Forschungsbericht FOGRA · Faltschachtelkarton Spaltfestigkeit Bogenoffsetdruck Verdruckbarkeit Das Projekt „Einﬂ uss der Spaltfestigkeit von Faltschach-telkartons auf die Verdruck-barkeitseigenschaften

FOGRAMünchen, September 2005 Forschungsgesellschaft Druck

Forschungsbericht

FOGRA-FB/DE--2005/10--DE+40.062

Dipl.-Ing. (FH) Ludwig Zins (FOGRA)Dipl.-Ing. (FH) M. Kemal Güzelarslan (PTS)Dr. Uwe Bertholdt (FOGRA)

Nr. 40.062Einfl uss der Spalt-festigkeit von Falt-schachtelkartons auf die Verdruckbarkeits-eigenschaften im Bogen-Offsetdruck

FOGRA-Forschungsbericht 40.0622

FOGRA-Forschungsberichte geben in ihrem Inhalt die Schlussberichte der von der FOGRA bearbeiteten Forschungsvorhaben wieder. Sie werden herausgegeben von der FOGRA Forschungsgesellschaft Druck e.V., Streitfeldstraße 19, 81673 München; Postfach 80 04 69, 81604 München, Deutschland. Tel.: 089 43182-0, Fax: 089 43182-100, E-Mail: [email protected], Internet: www.fogra.org.© 2005 by FOGRA

Stichworte:FaltschachtelkartonSpaltfestigkeitBogenoffsetdruckVerdruckbarkeit

Das Projekt „Einfl uss der Spaltfestigkeit von Faltschach-telkartons auf die Verdruck-barkeitseigenschaften im Bogen-Offsetdruck“ (FOGRA-Nr. 40.062) wurde aus Haushalts-mitteln des Bundesministeri-ums für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) über die Arbeitsge-meinschaft industrieller For-schungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) gefördert (AiF-Nr. 13648N).

Diese Arbeit wurde durch-geführt von der FOGRA For-schungsgesellschaft Druck e.V., München, und der PTS – Papier-technisches Institut (PTS-PTI), München. Die FOGRA ist beim Finanzamt München (Steuernr. 143/843/18952) als gemeinnüt-ziger Verein eingetragen.

Inhalt

Extrakt 3

1 Einleitung 4

2 Forschungsziel 7

3 Durchgeführte Untersuchungen und Ergebnisse 8

3.1 Auswahl und Charakterisierung von Versuchskartons 8

3.2 Labor-Probedrucke 17

3.3 Druckversuche im Technikum 42

4 Literatur 47

FOGRA-Forschungsbericht 40.062 3

Extrakt

Ziel des Forschungsvorhabens war, in dem komplexen System Karton, Druckfarbe und Druckmaschine das Optimum zu fi nden, in dem der Karton so gering wie möglich auf Zug belastet wird und die druck-technischen Randbedingungen so stabil wie möglich sind.

Am Ende des Projektes sollte ein Instrumentarium zur Verfügung stehen, mit dem das oben genannte System bewertet werden kann. Dazu gehören Kenntnisse über Mindestwerte für die Spaltfestigkeit des Kartons ebenso, wie über die Auswirkungen drucktechnischer Merkmale auf die Delaminationserschei-nungen bzw. die Beeinfl ussung der Spaltarbeiten, die die Druckfarbe, das Feuchtmittel, das Druckmotiv und die Beschaffenheit von Drucktuch und Drucktuchzylinder umfassen.

Durch vorhergehende physikalische Prüfungen an 20 Musterkartons wurden insgesamt acht Muster für die Laborversuche ausgewählt, die sich in ihrer Spaltfähigkeit deutlich unterschieden.

An diesen acht Mustern wurden Laborprobedrucke durchgeführt. Eine Variation der drucktechni-schen Parameter Druckgeschwindigkeit, Farbzügigkeit, Farbauftragsmenge, Feuchtmittelführung, Anpressdruck und Art des Drucktuchs fand in insgesamt sechs Serien statt. Anschließend erfolgte die Messung der Spaltarbeit an den bedruckten Probestreifen. Hier waren die festgestellten Unterschiede, entgegen der Erwartung, dass sich die einzelnen Parameter unterschiedlich stark auf das Spaltverhalten auswirken, zwischen bedrucktem Streifen und unbedruckten Karton gering.

In einer Korrelationsanalyse wurden die physikalischen Kartoneigenschaften, die Druck parameter und die „Zielgröße“ Spaltarbeit berücksichtigt. Die daraus resultierenden Korrelationskoeffi zienten waren nicht sehr hoch. Eine weitere Analyse, getrennt nach GC- und GD-Kartons, konnte die erzielten Koeffi zienten erhöhen, wobei auch hier das allgemeine Niveau der Korrelationskoeffi zienten nicht als hoch bezeichnet werden konnte.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich durch die Laborprobedrucke und die Korrelationsanalyse keine eindeutigen Aussagen über den Einfl uss der einzelnen Kartoneigenschaften und Druckparameter auf das Spaltverhalten der Kartons ableiten ließen.

Mit fünf weiteren Kartonmustern fanden Druckversuche auf einer Praxis-Offsetdruck maschine statt. Auch hier wurden Druckparameter verändert, um den Einfl uss dieser auf die Spaltbarkeit der Kartons zu überprüfen. Weiter wurde die Kartonbelastung mit repro technischen Maßnahmen variiert. So ent-hielt die gedruckte Testform mehrere Bilder, die mit unterschiedlichen Buntaufbauten separiert waren. Dies sollte eine unterschiedliche Zugbelastung in z-Richtung des Kartons beim Ablösen vom Drucktuch durch unterschiedliche Farbauftragsmengen bewirken. Des Weiteren wurde die Druckgeschwindigkeit, die Feuchtmittelführung, die Zylinderbeistellung und die Farbzügigkeit verändert. Zur Veränderung der Farbzügigkeit kamen zwei verschiedene Druckfarbensätze zum Einsatz. An diesen Druckbogen wurden wiederum Spaltfestigkeitsuntersuchungen durchgeführt.

Auch hier konnten keine deutlichen Unterschiede zwischen bedrucktem und unbedrucktem Karton festgestellt werden. Somit war eine Aussage über die Einfl üsse der einzelnen Druckparameter auf die Spaltfestigkeit nicht möglich.

Zusammenfassend lässt sich die Aussage treffen, dass an den hier eingesetzten Kartonmustern die Variationen der einzelnen Parameter keine Auswirkungen zeigten. Somit kann gesagt werden, dass die physikalischen Eigenschaften der eingesetzten Kartons sich auf einem Niveau befi nden, das eine störungsfreie Verarbeitung zulässt.

Der Effekt des Spaltens während des Druckvorgangs ist offenbar ein komplexes Zusammenwirken mehrerer Umstände.

Eine Einstufung der Spaltneigung der Kartons durch Bestimmung einzelner Kartoneigenschaften in Verbindung mit bestimmten Druckparametern ist aufgrund der Komplexität des Systems Bedruckstoff-Druckbedingungen-Druckmaschine im Rahmen dieses Projektes nicht möglich gewesen.


1 Einleitung

Für ein breites Spektrum un-terschiedlicher Druckaufträge in der Faltschachtelindustrie kom-men verschiedene Kartonsorten zum Einsatz, die sich in ihren Eigenschaften erheblich vonein-ander unterscheiden können. So gibt es Kartons auf der Basis pri-märer Faserstoffe (Zellstoff und Holzstoff) und Kartonsorten aus Altpapierstoff, es gibt einseitig gestrichene Sorten und unge-strichene Sorten. Trotz dieser Sortenvielfalt muss der Drucker von allen Kartons voraussetzen können, dass sie gemeinschaft-liche Eigenschaften aufweisen, die den Durchlauf durch die Druckmaschine und die Farb-übertragung nach den Vorga-ben der Standardisierung des Druckprozesses ermöglichen. Diese Eigenschaften werden allgemein als Be- und Verdruck-barkeit eines Kartons bezeich-net [1][2][3][4][5]. Während un-ter der Bedruckbarkeit Begriffe wie Farbannahmeverhalten, Er-giebigkeit und optische Erschei-nungen wie Farbdichte, Farbton und Glanz aufzuführen sind, las-sen sich bei der Verdruckbarkeit die Laufeigenschaften des Kar-tons in der Druckmaschine und dessen Neigungen zur Erzeu-gung von Druckstörungen nen-nen, wobei darunter alle vom Karton induzierten Produktivi-tätsminderungen der Druckma-schine verstanden werden sol-len. Dies können häufi ge Wasch-zyklen durch Oberfl ächen- oder Kantenstaub ebenso sein wie Bogeneinzugsstörungen durch Maßabweichungen. Eine wei-tere Druckstörung sind Dela-minationen des Kartons, die im Mittelpunkt des durchgeführten Projekts standen.

Im Hinblick auf die wirtschaft-liche Produktion von Faltschach-teln ist den Betrieben nicht da-

mit gedient, wenn der bedruck-te Kartonbogen eine „optimale Qualität“ zeigt, und gleichzeitig dieses Ergebnis lediglich unter ei-ner deutlichen Reduzierung der Produktionsgeschwindigkeit er-reicht werden kann. Das Auftre-ten von Kartondelaminationen (Auftrennung von Einzellagen des Kartons) oder das Abheben der Deckschicht des Kartons be-reits in der Druckmaschine wirkt sich generell auf die Laufeigen-schaften und somit die erreich-bare Maschinengeschwindigkeit aus. Vielfach sind die Druckstö-rungen mit einem erheblichen Aufwand für die Reinigung der Druckmaschinen verbunden. Im schlimmsten Fall können Dela-minierungen des Kartons und so genannte „Aufschäler“ der gespalteten Kartonlagen zu Be-schädigungen der Drucktücher oder sogar zu Brüchen der Lage-rungen der Druckwalzen beitra-gen.

