Belastning och påkänningar på träförpackningar

En rätt konstruerad förpackning ska skydda godset med hänsyn till:

• Mekaniska påkänningar
• Godsets värde
• Klimatpåkänningar
• Tryckstötar och vibrationer
• Fukt
• Biologiska angrepp
• Godsets vikt, viktfördelning och form.

Dessutom ska träförpackningen underlätta varuhantering och identifiering. I det här avsnittet beskrivs främst mekaniska påkänningar och klimatpåkänningar. Biologiska angrepp och fukt redovisas under avsnittet om trä.

Mekaniska påkänningar

Mekaniska påkänningar uppstår på olika sätt vid transport, hantering och lagring. Träförpackningen måste konstrueras för att klara både statisk och dynamisk belastning. Statiska påkänningar uppstår vid stapling av gods. Dynamiska påkänningar såsom exempelvis stötar i järnvägsvagnar vid växling, vid fartygsstampningar i hård vind, i fordon som plötsligt accelereras eller bromsas och vid dåliga väderförhållanden. Se vidare under kapitlet Val av emballagetyp (avsnittet Lådor/Dimensionering för att klara olika belastningar), hur konstruktionerna av emballage anpassas efter olika mekaniska påkänningar.

Hantering

Påkänningar vid hantering beror oftast på att kollit tappas eller stjälps. För att dimensionera förpackningen för den typen av påkänningar kan fallhöjdsberäkningar användas. Fallhöjden i det här sammanhanget avser den höjd som godset kommer att falla beroende på den hantering det sannolikt utsätts för. Tabell 3.1 visar vilka fallhöjder som kan vara aktuella vid olika godsvikter i Sverige.

Tabellen ska ses som en indikation. Godsets beskaffenhet har också stor betydelse för bestämning av fallhöjd. Bräckligt eller explosivt gods kan exempelvis inte hanteras så ovarsamt som tabellen anger.

Tabell 3.1  Aktuella fallhöjder vid olika godsvikter i Sverige

Stapling

Stapeltryck är mått på tryckpåkänning som uppstår vid stapling av gods i lager och under transport. Stapeltrycket beräknas ur en funktion av stapelns höjd och vikt per ytenhet.

I fartyg är stuvhöjden på mellandäck 2,5 – 4 m och på undre däck anges variationer från 5 – 6 m till 8 – 10 m. Stapelhöjden på tåg och i flygplan är cirka 2 m, i lastbilar upp till 3,5 m och i lagerlokaler kan 10 m höga staplar förekomma.

Belastning på botten av en stapel beräknas enligt:

där:

a                         är bottenytan (m²).
h_st                      är stapelhöjden (m).
d                         är godsets densitet (kg/m³).
g                         är jordacceleration (9,8 m/s²).

Stapeltrycket på botten i en stapel beräknas enligt:

Stapeltrycket på ett lådlock beräknas enligt:

där h är höjden på packstycket.

Det finns ett antal faktorer som formeln inte tar hänsyn till men som ändå måste beaktas:

• Godsets medeldensitet kan vara svår att bestämma. Om godset inte är homogent och trälådorna inte staplas regelbundet blir belastningen större på vissa enskilda ytor än vad som framgår i beräkningen ovan. Beräkningen kompletteras genom en säkerhetsmarginal som tas fram genom kontrollberäkning. Beräkningen utgår från den maximala medeldensiteten i det heterogena godset.
• För staplar som innehåller lastpallar koncentreras trycket till  medarnas yta. Säkerhetsmarginal beräknas genom att minska ytan till motsvarande medarnas yta och beräkna stapeltryck utifrån  den arean.
• För staplar som består av kollin med olika ytor, i regel mindre förpackningar i ett lager på förpackningar med större yta, behöver lasten i regel fördelas, till exempel med hjälp av träreglar som  placeras på den ledd där förpackningarna har samma mått, om det finns en sådan. Annars bör ett litet kolli som placeras på ett större hålla en låg vikt.
• Centrifugalkraften i fordon som går igenom en kurva har betydelse för dåligt staplat gods. Den faktorn går inte att anpassa på ett bra sätt genom att överdimensionera godset utan hanteras bäst genom att försäkra sig om att godset lastas och säkras på ett bra sätt.

Normalt stapeltryck vid sjötransport varierar från 15 kN/m² vid stapelhöjd 3,5 m till 24 kN/m² vid stapelhöjd 6 m. Motsvarande värden för maximalt stapeltryck är 24 kN/m² respektive 42 kN/m². Även lastbilstransporter brukar kunna ha en stapelhöjd på 3,5 m vilket innebär 15 kN/m².

