Wetenschappelijk verpakt: vallende pakketten

Het versturen van losse pakketten blijft maar toenemen. In 2022 werden er wereldwijd 161 miljard pakketten verstuurd, wat naar verwachting zal groeien naar 256 miljard in 2027. Veel pakketten zijn relatief klein en de verpakte producten lopen een hoog risico op beschadiging door de hoeveelheid handelingen (sorteren, verzamelen, transporteren en afleveren). Extra bescherming betekent meer verpakkingsmateriaal, een groter volume en hogere kosten tegenover minder schade. Er wordt dus gezocht naar een evenwicht tussen deze twee.

Onderzoekers Péter Böröcz en Zsófia Németh van Széchenyi István University, Györ, uit Hongarije keken hoe testen worden uitgevoerd en op basis waarvan. Een analyse begint met het kennen van de kwetsbaarheid van het product. Dit wordt in de praktijk vertaald naar de belangrijkste parameter die schade veroorzaakt en dat is de valhoogte. Als deze bekend is, dan kan de mate van bescherming die een verpakking biedt gesimuleerd worden met valtesten.
Behalve de valhoogte wil je weten hoe het pakket valt, oftewel de oriëntatie, en hoe vaak het pakket valt. In de praktijk wordt vaak lucht gebruikt om een product te bufferen, waarmee tegelijkertijd de verschillen in transportwijzen opgevangen worden, maar een optimum wordt vaak niet gezocht.
Om een beter beeld te krijgen van wat er kan gebeuren zijn de laatste decennia veldexperimenten met sensoren die meten wat er onderweg gebeurt. Met deze meetresultaten zijn laboratoriumtesten opgezet, wat heeft geleid tot twee normen voor het verzenden van losse pakketten: ASTM D7386-16 en het ISTA 3A-protocol. De normen worden gebruikt om testen uit te voeren op niveaus die afhangen van het transport zoals dit in de praktijk plaatsvindt. De onderzoekers geven aan dat de testen vooral gebaseerd zijn op handling en transport van Amerikaanse pakketdiensten. ISTA heeft ook data verzameld in andere landen, maar dit heeft niet geleid tot aangepaste normen. Hiermee geven de Hongaarse onderzoekers aan dat de meest gebruikte testen eigenlijk niet afgestemd zijn op de wereldwijde praktijk. Ze hebben daarom een uitgebreide analyse uitgevoerd van valtesten van pakketten.

De vrijeval-tijd en impact

Om de valhoogte vast te stellen worden twee methoden gebruikt. De eerste gaat uit van vrijeval-tijd (real drop height, RDH). Een sensor registreert het begin van een val totdat een impact optreedt. Aan de hand hiervan wordt de valhoogte berekend. De tweede methode gaat uit van de impact die de val veroorzaakt (effective drop height, EDH). De impact wordt gemeten in drie
richtingen en aan de hand van deze waarden wordt de valhoogte bepaald. De formules die voor beide methoden gebruikt worden, zijn relatief eenvoudig. Om een EDH-waarde te vertalen naar een labtest wordt gewerkt met de package profiler method, waarbij een vectorveld bepaald wordt waarmee de richting van de val gesimuleerd kan worden (vanwege de gevraagde nauwkeurigheid kan dit alleen in een labomgeving uitgevoerd worden). Aan de hand van de resultaten worden valhoogtes bepaald voor het te testen pakket, waarbij vorm, materiaal en samenstelling worden meegenomen.

Twijfels bij gebruikte methodes

De onderzoekers hebben veel bedenkingen over de gebruikte methodes. De waarden die gemeten worden geven niet aan of het pakket een draaiende beweging maakte, of het stuiterde over of tegen andere pakketten, of het op een solide ondergrond viel of op een transportmiddel dat gebruikt werd. Vaak worden ook er trillingen gemeten die de meetwaarden complexer kunnen maken.
Normen verschillen in de waarden van frequenties van trillingen die aanbevolen worden te registreren. Literatuur geeft aan dat ook de grootte en het gewicht van het pakket een rol spelen, de afmetingen van de meetapparatuur in de pakketten en ook het gebruikte verpakkingsmateriaal en hoe stijf dit is. Als waarden vertaald worden naar valtesten dan wordt ervan uitgegaan dat een val op een oppervlak onder een hoek van nul graden gebeurt. Uit metingen van diverse onderzoeken blijkt dat dit zelfs bij gebruik van vrijvaltesters niet altijd het geval is. Een afwijking van enkele graden komt vaak voor.

Verschillende uitkomsten

De methodes die gebruikt worden om de testwaarden vast te stellen geven verschillende uitkomsten als de testen herhaald worden met andere pakketten die op dezelfde wijze zijn samengesteld. Bij de EDH-waarden ligt de variatie op ca. 1%, maar bij de RDH-waarden wordt 10% overschatting en 25% onderschatting waargenomen. In een andere studie met relatief zware pakketten (>10kg) werden afwijkingen gevonden van 38,8% overschatting en 10% onderschatting. Een andere variabele is de apparatuur die door de jaren heen beter geworden is.

Tekst gaat verder onder de foto.

In 2022 werden er wereldwijd 161 miljard pakketten verstuurd.

Enorme variatie in testen

De onderzoekers hebben daarom overzichten gemaakt van uitgevoerde testen met als variabelen hoe vaak ze zijn  uitgevoerd (het aantal herhalingen), met hoeveel configuraties, hoeveel verschillende valtesten en in welk jaar de test is uitgevoerd. Hieruit blijkt dat de variatie van de uitgevoerde testen enorm is. Verschillende kartonsoorten maar ook multiplex kratten, verschillende dimensies en gewichten, verschillende valhoogtes, en uitgevoerd op verschillende continenten. Een golfkartonnen doos met B-golf in Europa is niet altijd te vergelijken met een doos met B-golf uit China.

Meer data nodig

De resultaten van het onderzoek laten zien dat er een kloof zit tussen praktijk en valtesten. De onderzoekers geven aan dat er relatief veel data beschikbaar is afkomstig uit de VS en dat de hoeveelheid data uit Europa en het verre oosten ver achterblijft. Wat ook blijkt is dat een val van grote hoogte zelden voorkomt, vaak is het een val van geringe hoogte (minder dan een meter), soms op een hoek of rand van de  verpakking. Het aantal keren dat een pakket valt in de praktijk klopt vrij goed met de vastgestelde testnormen, 17-18 keer. Om de hoeveelheid verpakkingsmateriaal te optimaliseren en de schade te beperken moet meer en betere data uit de praktijk verzameld worden.