Selbst in den weniger kri-tischen Fällen, in denen Karton-delaminierungen keine unmit-telbaren Beschädigungen der Maschinen verursachen, ist die Verdruckbarkeit des Kartons gestört. Das Auftreten dieser Mängel während des Druckes ist immer von hohen Kosten be-gleitet, da vielfach ein Abstellen der Probleme erst durch einen Tausch des Kartons oder den Einsatz einer anderen Druck-farbe möglich ist und die be-reits gedruckten Produkte als Ausschuss behandelt werden müssen. Selbstverständlich sind auch die aus delaminiertem Kar-ton hergestellten Faltschachteln in ihrer Qualität je nach Intensi-tät der Kartonbeschädigungen mehr oder weniger stark gemin-dert und oft unbrauchbar.

Kommt es zum Spalten des Kar-tons, dann sind folgende Fehler-möglichkeiten vorhanden:

• Spalten innerhalb der Einzellagen durch Mängel der Gefügefestigkeit,

• Spalten des Rohkartons durch Delamination zwi-schen den Einzellagen. Ursa-chen können die zu geringen Lagenfestigkeiten sein,

• Ablösen des Strichs vom Rohkarton und

• Spalten des Strichs zwischen Vorstrich und Topstrich

Erfolgt das Spalten des Kar-tons innerhalb einer Einzelage, so ist innerhalb dieser Lage die Festigkeit zwischen den Fasern in z-Richtung ungenügend. Die Festigkeit von Papier und Kar-ton wird einerseits durch me-chanische Verfi lzung der Einzel-fasern und andererseits durch die summarische chemische Bindungsenergie zwischen ver-schiedenen Fasern bestimmt.

Die mechanische Verfi lzung wird im Wesentlichen durch die Turbulenzen innerhalb der Faser-suspension im Stoffaufl auf der Kartonmaschine und die Relativ-geschwindigkeit von Stoffauf-lauf und Sieb beeinfl usst. Hohe Turbulenzen und sehr ähnliche Relativgeschwindig keiten füh-ren zu einer größeren Faserun-ordnung in der Kartonlage und damit zu besserer mechanischer Verfi lzung der Lage, die eine größere interne Festigkeit zur Folge hat.

Die chemische Bindungsener-gie wird ganz wesentlich durch Wasserstoff-Brückenbindungen bestimmt. Dies sind Wechsel-wirkungen zwischen stark elek-tronegativen Atomen und Was-serstoffatomen, die nicht direkt an letzteren gebunden sind. Die OH-Funktionen an den Faser-oberfl ächen erfüllen die Voraus-setzungen zur Entstehung von Wasserstoff-Brückenbindungen in ähnlicher Weise wie in Was-ser. Die elektronegativen Sau-


erstoffatome der OH-Gruppen können Wechselwirkungen zu Wasserstoffatomen anderer OH-Einheiten ausbilden. Finden derartige Bindungen zwischen OH-Gruppen unterschiedlicher Fasern statt, entstehen che-mische Bindungskräfte zwischen diesen. Da die Ausbildung der-artiger Wasserstoff-Brückenbin-dungen eine starke räumliche Annäherung der beiden Partner erfordert, ist davon auszugehen, dass innerhalb der Kartonlage derartige Wechselwirkungen teilweise oder vollständig über Wassermoleküle vermittelt sind. Somit spielt der richtige Wasser-gehalt innerhalb der Kartonlage eine entscheidende Bedeutung für die Festigkeit der Lage. Ein zu geringer Wassergehalt ver-mag der Ausbildung von Faser-Faser-Wechsel wirkungen durch Mangel an „Vermittler“-Mole-külen für Wasserstoff-Brücken-bindungen zu behindern, woge-gen es bei Wasserüberschuss zu einer „Einlagerung“ von Wasser-molekülen zwischen die Fasern und damit zu einer Abstands-vergrößerung zwischen den Fa-sern und damit zur Schwächung des Gefüges der Kartonlage kommt.

Neben Wasser sind auch an-dere Moleküle in der Lage, Wasserstoff-Brückenbindungen zwischen Fasern zu vermitteln. Dies ist umso effi zienter mög-lich, je mehr OH-Funktionen in diesen Verbindungen zur Verfü-gung stehen. Stärke ist ein sol-cher Stoff - eine Mischung von Polysacchariden, die chemisch ähnlich aufgebaut sind wie Cel-lulosefasern, im Gegensatz zu diesen aber wasserlöslich sind. Wird Stärke der Fasermischung einer Kartonlage beigemischt, so kann sie an unterschiedlichen Stellen ihres Moleküls zu ver-schiedenen Fasern des Kartons Wechselwirkungen aufbauen

und somit Fasern gegeneinan-der fi xieren und damit die La-genfestigkeit erhöhen.

Erfolgt die Spaltung des Kar-tons an einer Lagengrenzfl äche, so ist die Haftung zwischen zwei Lagen ungenügend entwickelt. Diese kann wiederum mangels mechanischer Verfi lzung bzw. mangels chemischer Wechsel-wirkungen erfolgen. Die Wech-selwirkungen entsprechen ihrer Natur nach denjenigen inner-halb der Einzellagen.

Mangelnde mechanische Ver-fi lzung und schwache chemische Wechselwirkungen zwischen den Einzellagen können beim Herstellungsprozess aus der Lagen zusammenführung von in ihrer Blattbildung zu weit fortgeschrittenen Einzellagen resultieren. Die Fasern der Ein-zellagen können sich nicht mehr ausreichend untereinander ver-mischen.

Das Einsprühen von Stärke-lösung (Sprühstärke) zwischen die Einzellagen bei der Vergaut-schung kann dem entgegenwir-ken.

Liegen Spaltungen zwischen der obersten Kartonlage und dem Strich vor, ist es nicht ge-lungen, die Streichmasse erfolg-reich auf der Kartonoberfl äche zu fi xieren. Das polymere Strich-bindemittel ist dann nicht aus-reichend in der Lage gewesen, die oberste Faserlage in die Ver-fi lmung einzubeziehen.

Bei der Spaltung zwischen den Strichlagen weist die Verfi lmung des Topstrichs eine mangelnde Verfi lzung mit dem Strichbinde-mittel des Vorstrichs und/oder eine ungenügende Einbettung der Pigmente des Vorstrichs in den Topstrich-Film auf.

Im Reklamationsfall muss des-halb stets genau analysiert wer-den, wo die Spaltzone liegt. Die-ser Befund ist allerdings nicht immer eindeutig. Beim Abheben

der gestrichenen Deckschicht des Kartons (Spaltebene nahe der Kartonoberfl äche) lassen sich beispielsweise Effekte be-obachten, bei denen wechsel-weise die bedruckten oder die unbedruckten Zonen des Motivs von der Zerstörung betroffen sind. In diesen Fällen könnte die Penetration des Feuchtmittels aus dem Druckprozess eine ent-scheidende Rolle gespielt haben, indem die kurzzeitige Erhöhung des Feuchtigkeitsgehaltes des Kartons Faser-Faser-Bindungen geschwächt haben oder Lei-mungsmittel in ihrer Wirkung vorübergehend beeinträchtigt wurden.

Dieses Beispiel macht bereits deutlich, dass die Festigkeitsei-genschaft eines Kartons keine unabhängige, die Delamination bestimmende Größe ist, sondern es muss stets das Zusammenspiel von Karton, Druckfarbe, Feucht-mittel, Druckmotiv und Druck-maschine betrachtet werden. Die vielen Stellgrößen in diesem komplexen System vervielfachen die Möglichkeiten zum Entste-hen von Druckstörungen und erklären die Schwierigkeiten ei-ner praxisorientierten und aus-sagekräftigen Bewertung der Verdruckbarkeitseigenschaften von Karton, obwohl gerade die-se dringend notwendig wäre [6][7][8][9].

Ebenso ist es für die Herstel-ler der Faltschachteln und die Abpackbetriebe von hoher wirt-schaftlicher Bedeutung, dass in den Klebemaschinen und den Anlagen zum Abpacken fertiger Faltschachteln ein problemloser Produktionslauf gewährleistet ist.

Natürlich wäre die Verarbei-tung bedruckter Bogen zu Falt-schachteln in den nachgeschal-teten Prozessschritten Stanzen und Rillen sowie Kleben un-möglich, wenn im Druckprozess


großfl ächige Delaminationen erzeugt worden wären. Es gibt aber auch Übergangsformen zwischen großfl ächigen Delami-nationen und unbeschädigtem Karton, die nur zu einer gerade noch nicht visuell erkennbaren Schädigung der Gefügefestig-keit geführt haben, die aber gravierende Auswirkungen auf die mechanischen Kartoneigen-schaften, insbesondere auf die Biegesteifi gkeit, haben. Dieser Fehler würde erst sehr spät in der Prozesskette zu Störungen führen und entsprechend hohe Folgeschäden verursachen. Dies ist ein weiterer Grund, sich in-tensiv mit den Verdruckbarkeits-eigenschaften von Karton zu befassen.

Eine scheinbar naheliegende Lösung für das Delaminations-problem wäre die Maximierung der inneren Gefügefestigkeit des Kartons. Sie könnte durch die Erhöhung der Pressenarbeit in der Kartonmaschine erfolgen, was aber zur Dickenverringe-rung und damit zu ungewollter Reduktion der Biegesteifi gkeit führen würde. Auch andere für die Verarbeitbarkeit des Kar-tons wichtige Merkmale wür-den negativ beeinfl usst werden. Eine weitere Möglichkeit wäre die Zugabe von festigkeitsstei-gernden Leimungsmitteln. Auch hier ergeben sich alsbald Gren-zen, deren Überschreitung zu erschwerter Verarbeitbarkeit und auch zu nicht mehr akzep-tierten Kostenerhöhungen füh-ren würde.

Die Beurteilung von Kartons im Hinblick auf die Verdruck-barkeitseigenschaften kann von zwei Seiten erfolgen: einmal auf analytische bzw. messtechnische Weise, zum anderen auf synop-tische (vergleichende) Weise. Eine Beurteilung von der analy-tischen Seite geschieht durch die Erfassung von Einzelmerkmalen

und ihrer Ausprägungen, wäh-rend die synoptische Methode auf dem Vergleich des in Druck-maschinen hergestellten Test-drucks mit dem Aufl agendruck beruht.

