – vor allem dann, wenn Schutzbegasung noch im Spiel ist – herrschen andere „klimatische“ Bedingungen als außen. Aromastoffe, Gase und Wasserdampf versuchen von innen nach außen und umgekehrt eine „Balance“, einen Ausgleich herzustellen. Zum Beutelrand parallele geriffelte Siegelnähte muss man sich wie Berg und Tal vorstellen, die Moleküle der Riechstoffe, Gase und des Wassers müssen die Barrieren schwieriger überwinden als bei Siegelnahtausführungen, die rechtwinklig zum Beutelrand gefertigt sind.

Abgerundete und bestimmt nicht scharfkantige Siegelbacken, ein häufig vorkommender Fehler, verhindern das Durchsiegeln, ein sogenanntes „Totsiegeln“, ein Wegquetschen des Siegelmediums, eine Verdünnung der Materialdicke mit der Folge deutlich ansteigender Undichtigkeit. Genau dort tritt eine Art Easy-Opening-Effekt auf, ein leichteres Öffnen auf Kosten der Dichtigkeit der Verpackung.

Prüfung der Naht-Dichtigkeit

Die Prüfungen der Festigkeit, der Dichtigkeit und Ausführung von Siegelnähten müssen in die Qualitätsprüfung einfließen. Vor allem dann, wenn es sich um die Verpackung flüssiger Füllgüter wie Kindergetränke oder nasser, wie das als schwierig bezeichnete Dosieren und Verpacken von Sauerkraut, handelt. Erstaunlich viele eher kleine Abfüller wissen kaum, dass es eine Reihe von DIN-Normen zur Prüfung von Siegelungen gibt. Die DIN EN ISO Norm 11607 „Validierung des Siegelnahtprozesses“ wäre da ein guter Einstieg.

Für Siegelnahtfestigkeiten, Mikroton-Schnitte und alle sonstige Prüfungen bietet sich beispielsweise die BFSV Verpackungsinstitut Hamburg GmbH mit großer Erfahrung an.

Easy-Opening oft schwierig

Ein seltsames und weit verbreitetes Phänomen, ja, ein regelrechtes Defizit ist das meist immer noch vernachlässigte leichte und problemlose Öffnen.

Wie die Erfahrung tagtäglich nach jedem Einkauf im Supermarkt zeigt, lassen sich heute noch viel zu viele Beutel, aber auch versiegelte Behältnisse, schlecht öffnen, sie sind regelrecht „zugebraten“. Manche Verbraucher nehmen zum Öffnen dann die Zähne dazu, andere suchen nach einer Schere oder einem Messer, beides Werkzeuge, die es doch selbstverständlich in jeder Hosen- oder Handtasche stets griffbereit gibt.

Und dabei wäre das Öffnen doch so einfach zu bewerkstelligen durch eine Kerbe, einen deutlichen kleinen Einschnitt in der Siegelnaht oder eine deutlichen Zackung der oberen Siegelnaht.

Siegelnahtbreiten reduzieren, Material einsparen

Zum wiederholten Mal: Wir haben ein Verpackungsgesetz, das unter anderem die Reduzierung von Verpackungsaufwand fordert. Was bei Sauerkraut möglich ist, jenem heute noch als schwerst abfüllbar geltendem Produkt voller Flüssigkeit, mit charakteristischem etwas strengem Geruch nach Milchsäure und ebenso bei Beuteln mit Chips, beide mit sensationellen Siegelnahtbreiten von lediglich 4 mm, das müsste mittelfristig ohne allzu großen Aufwand bei vielen anderen auch möglich sein. Wohl wissend, dass viele jetzt die Stirn runzeln werden und sagen, es sei bei ihnen unmöglich. Und wohl wissend auch um Proteste von Marketing und Verkauf, die heftig um das Euroloch kämpfen werden und überhaupt nicht wissen, wieviel Prozent seiner Produkte mit dieser überholten Verkaufshilfe an den Verbraucher gelangen.

Über den Autor
Autorenbild
Prof. Ulrich Mack

Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg/Vorstandsmitglied und Beirat der BFSV e. V.

Über die Firma
BFSV Institut für BFSV an der HAW Hamburg
Hamburg
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