Wellpappenherstellung
Produktivitätsverbesserung bei gleichzeitiger Verbesserung der Planlage (Teil 1)
Ausführliche Beschreibung des PTS-Forschungsprojektes.
Zusammenfassung
Das Ziel des Forschungsprojekts war die simulationsgestützte Verfahrensoptimierung der Wellpappenherstellung durch eine Verringerung von Planlageabweichungen zur Produktivitätssteigerung von Wellpappenanlagen. Durch simulationsgestützte Optimierungsmaßnahmen kann eine Reduzierung von nicht plan liegenden Wellpappen und in Folge eine Qualitätsverbesserung an der Wellpappenanlage erreicht werden. Darüber hinaus können durch eine Verringerung von Produktivitätseinbußen in den nachgeschalteten Weiterverarbeitungsprozessen auch hier Produktivitätssteigerungen erzielt werden.
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Erfassung der Flüssigkeitspenetration mit Hilfe des Penetrations Dynamic Analysators (PDA)
Die Erfassung der Penetrationsdynamik mittels Ultraschall-Dämpfungsmessung ist eine Methode zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Flüssigkeiten und flachen Materialproben wie Papier, Karton, Textilien usw. Dazu wurde ein Penetrations Dynamic Analyzer "emtec PDA.C 02" der Emtec Electronic GmbH, Leipzig, eingesetzt.
Das Messverfahren beruht auf dem Prinzip der Erfassung der Intensitätsänderung von Ultraschallsignalen, die eine Materialprobe während des einseitigen Kontaktes mit einer Flüssigkeit - hier Wasser - durchdringen. Das Wasser sowie der Kunststoff des Probenträgers übertragen Ultraschallsignale mit kurzer Weglänge mit beinahe unverminderter Intensität. Trockenes Papier dagegen absorbiert einen großen Teil dieser Signale auf Grund der in den Poren enthaltenen Luft. Mit dem Eindringen des Wassers wird die Luft verdrängt und das Porenvolumen mit Wasser aufgefüllt, was zu Veränderungen des Ultraschallsignals führt.
Erfassung der Nassdehnung mit Hilfe des Wet Stretch Dynamics Analyzer (WSDA)
Das Gerät besteht aus einem Kontaktgefäß, in dem die Prüfflüssigkeit (destilliertes Wasser) eingefüllt wird. Das Gefäß wird solange befüllt, bis die Oberflächenspannung bricht und ein Teil der Flüssigkeit abläuft. So ist sichergestellt, dass immer mit derselben Menge gemessen wird.
Oberhalb dieses Gefäßes befindet sich am Stativ die Einspannvorrichtung mit den Klemmen zum Einspannen der Papierprobe. An dieser Vorrichtung befinden sich ein Waagebalken zum Einstellen der Vorspannkraft, sowie der Wegmesssensor zur Aufnahme der Längenänderung des Papiers während der Nassdehnungsmessung.
Der Prüfstreifen wird in der gewünschten Orientierung mit den Abmessungen 210 mm x 60 mm mittels einer Schablone und einem Markierungsstift vorbereitet, so dass bei der nachfolgenden Penetration das Wasser nicht über die Messfläche hinaus ins Papier eindringen kann. Anschließend wird der Streifen in die Spannvorrichtung eingelegt, so dass die Zungen der Waagebalken exakt übereinstimmen.
Die eingespannte Probe wird auf das im Normalfall mit Wasser gefüllte Kontaktgefäß gefahren und ab dem Zeitpunkt, wenn das Messgerät in Ruhe ist, die Längenänderung des Streifens gemessen. Die Messung erfolgt über einen Wegmesssensor und die Nassdehnung wird in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet. Die Messwerte werden am dem Zeitpunkt Null, das heißt ab dem Flüssigkeitskontakt gemessen, aber wegen der mechanischen Schwingung beim Kontakt erst nach 250 ms als Messkurve dargestellt.
Die Besonderheit der Methode ist die Möglichkeit, Ober- und Unterseite der Papierprobe getrennt messen zu können, weil die Benetzung des Papiers jeweils nur von einer Seite aus erfolgt.
Erfassung der Dimensionsänderung unter Hitzeeinwirkung durch das Messgerät Heat Shrinkage Analyzer (HSA)
Das Messgerät Heat Shrinkage Analyzer (HSA) dient zur Erfassung der Dynamik der Dimensionsänderung einer Papierprobe unter einseitiger Hitzeeinwirkung. Das Gerät besteht aus einer Einspannvorrichtung ähnlich wie beim Wet Stretch Dynamic Analyzer, allerdings wird hier der Papierstreifen auf eine Heizzelle aufgelegt.
In dem Heat Shrinkage Analyzer (HSA) werden Papierstreifen mit einer Breite von 60 mm und einer Länge von 210 mm zwischen zwei Einspannklemmen fixiert. An einer der Klemmen kann eine Vorspannung von 0-5 N über den Waagebalken angelegt werden. Unter dem eingespannten Papierstreifen befindet sich die Heizzelle (Fläche 60 mm x 60 mm) mit stufenlos regulierbarer Temperatur. Über Sensoren in den Einpannklemmen wird die Dimensionsänderung gemessen. Als Messergebnis erhält man ein Dimensions-Zeit-Diagramm, wobei die Längenänderung der Probe in Prozent angegeben wird. Die Auswertung der Daten bezieht sich nur auf die beheizte Teilfläche des Papiers von 60 x 60 mm.