Allgemein besteht die Mei-nung, dass unter kontrollierten und weitgehend standardisier-ten Bedingungen praxisanalog in einer Druckmaschine mit Hilfe einer Standard-Druckform er-stellte Drucke als Grundlage für die Bewertung der Verdruckbar-keitseigenschaften von Karton Vorrang vor der Bewertung auf-grund labormäßig ermittelter Merkmalsausprägungen des Kartons haben sollten.

Andererseits müssen die-se messtechnischen Merkmale mindestens dann unbedingt bekannt sein, wenn sie für die Beurteilung des zu erwartenden Laufverhaltens der Kartons von ausschlaggebender Bedeutung sind. Nur die Kenntnis über die Abweichung einzelner Eigen-schaften vom Sollwert erlaubt es dem Papiermacher, korrigie-rend in seinen Arbeitsablauf einzugreifen. Bei der drucktech-nischen Beurteilung von Kartons kann man also weder auf die eine noch auf die andere Me-thode der Eigenschaftsbewer-tung verzichten.

Es wurde deshalb schon vor langer Zeit angestrebt, entspre-chende labormäßige Prüfver-fahren für Faltschachtelkarton und zusätzlich Methoden zur Bewertung aufgrund von La-bor-Probedruckmöglichkeiten zu entwickeln. Die heute ver-fügbaren Probedruckgeräte las-sen weitgehend die Darstellung wesentlicher drucktechnischer Faktoren der Druckmaschine un-ter Laborbedingungen zu. Dazu gehören die Farbgebung, der Anpressdruck und die Druckge-schwindigkeit. Ohne allzu viel Zeitaufwand und mit sehr ge-

ringem Materialaufwand kön-nen sie erste Aussagen über die Wechselwirkung Druckfarbe/Be-druckstoff ermöglichen.

Da bisher keine Erfahrungen bestehen, welche Anforde-rungen an die interne Gefüge-festigkeit der Kartons zu richten sind und wie hoch die Toleranz gegenüber den Chemikalien in den Feuchtmitteln sein muss, um einen sicheren Druckprozess und eine problemlose Verarbeitung zu gewährleisten, ist die Um-setzung der Prüfergebnisse von Kartonuntersuchungen im Labor in die Praxisanforderungen bis-her nicht möglich.

Aus Erfahrungen im Rahmen von Gutachten und Beratungen der FOGRA und der PTS für Ver-packungsdruckereien lässt sich eine ganze Reihe von Einfl uss-faktoren auf das Spaltverhalten der Kartons in den Druckmaschi-nen vermuten, die teilweise mit nicht veränderbaren Maschinen-konstanten und teilweise mit variablen Parametern im Druck-prozess im Zusammenhang ste-hen [10][11][12].

Unter den nicht zu verän-dernden Faktoren lässt sich der Durchmesser des Druckzy-linders aufführen, der sich auf das Bogenfreigabeverhalten (Umschlingung des Druckzy-linders) auswirkt. Bereits beim Kauf der Maschine wird somit die Entscheidung getroffen, ob mit großen Durchmessern der Druckzylinder verbesserte Be-dingungen für den Druck der Kartons vorliegen oder nicht. Weiterhin ist zu nennen: die un-terschiedliche Biegesteifi gkeit des Kartons in Maschinenrich-tung und in Querrichtung bei der Forderung, sowohl in Schmal- als auch Breitbahn (längs und quer zur Maschinenrichtung) zu dru-cken.

Während des Druckprozesses tritt jedoch eine wesentlich grö-


ßere Anzahl von Parametern auf, die veränderlich und folglich von dem Betrieb und Drucker beein-fl ussbar sind. Bei diesen Parame-tern sind zu nennen:

1) Die Feuchtmittelführung auf den Druckplatten und dem Drucktuch und das Penetra tionsverhalten des Feuchtmittel in die Kar-tonoberfl äche. Hier ist zu erwarten, dass hohe Feucht-mittelführung das Kartonge-füge schwächt und somit die Spaltfestigkeit herabsetzt.

2) Die Eigenschaften des Druck-tuches, welches mit der Kartonoberfl äche in direktem Kontakt steht:

Dabei ist dessen Kom-pressibilität und Oberfl ä-chenklebrigkeit sowie das Quellverhalten bei Einsatz von Reinigungsmitteln und gegenüber dem Feuchtmit-tel zu nennen. Je glatter ein Drucktuch ist, desto kleb-riger ist es. Dadurch erhöhen sich die in z-Richtung wir-kenden Kräfte beim Ablösen des Kartons vom Drucktuch und können sich negativ auf die Gefügefestigkeit auswir-ken. Bei erhöhter Kompres-sibilität verbreitert sich die Druckzone und erhöht somit die Walkbelastung (siehe Punkt 3). Bei Quellung des Drucktuchs verbreitert sich die Druckzone ebenso und erhöht dadurch die Walkbe-lastung und somit die Bean-spruchung des Kartons. Bei einer evtl. Schrumpfung des Drucktuchs dreht sich der Effekt um. Es verringert sich die Druckzone und damit auch die Belastung des Kartons.

3) Die Druckbeistellung in der Druckmaschine, die sich unmittelbar auf eine Verbreiterung der Druckzo-ne bei den kompressiblen Drucktüchern auswirkt, und somit zur Walkbela-stung der Kartons beiträgt.Bei einer erhöhten Druck-beistellung und somit stär-keren Walkbelastung steht der Karton unter stärkerer Beanspruchung, was die Spaltfestigkeit des Kartons negativ beeinfl ussen kann.

4) Die Farbbelegung der gedruckten Motive und die damit verbundene Ober-fl ächenbelastung des Kartons bei der Ablösung vom Drucktuch.

Auch hier stehen die Ablösekräfte in direktem Zusammenhang. Durch die Verringerung der gesamten Farbauftragsmenge mittels reprotechnischer Maß-nahmen (UCR, GCR), kann erwartet werden, dass sich die Spaltfestigkeit positiv ändert.

5) Die Maschinengeschwindig-keit während des Druckes und somit die Trenn-beschleunigung zwischen Kartonoberfl äche und Drucktuch.

Eine hohe Trennbeschleu-nigung hat höhere Trenn-kräfte vom Drucktuch zur Folge und nimmt so auch negativen Einfl uss auf die Spaltfestigkeit.

Erhöht sich die Maschinen-geschwindigkeit, so erhöhen sich die Trennkräfte, was eine stärkere Beanspruchung in z-Richtung bedeutet.

6) Die Farbzügigkeit (Tackwert) der eingesetzten Druck-farbe.

Mit abnehmendem Tack ver-ringert sich zwar die Zugbela-stung auf den Karton, jedoch verändert sich die Druckkennli-nie (höhere Tonwertzunahme).

Bedingt durch das Fehlen von Richtwerten für die relevanten Kartoneigenschaften und das Fehlen jeglicher Kenntnisse über das Zusammenwirken in dem komplexen System Karton, Druckfarbe und Druckmaschine, weder unter Produktionsbedin-gungen noch unter Laborbedin-gungen, wird deutlich, dass in der Praxis ein hohes Potenzial für Fehler in der Faltschachtel-herstellung und folglich von Re-klamationsfällen gegeben ist. Es bestand somit ein dringender Forschungsbedarf, der mit dem durchgeführten Projekt gedeckt werden sollte.

2 Forschungsziel

Ziel des Forschungsvorhabens war, in dem komplexen System Karton, Druckfarbe und Druck-maschine das Optimum zu fi n-den, in dem der Karton so gering wie möglich auf Zug belastet wird und die drucktechnischen Randbedingungen so stabil wie möglich sind. Die anspruchsvolle Zielsetzung war im Rahmen des vorgeschlagenen Projektes nicht vollständig zu erreichen, es war vielmehr als Basisprojekt zu ver-stehen, auf dessen Ergebnisse geeignet ausgerichtete Folge-projekte aufsetzen müssen.

Am Ende des Projektes sollte ein Instrumentarium zur Verfü-gung stehen, mit dem das oben genannte System bewertet wer-den kann. Dazu gehören Kennt-nisse über Mindestwerte für die Spaltfestigkeit des Kartons ebenso wie über die Auswir-kungen drucktechnischer Merk-male auf die Delaminationser-scheinungen, die die Druckfar-


be, das Feuchtmittel, das Druck-motiv und die Beschaffenheit von Drucktuch und Drucktuch-zylinder umfassen.

Aus den zu erwarteten Unter-schieden der Spaltfestigkeit der Kartons in Folge der einzelnen Variationen der Druckparame-ter sollten Grenzwerte ermittelt werden, durch die eine Bewer-tung möglich ist.

Es sollte somit eine Grundla-ge für das Qualitätswesen in Papierfabriken, aber vor allem in Druckereien, und für die Gut-achtenerstellung in Streitfällen geschaffen werden.

Aus wirtschaftlicher Sicht sollten die Ergebnisse dazu bei-tragen, Reklamationen, die in der Druckindustrie meist sehr kostenträchtig sind, zu vermei-den bzw. aufgetretene Rekla-mationen schneller abzuwickeln. Durch die Untersuchungen sollte eine Qualitätsgrenzlage – Aussa-gen dazu werden von den Dru-ckereien und der Papierindustrie oftmals gefordert – defi niert werden.

3 Durchgeführte Untersuchungen und Ergebnisse

In Abb. 1 ist der Lösungsweg zur Erreichung des Forschungs-ziels – in insgesamt drei Schrit-ten unterteilt – schematisch dar-gestellt. Im Folgenden werden Details dazu erläutert.

3.1 Auswahl und Charakterisierung von Versuchskartons

Es wurden insgesamt 19 Ver-suchskartons ausgewählt, wobei Erfahrungen aus Faltschachtel-druckereien mit einfl ossen. Ziel war es, für die Versuche eine hinreichend große Anzahl von Versuchkartons zur Verfügung

zu haben, die hinsichtlich ihrer Spaltfestigkeit in eine möglichst weit gespreizte Rangfolge ge-bracht werden konnten, wobei die übrigen technischen Merk-male in einem möglichst engen Fenster liegen sollten.