 Det är viktigt att anpassa förpackningarna så att de klarar stapeltrycket. Foto Lennart Bergvall/Karl Hedin.

Krafter vid kranhantering

Trälådor hanteras normalt med någon typ av lyftkrok och kätting eller lyftsling. Vid lådtillverkningen är det framför allt viktigt att locket är konstruerat för att klara belastningen. Det beskrivs närmare i kapitel Val av emballagetyp. Dessutom är det viktigt att märka upp lådans tyngdpunkt, lyftpunkter och vinkel på kättingen eller slingen. Se vidare i kapitel Förband och förbindare, om märkning av gods. Lyfts trälådan med en felaktig vinkel kommer belastningen att bli högre och i fel punkter.

Beräkning av tvärtryckskrafterna som uppstår på ett lock vid lastning med hjälp av en lyftsling och antagen repvinkel av α = 60° kan utföras enligt följande formel:

Med partialkoefficienter i brottstadiet enligt SS-EN 1991 γ_Q,1 = 1,50 γ_D = 1,0 och ett dynamiskt tillskott ⧞2 = 2,0 samt ett tillskott för eventuell snedställning av stropp = 1,05 får vi:

I exemplet blir F_D = 0,455 ∙ 1 000 ∙ 9,81 N = 4,6 kN för ett gods som väger 1 000 kg.

Figur 3.1  Lyft med en lyftkrok ger belastningar som locket måste dimensioneras för. Vanligen blir lyftvinkeln cirka 60°.

Figur 3.2  Fördelning av tryckkrafterna genom två lyftpunkter och en rakare vinkel ger minskad belastning på locket. 

Horisontella påkänningar

Stötpåkänning i horisontell riktning uppstår vid snabba starter eller vid inbromsningar. Träförpackningen bör dimensioneras för följande påfrestningar:

Tabell 3.2  Förväntade påfrestningar vid olika transportsätt.

Vid järnvägstransport är det framför allt vid växling som det uppstår horisontella påkänningar. Hur stora påkänningarna är vid växling på järnväg varierar mellan olika länder och deras järnvägsstandard. För att minska de horisontella påkänningarna vid frakt på järnväg kan godset fraktas i container.

Vid lyft och gång i grov sjö bör man räkna med en dynamisk effekt som kan uppgå till φ_d = 2,0. Sådan last har momentan varaktighet och får då i klimatklass 3 k_mod = 0,9.

k_mod är en korrektionsfaktor som tar hänsyn till inverkan av lastvaraktighet och fuktkvot.

Vid normal transport kan man räkna med en måttlig dynamisk effekt uppskattningsvis φ_d = 1,5. Sådan last har medellång varaktighet och får då i klimatklass 3 k_mod = 0,65.

Vid lagring kan man bortse från dynamisk effekt, φ_d =1,2. Sådan last har lång varaktighet och får då i klimatklass 3 k_mod = 0,55. I klimatklass 2 k_mod = 0,7.

Samtliga värden baserar sig på att lasten är väl förankrad. 

Vertikala påkänningar

En risk vid vertikal påkänning är att förpackningen tippar. Tippning uppstår om tyngdpunkten ligger utanför medelpunkten av kollit. Omlastning och lyft ger också upphov till vertikala påkänningar. Lutningar i backar eller doserade kurvor ger upphov till centrifugalkrafter som minskar eller ökar de bromskrafter och centrifugalkrafter som ska beaktas. Vertikala påkänningar kan uppkomma vid alla slags transporter. 

Figur 3.3  En förpackning riskerar att tippa om b_s (horisontellt avstånd till tyngdpunkten) är lika med eller mindre än g ∙ h_s (vertikalt avstånd till tyngdpunkten) där g är accelerationen (ungefär 1 g vid vägtransport).

Klimatpåkänningar

För att skydda godset effektivt krävs noggranna upplysningar om klimatförhållandena under transporten. Faktorer som inverkar på godset är:

• Vatten och vattenånga
• Temperatur
• Värme
• Ljus- och UV-strålning
• Havsluft och salt
• Lufttryck. Extremt lufttryck kan påverka förpackning där film ingår
• Damm
• Strålning. 

Klimatzoner

För att anpassa förpackningen till den omgivning den kommer att utsättas för indelas klimatet i fyra nivåer som kräver olika slags anpassning. I dialogen mellan tillverkare och användare kan det vara ett förtydligande av kravspecifikationen på emballaget.

Tabell 3.3  De fyra klimatzonerna.