abgeschlossene Promotionen & Habilitationen

Dissertation

Die Beobachtung von Glätte- und Glanzsteigerungen bei der Herstellung von klebemittelfreier Wellpappe unter Nutzung der Hochleistungs-Ultraschalltechnologie sowie das Wissen um die momentanen Defizite der Satinagetechnik waren ausreichende Motivation für diese For-schungsarbeit. Ziel war es, zu klären, ob und wenn ja in wie weit es möglich ist, mittels Hochleistungs-Ultraschall Papier- und Kartonoberflächen volumenschonend zu glätten.rnZu Beginn der Forschungsarbeiten und bis zur Fertigstellung der Arbeit existieren keine fertigen und kommerziell verfügbaren Anlagen zur Ultraschall-Papierglättung. Um jedoch die Versuche von Beginn an mit einer hohen Reproduzierbarkeit durchführen zu können, wurden in dieser Arbeit unter Beachtung höchster Ansprüche an die maschinenbauliche Umsetzung und die integrierte Messtechnik zwei eigene Versuchsanlagen konstruiert und anschließend mit Hilfe von Industriepartnern gebaut.rnIn der ersten, einer Anlage mit „fest stehender Sonotrode“ wurden alle grundlegenden Zu-sammenhänge zwischen den technischen Parametern (Schwingweite, Anpressdruck, Bahngeschwindigkeit, Ambosswerkstoff) sowie den technologischen Einflussgrößen des Papiers (Faserrohstoff, Entwässerungswiderstand, Füllstoffgehalt, Papierfeuchte) auf die Beeinflussung ausgewählter Papiereigenschaften untersucht. Diese Untersuchungen beschränkten sich auf die für den Papierverarbeiter besonders interessanten Eigenschaften wie Dicke, Glätte und Glanz sowie der Biegesteifigkeit.rnMit der zweiten, einer mit einer rotierenden Sonotrode arbeitenden Versuchsanlage mit 350 mm Bahnbreite, wurde das Ultraschall-Glättverfahren in einen kontinuierlichen Prozess übertragen.rnIm Vorfeld der Untersuchungen wurde eine Arbeitshypothese aufgestellt, zu deren Prüfung die einzelnen entsprechend strukturiert wurden. Die Hypothese besteht darin, dass es aufgrund innerer und äußerer Reibungsverluste zwischen der Sonotrode und dem beschallten Papier zu einer Wärmeentwicklung vor allem an der Papieroberfläche kommt. Die Wärme-entwicklung ist ausreichend, um die einzelnen Polymere im Papier auf eine Temperatur ober-halb ihrer Glasübergangstemperatur zu erhitzen, so dass sie dann in einem Zustand einfacher plastischer Verformbarkeit vorliegen. Ein moderater Anpressdruck der Sonotrode sowie deren hohe Beschleunigungskräfte führen schließlich zur Einebnung des Rauheitsprofils der Probenoberfläche. Durch ein rasches Abkühlen der Probe beim Verlassen des Behandlungsnips sinken die Temperaturen unterhalb der Glasübergangstemperatur und der geglättete Zustand der Oberfläche bleibt erhalten.rnZur Bewertung der Reibung sowie der Behandlungstemperaturen wurden neben den typischen Papierprüfungen auch tribologische und thermografische Betrachtungen des Ultra-schall-Glättprozesses durchgeführt.rnMit der Hochleistungs-Ultraschalltechnologie ist es möglich, Papiere heute relevanter Rohstoffzusammensetzungen zu glätten. Besonders geeignet sind Papiere mit Bestandteilen hoher Wärmesensitivität.rnAlle Maßnahmen, welche die Reibung zwischen der Sonotrode und der Papieroberfläche erhöhen, tragen zu einer raschen Erwärmung der Probe bei und schaffen damit die notwendige Voraussetzung für deren einfache plastische Verformbarkeit.rnDurch die im Papier verrichtete Reibarbeit können im Behandlungsnip Temperaturen erzeugt werden, welche deutlich oberhalb der in der Literatur dokumentierten Glasübergangstemperatur für die einzelnen im Papier enthaltenen Polymere (Cellulose, Hemicellulose, Lignin) liegn.rn

Ultraschall, Hochleistung, Glättung, Papier, Satinage, Volumen, volumenschonend