Alle Kartons wurden sorgfältig und umfassend hinsichtlich ihrer technischen Merkmale charakte-risiert. Dazu gehörten folgende Kartoneigenschaften:

• Grundeigenschaften (Dicke, fl ächenbezogene Masse, spezifi sches Volumen)

• Biegesteifi gkeit in bzw. quer zur Maschinenrichtung (MD und CD)

• Kraft-Verformungseigen-schaften (Bruchkraft, Bruch-dehnung, E-Modul) in MD und CD

• Feuchtdehnung in MD und CD

• Penetrationsvermögen (Saugfähigkeit)

• Spaltwiderstand nach DIN 54516 [21]

• Spaltarbeit nach TAPPI T 833 pm-94 [15]

Im Folgenden werden die ein-zelnen Prüfmethoden erläutert und die Ergebnisse dargestellt.

3.1.1 Bestimmung der Grundeigenschaften

Die Dickenbestimmung der Kartonmuster erfolgte nach DIN EN 20534 [17]. Zur Bestimmung der fl ächenbezogenen Masse der Muster diente DIN EN ISO 536 [18]. Aus diesen Werten wurden zudem die spezifi schen Volumina ermittelt. Die Ergeb-nisse wurden jeweils als Mittel-werte M und Standardabwei-chungen s aus 10 Einzelwerten berechnet und sind in der Tab. 1 dargestellt.

3.1.2 Biegesteifi gkeit in bzw. quer zur Maschinenrichtung (MD und CD)

An den Kartonmustern wur-den die Biegesteifi gkeiten in Maschinenrichtung (MD) und quer zur Maschinenrichtung (CD) nach DIN 53121 [19] bestimmt. Die Ergebnisse sind, jeweils als Mittelwerte M und Standardab-weichungen s aus 10 Biegekraft-Einzelwerten berechnet und an-schließend in Biegesteifi gkeiten umgerechnet, in Tab. 2 zusam-mengestellt.

Die gemessenen Biegesteifi g-keiten bewegen sich in einem weiten Bereich. Die Gründe für diese großen Unterschiede sind vor allem in den unterschied-lichen fl ächenbezogenen Mas-sen zu suchen. Erwartungsge-

Abb. 1: Lösungsweg.


GC1: Gestrichener Primärfaserkarton Rückseite weißGC2: Gestrichener Primärfaserkarton Rückseite hellGD1: Gestrichener Sekundärfaserkarton Rückseite grau (höheres spez. Volumen)GD2: Gestrichener Sekundärfaserkarton Rückseite grau (mittleres spez. Volumen)GD3: Gestrichener Sekundärfaserkarton Rückseite grau (geringeres spez. Volumen)

Tab. 1: Grundeigenschaften der untersuchten Kartons.

mäß ist die Biegesteifi gkeit quer zur Maschinenrichtung nied-riger.

nach DIN EN ISO 1924-2 [20] bestimmt. Die Ergebnisse sind jeweils als Mittelwerte M und Standardabweichungen s aus 10 Einzelwerten berechnet und in Tab. 3 zu sehen.

Die Kraftverformungskenn-werte der Versuchkartons un-terscheiden sich zum Teil deut-

3.1.3 Kraft-Verformungs- eigenschaften (Bruch- kraft, Bruchdehnung, E-Modul)

An den Kartonmustern wur-den die Bruchkraft, Bruchdeh-nung und E-Modul in Maschi-nenrichtung (MD) und quer zur Maschinenrichtung (CD)

Muster KartonsorteDicke [µm] FG [g/m²]

spez. Volumen [cm³/g]

M s M s

1 GC1 570,1 3,9 343,2 2,2 1,66

2 GC2 428,4 2,1 259,0 1,2 1,65

3 GC2 448,0 3,7 276,4 1,7 1,62

4 GD2 544,2 4,3 401,8 2,9 1,35

5 GD2 682,4 4,5 491,8 1,9 1,39

6 GD3 318,2 2,6 254,2 1,3 1,25

7 GD2 389,9 4,4 295,6 2,7 1,32

8 GD3 370,7 3,6 301,4 1,7 1,23

9 GD2 546,6 3,3 404,2 2,0 1,35

10 GD2 554,4 3,6 398,8 4,8 1,39

11 GD2 653,6 4,1 503,6 2,7 1,30

12 GC1 327,2 1,6 243,4 1,8 1,34

13 GC2 427,1 3,5 247,2 1,8 1,73

14 GD2 337,5 1,9 253,2 3,2 1,33

15 GD2 409,5 2,2 299,2 2,3 1,37

16a GC1 595,6 7,2 356,2 2,3 1,67

16b GC1 560,8 4,4 352,4 1,1 1,59

17 GC1 503,4 2,1 381,4 0,9 1,32

18a GC1 569,2 3,6 348,4 3,1 1,63

18b GC1 593,4 5,3 356,4 2,2 1,66

19 GD2 736,8 3,4 542,9 3,1 1,36


Tab. 2: Biegesteifi gkeiten der untersuchten Kartons.

Muster Biegekraft [mN] Biegesteifig-keit [mNm]

Biegekraft [mN] Biegesteifig-keit [mNm]

M (MD) s (MD) MD M (CD) s (CD) CD

1 847 29 53,2 462 21 29,0

2 449 8 28,2 176 9 11,1

3 500 17 31,4 207 8 13,0

4 778 23 48,9 396 13 24,9

5 1720 12 108,1 631 23 39,6

6 192 8 12,1 84 4 5,3

7 355 13 22,3 123 3 7,7

8 297 9 18,7 112 5 7,0

9 831 17 52,2 398 7 25,0

10 767 18 48,2 361 13 22,7

11 1044 28 65,6 503 9 31,6

12 229 8 14,4 148 4 9,3

13 370 11 23,2 214 8 13,4

14 214 11 13,4 124 7 7,8

15 364 11 22,9 174 8 10,9

16a 1100 20 69,1 540 5 33,9

16b 799 11 50,2 457 22 28,7

17 682 13 42,8 434 3 27,3

18a 862 12 54,1 464 11 29,2

18b 1065 25 66,9 513 5 32,3

19 1288 48 80,9 701 12 44,0


Tab. 3: Bruchkraft, Bruchdehnung, E-Modul der untersuchten Kartons.

Muster

Bruch-kraft [kN/m]

Bruch-dehnung[%]

E-Modul [N/mm²]

Bruchkraft [kN/m]

Bruch-dehnung [%]

E-Modul[N/mm²]

M (MD)

s (MD)

M (MD)

s (MD)

M (MD)

s (MD)

M (CD)

s (CD)

M (CD)

s (CD)

M (CD)

s (CD)

1 10,69 0,24 1,76 0,11 4462,8 76,1 6,74 0,12 4,95 0,32 2101,3 30,7

2 7,44 0,25 1,34 0,11 5094,7 75,6 3,35 0,08 3,87 0,28 1639,5 21,4

3 8,54 0,57 1,38 0,19 5336,0 84,0 3,90 0,10 3,92 0,36 1774,9 18,5

4 10,56 0,41 1,58 0,14 4540,3 33,7 5,37 0,06 3,63 0,26 2121,9 18,7

5 17,31 0,36 1,89 0,10 5241,3 92,7 6,36 0,09 5,31 0,33 1781,9 19,3

6 7,93 0,40 1,65 0,20 5327,7 46,2 3,38 0,09 5,42 0,43 1789,3 27,5

7 9,85 0,32 1,42 0,11 5635,1 71,2 4,31 0,06 6,02 0,28 1559,4 12,9

8 10,55 0,19 2,19 0,09 5364,4 72,5 3,45 0,06 4,77 0,40 1638,4 17,8

9 12,32 0,21 2,00 0,09 4662,1 68,0 5,60 0,06 4,61 0,20 2008,7 24,5

10 10,35 0,28 1,49 0,09 4516,9 58,3 4,73 0,07 3,36 0,20 1810,7 13,7

11 11,45 0,27 1,79 0,11 3783,5 49,9 5,83 0,06 4,67 0,20 1675,1 15,2

12 8,42 0,21 2,08 0,15 5091,6 76,9 5,11 0,09 4,92 0,29 2568,4 22,6

13 7,10 0,08 1,64 0,04 4732,9 49,4 4,45 0,06 4,22 0,25 2352,4 13,1

14 8,29 0,16 1,85 0,08 5364,0 110,5 3,91 0,06 4,54 0,22 2166,7 38,7

15 9,51 0,22 1,84 0,08 5145,7 66,1 4,33 0,07 4,44 0,22 2064,1 38,7

16a 11,05 0,58 1,57 0,18 2911,5 30,5 6,41 0,16 4,75 0,35 1306,7 19,7

16b 10,20 0,18 2,11 0,08 2587,3 26,8 6,29 0,09 4,92 0,29 1356,6 19,9

17 14,85 0,25 2,75 0,10 3853,9 31,2 9,76 0,13 5,74 0,18 2134,3 20,0

18a 10,48 0,13 2,13 0,05 2619,3 36,6 6,19 0,08 4,88 0,23 1309,9 11,1

18b 11,10 0,18 1,64 0,06 2856,5 35,2 6,10 0,10 3,67 0,20 1276,6 9,2

19 17,25 0,56 1,82 0,13 4747,5 72,3 10,31 0,27 4,83 0,36 2289,3 14,9


Tab. 4: Feuchtdehnung der Kartonmuster.

MusterFeuchtdehnung [mm], 33 % zu 66 % r. F. Feuchtd. [%], 33 % zu 66 % r. F.

M (MD) s (MD) M (MD) s (MD) M (MD) M (CD)

1 0,255 0,007 0,565 0,007 0,142 0,314

2 0,195 0,017 0,625 0,017 0,108 0,347

3 0,215 0,004 0,639 0,009 0,119 0,355

4 0,303 0,015 0,710 0,004 0,168 0,394

5 0,180 0,032 0,780 0,039 0,100 0,433

6 0,231 0,014 0,670 0,027 0,128 0,372

7 0,196 0,011 0,771 0,014 0,109 0,428

8 0,315 0,017 0,998 0,019 0,175 0,554

9 0,251 0,023 0,708 0,024 0,139 0,393

10 0,255 0,010 0,614 0,041 0,142 0,341

11 0,310 0,016 0,791 0,025 0,172 0,439

12 0,274 0,010 0,600 0,024 0,152 0,333

13 0,275 0,038 0,550 0,027 0,153 0,306

14 0,231 0,038 0,539 0,051 0,128 0,299

15 0,274 0,013 0,653 0,051 0,152 0,363

16a 0,220 0,017 0,683 0,012 0,122 0,379

16b 0,306 0,032 0,683 0,021 0,170 0,379

17 0,221 0,023 0,548 0,021 0,123 0,304

18a 0,304 0,012 0,643 0,032 0,169 0,357

18b 0,235 0,017 0,488 0,018 0,131 0,271

19 0,324 0,035 0,825 0,064 0,180 0,458


lich. Es wurden Bruchkräfte zwi-schen 7,10 kN/m und 17,25 kN/m (in MD) gemessen. Ähnlich ver-hält es sich mit dem E-Modul, hier liegen die Werte zwischen 2619 N/mm² und 5635 N/mm². Die Bruchdehnung liegt zwi-schen 1,34 % und 2,75 %.

Quer zur Maschinenrichtung sind die Werte für Bruchkraft und E-Modul wesentlich gerin-ger, die Bruchdehnung ist wie erwartet größer als in MD.

3.1.4 Bestimmung der Feuchtdehnung

Die Feuchtdehnung der Kar-tonmuster wurde gemäß DIN ISO 8226-1 [13] bestimmt, wobei eine Änderung der Gleichge-wichtsfeuchte von 33 ± 2 % auf 66 ± 2 % berücksichtigt wurde. Die Ergebnisse sind jeweils als Mittelwerte M und Standard-abweichungen s aus 10 Einzel-werten berechnet und sind in Tab. 4 absolut und relativ zu-sammengefasst.

Die Feuchtdehnungswerte bewegen sich zwischen 0,1 % (Muster 5) und 0,18 % (Muster 19). Aufgrund der größeren Di-mensionsänderung bei Feuch-tigkeitseinfl uss in Querrichtung liegen die Feuchtdehnwerte in CD in einem Bereich von 0,271 % bis 0,554 %.

3.1.5 Penetrationsverhalten (Saugfähigkeit)

Die Untersuchung des Penetra-tionsverhaltens der Kartonmu-ster wurde mit dem dynamischen Absorptionstester DAT 1121 der Firma Fibro Ab durchgeführt. Das Gerät umfasst eine automa-tisierte Dosiervorrichtung, mit der ein Flüssigkeitstropfen (hier: Standard-Feuchtmittel mit Re-dufi x R (Feuchtmittelzusatz) und Isopropanol (4%)) defi nierten Volumens auf die Kartonvorder-seite aufgegeben wird. Die zeit-liche Änderung der Tropfenform

wird mit einer CCD-Kamera auf-gezeichnet. Mittels Bildanaly-seeinheit werden das Volumen, der Basisdurchmesser sowie der Randwinkel des aufgegebenen Tropfens als Funktion der Zeit ermittelt. Das Gerät ist durch seine hohe Aufnahmegeschwin-digkeit mit einer zeitlichen Auf-lösung von 20 Millisekunden für die Untersuchung des Kurzzeit-benetzungsverhaltens beson-ders geeignet.

Abbildung 2 zeigt anhand eines Beispiels die Messphasen des Systems:

In Phase 1 wird mittels einer Do-sierpumpe ein an einer Kapillare hängender Flüssigkeitstropfen aus dem Standard-Feuchtmittel erzeugt. Nach dem elektronisch gesteuerten Abschlagen des Tropfens auf den Karton (Pha-se 2) werden mit der Videoka-mera automatisch die Bilder des Tropfens aufgezeichnet. Phase 3 zeigt den zum Teil in den Karton absorbierten Tropfen nach ei-ner gewissen Messzeit. Aus der Tropfenform werden mit einer Bildauswertesoftware das Volu-men, der Basisdurchmesser und der Randwinkel des Tropfens berechnet und diese Daten ab-gespeichert. Aus den Messdaten wurden mit einer entwickelten Auswerteroutine die zeitlichen Absorptionsraten berechnet. In den Abbildungen 3 bis 6 sind die Absorptionskurven für die 19 Kartonmuster dargestellt.

Die Muster 1, 2, 3, 5, 7, 11, 12, 13, 16a, 16b, 17, 18a, 18b und 19 zeigen ein geringes Absorp-tionsvermögen. Ein mittleres Absorptionsvermögen lässt sich

bei den Mustern 4, 8, 9, 10, 14 feststellen. Die Kartons 6 und 15 weisen hohes Absorptionsver-mögen auf.

3.1.6 Spaltwiderstand Die Spaltwiderstände der 19

Kartonmuster wurden gemäß DIN 54516 [21] bestimmt. Der Spaltwiderstand ist dabei die Kraft, die zum Spalten einer quadratischen Kartonprobe mit einer Kantenlänge von 30 mm notwendig ist. Der Spaltwider-stand wird in kN/m angegeben. Die Ergebnisse sind in Abb. 7 veranschaulicht dargestellt.

Der Spaltwiderstand der Mu-sterkartons bewegt sich zwi-schen 2,5 kN/m und ca. 5 kN/m. Muster 1 besitz den geringsten Spaltwiderstand, die Muster 4, 8 und 14 den höchsten. Die rest-lichen Kartons liegen alle zwi-schen diesen Werten. Zu erwäh-nen ist hier, dass der Spaltwider-stand bei Muster 5 im bedruck-ten Zustand den erwarteten niedrigeren Wert zeigt, aber bei Muster 2 der Spaltwiderstand des bedruckten Kartons höher ist als der des Unbedruckten. Dies ist ein deutlicher Hinweis auf die Inhomogenität der Kar-tons.

3.1.7 Spaltarbeit nach TAPPI T 833 pm-94

Die Spaltarbeit für die aus-gewählten 19 Kartonmuster wurde nach TAPPI T 833 pm-94 [15] (Scott-Bond) bestimmt. Die Ergebnisse sind in Diagramm Abb. 9 veranschaulicht.

Bei dieser Methode wird die En-ergie gemessen, die erforderlich

Abb. 2: Messphasen des Absorptionstesters.

Phase 1 Phase 2 Phase 3


Abb. 3: Absorptionskurve (Feuchtmittel) von Kartonmuster 1 bis 5.


30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Zeit [s]

Muster 1

Muster 2

Muster 3

Muster 4

Muster 5

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Zeit [s]

Muster 6

Muster 7

Muster 8

Muster 9

Muster 10




30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Zeit [s]

Muster 11

Muster 12

Muster 13

Muster 14

Muster 15

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Zeit [s]

Muster 16a

Muster 16b

Muster 17

Muster 18a

Muster 18b

Muster 19


ist, um eine Probe von 25,4 mm x 25,4 mm mit einem so genann-ten Scott Internal Bond Tester zu spalten. Die zu testende Pro-be wird mit Hilfe von doppelsei-tigem Klebeband zwischen zwei Metallträgern befestigt. Einer dieser Träger hat eine L-Form. Danach wird ein Schlagpendel ausgelenkt. Das Pendel trifft den L-förmigen Träger und spal-tet die Probe (Abb. 8). Je weiter das Schlagpendel nach dem Auf-schlagen auf den L-Träger durch-schwingt, desto geringer ist die gemessene Spaltarbeit des zu prüfenden Kartons.

Es wurde immer senkrecht zur Druckrichtung im Probedruck-gerät gemessen. Grund hierfür ist, dass der Probedruckstreifen 40 mm x 200 mm groß ist und zur Probenvorbereitung für das Scott-Bond-Messgerät stets 5 Prüfl inge gleichzeitig präpa-riert werden müssen und dies bei 25,4 mm Probenkante nur in Längsrichtung des Probedruck-streifens möglich ist.

Eine Hauptgröße und die Grundlage für die Korrela-tionsrechnungen sind die Werte für die erzielten Spaltarbeiten. Grundsätzlich ist zur Messung der Spaltarbeit nach o.a. Norm zur Präzision folgende Aussage zu treffen: Innerhalb eines La-bors hängt die Präzision haupt-sächlich von der Homogenität des Materials ab. Sie wird in der Norm T 569 pm-00 [27] selbst anhand einiger Materialien wie folgt dargestellt:• für Covermaterial 2,8%• für Liner 8,3 %• für Coated Cover 3,8 %

Aus den Auswertungen zum CEPI-Ringversuch 2004 ist be-kannt, dass der Variationskoef-fi zient zwischen unterschied-lichen Labors (reproducibility) bei braunen Papieren zwischen 6 % und 16 % liegt und die Prä-zision innerhalb eines Labors bei ca. 5 % - 7 %.

Des Weiteren sind in der Lite-ratur [22] Hinweise zu fi nden,

wonach es bei Messung in Ma-schinenrichtung noch zusätz-liche Variationen gibt, wenn die Probe mit Laufrichtung in Pen-delrichtung oder gegen Pendel-richtung gemessen wird. Mögli-cherweise ergeben sich die unbe-friedigenden Korrelationen also aus Materialunterschieden, dem der Methode anhaftenden Feh-ler und den Prüfbedingungen.

Das Ergebnis der Spaltarbeits-messung ist dem des Spaltwider-stands ähnlich. Muster 1 zeigt den geringsten Wert und die Muster 4, 8, 14 zeigen die höch-sten Werte.

Anhand der erzielten Ergeb-nisse sollten diejenigen Kar-tonmuster ausgewählt werden, die in erster Linie bezüglich ih-rer Spaltfestigkeitswerte in ei-ner möglichst weit gespreizten Rangfolge waren. Nach einer intensiven Diskussion, in der alle Ergebnisse kritisch betrachtet und analysiert wurden, konnten letztendlich insgesamt 8 Kar-tonmuster ausgewählt werden,

Abb. 7: Spaltwiderstandsdiagramm.

nach DIN 54 516

0

1

2

3

4

5

6

1 2 2 * 3 4 5 5 * 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16a 16b 17 18a 18b

Kartonmuster * : bedruckt


die im nächsten Arbeitsschritt anhand von Druckversuchen mit der Labor-Probedruckma-schine untersucht wurden. Bei der Musterauswahl spielten – neben der Spaltfestigkeit – die für den Druckprozess im Bogen-Offset relevanten Kartoneigen-schaften Biegesteifi gkeit und Saugfähigkeit ebenfalls eine

wichtige Rolle. Es wurde darauf geachtet, dass die ausgewählten Kartonmuster alle Abstufungen der oben genannten Materialei-genschaften besaßen. Folgende Kartonmuster, deren Codierung in Tab. 1 ersichtlich ist, wurden ausgewählt, und sind der Tab. 5 mit den dazugehörigen Eigen-schaften aufgelistet.

Beide Methoden zur Messung der Spaltfestigkeit liefern ein ähnliches Ergebnis. Die Methode nach TAPPI 833 pm-94 [15] zeigt bei den selben Kartons eine bes-sere Differenzierung.

Da an den Kartonproben nach den Probedruckversuchen wie-derum die Spaltfestigkeit ge-messen werden sollte, wurde für die zukünftigen Untersuchun-gen als Prüfmethode die „Spalt-arbeit nach TAPPI T 833 pm-94“ festgelegt.

3.2 Labor-Probedrucke

Unter Testdrucken versteht man gewogene Andrucke in Probedruckgeräten, also Drucke, bei denen die aufgetragene Farbmenge durch Wägung der Druckform vor und nach dem Druckversuch ermittelt wird. Aus Druckformoberfl äche und der Differenzwägung kann die übertragene Farbmenge in g/m2 – bei Berücksichtigung der Dich-te der Druckfarbe auch die über-tragene Schichtdicke in µm – an-gegeben werden.

Weitere Einstellmöglichkeiten bietet die Wahl der Druckge-schwindigkeit (0,5 m/s 6 m/s) und des Anpressdrucks (200 N – 1200 N).

Um Andrucke mit emulgierten Druckfarben zu erstellen, ist es notwendig, während des Ein-färbevorgangs Feuchtmittel auf die Verreiberwalzen aufzubrin-gen. Dies geschieht mittels einer Handpipette. Hier ist darauf zu achten, dass geeignete Feucht-

Abb. 8: Prinzip der TAPPI 883 pm-94 Methode.

Abb. 9: Spaltarbeitsdiagramm.

��

��

nach TAPPI T 833 pm-94

0

50

100

150

200

250

300

1 2 2 * 3 4 5 5 * 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16a 16b 17 18a 18b

Kartonmuster * : bedruckt


Tab. 5: Ausgewählte Kartonmuster und ihre Eigenschaften.

mittelmengen und richtige Zeit-punkte gewählt werden. An-schließend lässt sich ein Andruck mit emulgierten Druckfarben herstellen.

Die Bestimmung der emul-gierten Feuchtmittelmenge geschieht mit einer Laborwaa-ge, die die Messwerte an einen Computer weitergibt. Daraus lassen sich Verdunstungskur-ven erstellen. Diese Kurven er-möglichen die Bestimmung des Feuchtmittelgehalts während des Druckvorgangs.

Dazu wird nach dem Einfärben und Feuchten der Druckform an Stelle des Probedrucks die Druck-form in die Analysenwaage ge-stellt und eine Wägung durch-geführt. Auf Grund der Verdun-stung des Feuchtmittels verliert die Druckform an Masse. Dieser Verlauf wird von einer Software mitprotokolliert und man erhält eine Kurve, die den Verdun-stungsverlauf beschreibt. Bildet man die Differenz aus erstem und letztem Messwert, so erhält man die Masse des verdunsteten Feuchtmittels. Wird dieser Wert mit der Differenz von leerer und eingefärbter Druckform ins Ver-hältnis gesetzt, erhält man den prozentualen Anteil von Feucht-mittel in der Druckfarbe.

Die Zeit, die benötigt wird, um die gefeuchtete Druckform in die Analysenwaage zu stellen, entspricht der Zeit, die benöti-gt wird, um die Druckform vom Einfärbewerk auf das Druckwerk des Probedruckgerätes zu set-zen. Die Menge an Feuchtmittel, die während dieser Zeit verdun-stet, ist daher näherungsweise konstant.

Mit dieser Methode lässt sich eine Vorgehensweise erarbei-ten, mit der Andrucke mit emul-gierten Druckfarben erstellt werden können.

Da sich alle Druckfarben rheo-logisch voneinander unterschei-den, kann keine absolut gültige Vorgehensweise genannt wer-den, sondern sollte für verschie-dene Druckfarben separat erar-beitet werden.

Folgende Methode hat sich aber als guter Kompromiss er-wiesen:

• Eingewogene Farbmenge: 0,2 g

• Einfärbezeit Verreiberwerk: 30 s

• Einfärbezeit Druckform: 30 s

• 1. Spritzhub im direkten Anschluss 0,1 ml

• 2. Spritzhub nach weiteren 10 s 0,1 ml

• Verreiben lassen 20 s• Druckform:

Gummi, Rauheit 3 µm Zuerst werden die Einfärbe-

walzen 30 Sekunden eingefärbt. Die aufgebrachte, gewogene Farbmenge beträgt 0,2 g. Der Druckzylinder wird weitere 30 Sekunden eingefärbt. Unmittel-bar danach wird ein Spritzhub mit dem Handdispenser in den Einfärbewalzenspalt vorgenom-men. Der Handdispenser ist so einzustellen, dass pro Spritzhub 0,1 ml Feuchtmittel abgegeben wird. Nach weiteren 10 Sekun-den erfolgt ein zweiter Spritz-hub. Dieses Feuchtmittel-Druck-farbe-Gemisch wird 20 Sekun-den verrieben, dann wird der Probedruck vorgenommen [16].

Zur Probenvorbereitung wer-den aus dem zu bedruckenden Papier bzw. Karton in der zu prüfenden Laufrichtung 40 mm x 230 mm große Proben ausge-schnitten. Diese Proben werden dann auf den Druckprobenträ-ger aufgespannt, am hinteren Ende angeklebt und bedruckt.

Aus den ausgewählten Kar-tonsorten (Tab. 5) wurden Pro-ben für die Labor-Probedruck-maschine geschnitten, und zwar

MusterEigenschaften

Spaltarbeit [J/m²] Biegesteifigkeit Saugfähigkeit

2 gering 131 J/m² gering gering

1 gering 132 J/m² mittel gering

18b gering 134 J/m² mittel mittel

19 gering 101 J/m² hoch gering

9 mittel 234 J/m² mittel mittel

5 mittel 208 J/m² hoch gering

15 hoch 289 J/m² gering hoch

4 hoch 302 J/m² mittel mittel


Durch den Einsatz verschie-den zügiger Druckfarben, sollte die Belastung in z-Richtung des Kartons variiert und die Auswir-kungen auf die Spaltfestigkeit untersucht werden. Druckfarben mit niedrigerer Zügigkeit lassen eine geringere Beanspruchung des Kartons und somit höhere Werte in der Spaltarbeitsmes-sung erwarten.

• Eingewogene Farbmenge: 0,2 g



• Anpressdruck: 200 N/cm• Druckform:

Gummi, Rauheit 3 µm• Druckgeschwindigkeit:

1,5 m/s• Druckfarbe:

Rupftestfarbe 1, 2, 3, Fa. Michael Huber München

Tackwerte: Farbe 1: 6,1 Inko

Farbe 2: 10,4 Inko Farbe 3: 12,4 Inko

Die Muster 4, 5 und 19 verhal-ten sich erwartungsgemäß, d. h. mit steigender Zügigkeit verrin-gert sich die gemessene Spal-tarbeit. Die anderen Kartons hingegen zeigen keine deut-liche Reaktion auf die erhöhte Zügigkeit. Bei Muster 19 konnte für Farbe 3 kein Wert ermittelt werden. Da Muster 19 ein Kar-ton ohne Sprühstärke war, kam es bei Farbe 3 zum Abheben der Kartondecke, die den, durch die hohe Zügigkeit der Druckfarbe, höheren Belastungen in z-Rich-tung nicht mehr standhalten konnte. Die Spaltarbeit wurde daher Null gesetzt (Abb. 11 bis 13).

Beim Bedrucken quer zur Ma-schinenrichtung zeigen nur Mu-ster 1, 9 und 19 eine Verminde-rung der Spaltarbeit. Die rest-lichen Kartons zeigen keinen Einfl uss. Muster 19 zeigt beim Druck in CD im Gegensatz zur Be-druckung senkrecht dazu keine Delaminations erscheinungen.

jeweils mit Längsrichtung paral-lel und senkrecht zur Maschinen-richtung. Sämtliche Probedrucke wurden somit sowohl längs als auch quer zur Faserrichtung ausgeführt und im Folgenden ebenso separat ausgewertet.

Nach den Probedruckversu-chen wurden von den bedruck-ten Proben jeweils die Spaltar-beiten nach TAPPI T 833 pm-94 [15] gemessen. In Fällen, in de-nen es bereits zu visuell erkenn-baren Delaminationen gekom-men ist, wurde die Spaltarbeit Null gesetzt. Hier wie auch bei allen anderen Spaltarbeitsmes-sungen wurde die Spaltzone sorgfältig dokumentiert.

3.2.1 Variation der Druckfarbenzügigkeit (Rupftestfarben)

Versuchsbedingungen:– Keine Vorfeuchtung– Druckgeschwindigkeit

konstant– Farbmenge konstant– Drucktuch konstant

Abb. 10: Variation 1 – Probedrucke mit 3 Rupftestfarben (F1, F2, F3),Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

Farbe 1

Farbe 2

Farbe 3

5 18b1 152 4 199


3.2.2 Variation der Druckfarbenfi lmdicke

Um die übertragene Farb-schichtdicke zu variieren, ist es notwendig, die eingewogene Farbmenge auf den Verreiber-walzen zu verändern. Es wird die leere Druckform gewogen, dann wird diese eingefärbt und wiederum gewogen. Nach dem Druck wird nochmals die Masse der Druckform bestimmt. Aus der Massendifferenz aus einge-färbter Druckform und Druck-form nach dem Druck lässt sich die übertragene Farbmenge errechnen. Da die bedruckte Fläche und die Dichte der Druck-farbe bekannt ist, kann auch die Druckfarbenfi lmdicke in µm be-rechnet werden.

Parameter der Probedrucke:• Eingewogene Farbmenge:

0,1 g, 0,15 g, 0,2 g, 0,25 g• Einfärbezeit

Verreiberwerk: 30 s• Einfärbezeit

Druckform: 30 s• Anpressdruck: 200 N/cm• Druckform:



RAPIDA Cyan ODFB, Fa. Michael Huber München

Das Verhältnis zwischen Ein-waage und übertragener Farb-menge ist in Tab. 6 dargestellt:

Dies sind nur Anhaltswerte, da die übertragene Farbmen-ge stark vom Bedruckstoff ab-hängt.

Die Variation der Farbauf-tragsmenge bewirkt bei Muster 1, 4 und 9 ein Absenken der Spaltarbeit. Muster 19 erfährt eine deutliche Reduzierung der Spaltarbeit gegenüber dem un-bedruckten Zustand, wobei zwi-schen den verschiedenen Auf-tragsmengen kein Unterschied

Abb. 11: Abheben der Kartondecke.

Abb. 13: Querschnitt vergrößert.

Abb. 12: Querschnitt.


Abb. 14: Variation 1 – Probedrucke mit 3 Rupftestfarben (F1, F2, F3),Druckprozess in CD, Spaltarbeitsprüfung in MD.

Abb. 15: Variation 2 – Probedrucke mit 4 Farbauftragsmengen (Fam 1 bis 4),Druckprozess in CD, Spaltarbeitsprüfung in MD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

Farbe 1

Farbe 2

Farbe 3

5 18b1 152 4 199

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

5 18b1 152 4 199


mehr besteht. Die restlichen Muster reagieren nur sehr wenig auf die verschiedenen Farbauf-tragsmengen.

Beim Druck quer zur Maschi-nenrichtung reagieren Muster 1, 9, 18b und 19 auf die Verän-derung der Farbauftragsmenge. Muster 5 zeigt erst bei 0,20 g eine Veränderung. Die übrigen Kartons zeigen keine erkenn-baren Unterschiede.

3.2.3 Variation der Feuchtmittelmenge

Um die Feuchtmittelemulgie-rung, wie sie in Produktionsma-schinen vorkommt, zu berück-sichtigen, wurden Andrucke mit emulgierten Druckfarben erstellt.

Die Zugabe des Feuchtmittels erfolgte mittels eines Handdis-pensers. Das Feuchtmittel wird

dabei während des Verreibe-vorgangs der Druckfarbe auf die Verreiberwalzen aufgebracht. Es ist wichtig, dass geeignete Inter-valle, in denen das Feuchtmittel aufgebracht wird, gewählt wer-den. Danach ist es möglich, mit einer gefeuchteten Druckfarbe einen Andruck zu erstellen.

Es wurde soviel Feuchtmittel emulgiert, dass es möglich war, einen Andruck mit 15 % und ei-nen Andruck mit 30 % Feuchtmit-tel herzustellen. Ferner kamen 2 verschiedene Feuchtmittel zum Einsatz, ein Standardfeuchtmit-tel und ein alkoholfreies Feucht-mittel. Die restlichen Druckpara-meter waren konstant.

Auf Andrucke mit Vorfeuch-tung wurde verzichtet, da die gefeuchtete Spur auf dem Pro-bestreifen 20 mm breit ist, die Messproben für die Spaltarbeits-

messung aber eine Größe von 25,4 mm x 25,4 mm aufweisen müssen. Dieser Umstand würde zu einer Verfälschung des Mess-werts führen.

• Eingewogene Farbmenge: 0,2 g (entspricht ca. 1,5 g/m² Farbschichtdicke)



• Anpressdruck: 200 N/cm• Druckform:



RAPIDA Cyan ODFB, Fa. Michael Huber München

• Feuchtmittel:15 % emulgiert, 30 % emulgiert

Nur Muster 4 zeigt einen Un-terschied zwischen unbedruck-tem und bedrucktem Karton. Bei den übrigen Kartons bewegt sich der Unterschied zwischen emulgiertem Andruck (e) und nicht emulgiertem Andruck (ne)

Eingewogene Farbmenge in g

0,10 0,15 0,20 0,25

Übertragene Farbmenge in g/m²

0,80 1,15 1,50 1,75

Tab. 6: Verhältnis Einwaage zu übertragene Farbmenge.

Abb. 16: Variation 2 – Probedrucke mit 4 Farbauftragsmengen (Fam 1 bis 4),Druckprozess in CD, Spaltarbeitsprüfung in MD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

5 18b1 152 4 199


im Rahmen der Messungenau-igkeit. Es ist ferner kein Unter-schied zwischen den verschiede-nen Feuchtmittelmengen (1, 2) zu erkennen.

Für jedes Feuchtmittel und Pa-pier wurde ein eigener Andruck mit nicht emulgierten Druckfar-ben erstellt. „1-ne“ kennzeich-net einen Andruck mit nicht emulgierten Druckfarben bei der Serie mit Feuchtmittel Nr. 1 (15 % emulgiert). „2-ne“ kenn-zeichnet einen Andruck mit nicht emulgierten Druckfarben bei der Serie mit Feuchtmittel 1 (30 % emulgiert).

Die ersichtlichen Unterschiede zwischen den nicht emulgierten Andrucken

„1-ne“ und „2-ne“ ist durch die unterschiedliche Homoge-nität des Kartons verursacht. Auffällig wurden sie durch die Versuchsdurchführung an un-terschiedlichen Tagen.

Quer zur Maschinenrich-tung lässt sich kein Einfl uss des Feuchtmittels erkennen. Ledig-lich Muster 19 (Karton ohne

Sprühstärke) zeigt ein typisches Bild, der Karton wird bei emul-gierten Druckfarben weniger beeinträchtigt als ohne Feuch-tung.

Alle Kartonsorten zeigen ei-nen leichten Abfall der Spalt-festigkeit aufgrund des Feucht-mittels in der Druckfarbe. Es be-steht kein Unterschied zwischen den verschiedenen Feuchtmittel-mengen. Karton 19 (ohne Sprüh-stärke) zeigt einen deutlicheren Abfall der Spaltfestigkeit bei nicht emulgierten Druckfarben, als bei emulgierten. Hier ist die Bezeichnung des Diagramms analog zu Abb. 15. „3-ne“ kenn-zeichnet einen Andruck mit nicht emulgierten Druckfarben bei der Serie mit Feuchtmittel 2 (15 % emulgiert). „4-ne“ kenn-zeichnet einen Andruck mit nicht emulgierten Druckfarben bei der Serie mit Feuchtmittel 2 (30 % emulgiert).

In Querrichtung zeigt sich ein ähnliches Bild wie in Maschi-nenrichtung, die Unterschiede bewegen sich in der Größenord-

nung der Standradabweichung. Nur Karton 19 reagiert etwas stärker auf das Feuchtmittel.

Beim Vergleich der Andrucke mit emulgierten Druckfarben, zeigt nur Karton 4 einen deut-lichen Unterschied zwischen den verschiedenen Feuchtmittel-arten. So lassen sich bei Karton 4 und Feuchtmittel 2 (3e und 4e) höhere Spaltarbeitswerte mes-sen als bei Feuchtmittel 1.

Die anderen Muster zeigen keine Unterschiede bei den ver-schiedenen Feuchtmittelarten.

Die Reaktionen auf die dosier-te Menge sind sehr gering bzw. liegen innerhalb der Standard-abweichung.

3.2.4 Variation der Druckgeschwindigkeit

Die Variation der Druckge-schwindigkeit lässt eine Beurtei-lung des Ablöseverhaltens des Kartons vom Drucktuch zu. Je höher die Druckgeschwindigkeit ist, desto größer sind die Kräfte, die auf die Kartonoberfl äche wirken.

Abb. 17: Variation 3 – Probedrucke mit emulgierten (e) und nicht emulgierten (ne), Druckfarben (1: 15 % Feuchtmittel Nr. 1, 2: 30 % Feuchtmittel Nr.1),Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

1-e

1-ne

2-e

2-ne

5 18b1 152 4 199


Abb. 18: Variation 3 – Probedrucke mit emulgierten (e) und nicht emulgierten (ne),Druckfarben (1: 15 % Feuchtmittel Nr.1, 2: 30 % Feuchtmittel Nr.1), Druckprozess in CD, Spaltarbeitsprüfung in MD.

Abb. 19: Variation 3 – Probedrucke mit emulgierten (e) und nicht emulgierten (ne),Druckfarben (3: 15 % Feuchtmittel Nr.2, ohne Isopropanol; 4: 30 % Feuchtmittel Nr.2, ohne Isopropanol), Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

1-e

1-ne

2-e

2-ne

5 18b1 152 4 199

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

3-e

3-ne

4-e

4-ne

5 18b1 152 4 199


Abb. 20: Variation 3 – Probedrucke mit emulgierten (e) und nicht emulgierten (ne), Druckfarben (3: 15 % Feuchtmittel Nr.2, ohne Isopropanol; 4: 30 % Feuchtmittel Nr.2, ohne Isopropanol), Druckprozess in CD, Spaltarbeitsprüfung in MD.

Abb. 21: Gegenüberstellung der Andrucke mit emulgierten Druckfarben (Druckprozess in CD).

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

3-e

3-ne

4-e

4-ne

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 4 5 9 15 18b 19

Karton Nr.

unbedr.

1e

2e

3e

4e





• Anpressdruck: 200 N/cm

• Druckgeschwindigkeit: 1,5 m/s, 2,5 m/s, 3,5 m/s, 4,5 m/s

• Druckform: Gummi, Rauheit 3 µm

• Druckfarbe: RAPIDA Cyan ODFB, Fa. Michael Huber München

Bei den Mustern 1, 4, 5, 9, 18b und 19 zeigt sich der erwartete Einfl uss der Druckgeschwin-digkeit. Mit zunehmender Ge-schwindigkeit sinkt die gemes-sene Spaltfestigkeit. Muster 15 reagiert kaum auf die Erhöhung der Druckgeschwindigkeit.

Abb. 22: Variation 4 – Probedrucke mit 4 Druckgeschwindigkeiten (DG 1 bis 4),Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

Abb. 23: Variation 4 – Probedrucke mit 4 Druckgeschwindigkeiten (DG 1 bis 4),Druckprozess in CD, Spaltarbeitsprüfung in MD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

DG 1: 1,5 m/s

DG 2: 2,5 m/s

DG 3: 3,5 m/s

DG 4: 4,5 m/s

5 18b1 152 4 199

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

DG 1: 1,5 m/s

DG 2: 2,5 m/s

DG 3: 3,5 m/s

DG 4: 4,5 m/s

5 18b1 152 4 199


In Querrichtung reagieren die Muster 1, 4, 5, 9 und 19 er-wartungsgemäß. Die anderen Kartons zeigen nur sehr leichte (Muster 2 und 18b) oder keine Unterschiede (Muster 15).

3.2.5 Variation des DrucktuchesDie Auswahl der Drucktücher

geschah nach Rücksprache mit einem Drucktuchhersteller. Wie aus den Datenblättern [23][24] ersichtlich ist, wird eines der Drucktücher explizit für den Verpackungsdruck empfohlen (Rauheit 4 µm, Shore A 80). Bei dem anderen Drucktuch handelt es sich um Standard qualität. Die Drucktücher unterscheiden sich bzgl. der Härte und der Rauheit. Die Rauheit beeinfl usst maß-gebend das Ablöseverhalten vom Drucktuch und nimmt Ein-fl uss auf die wirkenden Kräfte in z-Richtung und somit auch auf die resultierenden Spaltar-beitwerte.

Bei veränderter Härte des Drucktuchs verändert sich die Wulstbildung im Druckspalt. Eine größere Wulstbildung be-deutet zugleich eine größere

Walkbelastung und ein stärkeres Nachlaufen des Kartons.

• Eingewogene: Farbmenge: 0,2 g (entspricht ca. 1,5 g/m² Farbschichtdicke)



• Anpressdruck: 200 N/cm• Druckgeschwindigkeit:

1,5 m/s• Druckform:

Gummi, Rauheit 2 µm (Shore A 78) und 4 µm (Shore A 80)

• Druckfarbe: RAPIDA Cyan ODFB,Fa. Michael Huber München

Zwischen den beiden Druck-formen konnten wider Erwarten keine Unterschiede festgestellt werden. Bei Muster 1, 2, 4, 18b und 19 sinkt die Spaltfestigkeit aufgrund des Druckprozesses, ein Unterschied zwischen den verschiedenen Drucktüchern konnte aber nicht festgestellt werden.

Hier zeigt sich ein ähnliches Bild wie in Maschinenrichtung (MD). Ein Unterschied zwischen den verschiedenen Drucktü-chern konnte nicht festgestellt werden.

3.2.6 Variation des Anpressdrucks

Ein veränderter Anpressdruck verändert den Druck auf den Karton und somit auch die Walk-belastung. Das Nachlaufen des Bedruckstoffs erhöht sich somit auch. Die erhöhte Belastung im Druckspalt lässt ein stärkeres Absenken der Spaltarbeit nach dem Druck erwarten.




• Anpressdruck: 50 N/cm, 150 N/cm, 300 N/cm

• Druckgeschwindigkeit: 1,5 m/s

Abb. 24: Variation 5 – Probedrucke mit 2 Druckformen (DF1, DF2),Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

DF1 Rauheit 2 µm

DF2 Rauheit 4 µm

5 18b1 152 4 199


Abb. 25: Variation – Probedrucke mit 2 Druckformen (DF1, DF2),Druckprozess in CD, Spaltarbeitsprüfung in MD.

Abb. 26: Variation 6 – Probedrucke mit 3 Anpressdrücken (AD1 bis 3),Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

DF1 Rauheit 2 µm

DF2 Rauheit 4 µm

5 18b1 152 4 199

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

AD 1: 200 N/4cm

AD 2: 400 N/4cm

AD 3: 1200 N/4cm

5 18b1 152 4 199


• Druckform: Gummi, Rauheit 3 µm

• Druckgeschwindigkeit: 1,5 m/s

• Druckfarbe: RAPIDA Cyan ODFB, Fa. Michael Huber München

Die Variation des Anpress-druckes und somit der Walkbe-lastung, brachte keine signifi -kanten Veränderungen der ge-messenen Spaltarbeit der Pro-bedruckmuster mit sich.

In Querrichtung (CD) verhalten sich hier die Kartons gleicher-maßen wie in MD. Unterschiede sind bis auf Muster 19 nicht si-gnifi kant.

Das gesamte Versuchspro-gramm an der Labor-Probe-druckmaschine ist in Tab. 7 als Überblick nochmals zusammen-gefasst.

3.2.7 Weitere KartonprüfungenUm bei der später durchge-

führten Korrelationsanalyse das schon vorhandene Datenmate-rial noch zusätzlich zu erhöhen, wurden noch weitere physika-

lische Kartoneigenschaften be-stimmt.

3.2.7.1 Bestimmung der Berstfestigkeit

Die Bestimmung der Berstfe-stigkeit erfolgte nach DIN 53 141-1 [26] jeweils für Kartonvorder- und Kartonrückseiten. Angege-ben sind die Mittelwerte (M) und Standardabweichungen (s) aus jeweils 10 Einzelmessungen.

3.2.7.2 Bestimmung der RauheitMit einem berührungslosen,

laseroptischen Messsystem der Bauart UBM-Microfocus wurde das Oberfl ächenprofi l der Kar-tonmuster (Vorderseiten) auf einer Fläche von 10 mm x 10 mm an jeweils 5 Linien längs (MD) und quer zur Maschinenrich-tung (CD) aufgenommen. Aus den Einzelprofi len wurden nach DIN EN ISO 4288: 1998 [28] mit Hilfe eines phasenkorrekten Fil-ters nach DIN EN ISO 11562: 1998 [29] folgende Rauheitskenn-werte ermittelt:

Mittenrauwert Ra: Arithmetischer Mittelwert der Profi labweichungen des gefi lterten Rauheits-profi ls von der mittleren Linie innerhalb der Messstrecke.

Gemittelte Rautiefe Rz: Arithmetisches Mittel aus den Einzelrautiefen von fünf aneinandergrenzenden Einzelmessstrecken des gefi lterten Profi ls.

Als Ergebnis sind die Mittel-werte M und Standardabwei-chungen s der Rauheits-Kenn-werte aus jeweils 5 Messstrecken (MD und CD) sowie der Gesamt-rauheitswert in Tab. 9 zusam-mengefasst:

3.2.7.3 Bestimmung der Oberfl ächenspannung und Polarität

Die Bestimmung der Ober-fl ächenspannung der Karton-vorderseiten erfolgte nach der Randwinkelmethode gemäß PTS-Methode PTS-PP:103/85

Abb. 27: Variation 6 – Probedrucke mit 3 Anpressdrücken (AD1 bis 3),Druckprozess in CD, Spaltarbeitsprüfung in MD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

AD 1: 200 N/4cm

AD 2: 600 N/4cm

AD 3: 1200 N/4cm

5 18b1 152 4 199


FZ FAM FNM DG DF AD

Variation Beschreibung [Inko] [ml] [%] [m/s] [µm] [N/4cm]

V13 Rupftest-farben

6,110,412,4

0,2 0 1,5 3 800

V24 Farbauftrags-mengen

8,7

0,100,150,200,25

0 1,5 3 800

V32 Feuchtmittel und -mengen

8,7 0,2

1/151/302/152/30

1,5 3 800

V44 Druckge-schwindigkeiten

8,7 0,2 0

1,52,53,54,5

3 800

V5 2 Druckformen 8,7 0,2 0 1,524

800

V6 3 Anpressdrücke 8,7 0,2 0 1,5 32006001200

Tab. 7: Versuchsprogramm an der Labor-Probedruckmaschine.

FZ: Farbzügigkeit; DG: Druckgeschwindigkeit; FAM: Farbauftragsmenge; AD: Anpressdruck; FMM: Feuchtmittel und –menge; DF: Druckform.

Muster

Berstfestigkeit nach Mullen [kPa]

Vorderseite Rückseite

M s M s

1 737 35 646 43

2 374 15 361 14

4 573 47 604 35

5 819 37 944 55

15 509 38 571 22

18b 560 49 639 36

19 767 31 789 55

Tab. 8: Berstfestigkeit.


MusterRa Rz Gesamt

M s M s Ra Rz

1 md 0,63 ± 0,05 3,19 ± 0,32 0,70 3,42

cd 0,76 ± 0,10 3,65 ± 0,42

2 md 1,26 ± 0,25 5,02 ± 0,49 1,34 5,52

cd 1,41 ± 0,22 6,02 ± 0,68

4 md 1,32 ± 0,14 5,40 ± 0,48 1,33 5,43

cd 1,34 ± 0,16 5,46 ± 0,31

5 md 1,25 ± 0,21 5,39 ± 0,55 1,34 5,65

cd 1,42 ± 0,24 5,91 ± 0,52

9 md 1,25 ± 0,23 4,68 ± 0,41 1,26 5,17

cd 1,26 ± 0,14 5,66 ± 0,63

15 md 1,42 ± 0,19 6,73 ± 0,65 1,48 6,77

cd 1,53 ± 0,26 6,81 ± 0,68

18b md 0,71 ± 0,11 3,20 ± 0,29 0,73 3,42

cd 0,74 ± 0,09 3,63 ± 0,23

19 md 3,04 ± 0,36 12,20 ± 1,19 3,18 13,90

cd 3,31 ± 0,38 15,59 ± 2,04

Tab. 9: Rauheit.

Muster

Randwinkel (°) für PrüfflüssigkeitOberflächen-

spannungPolarität

Wasser Formamid

M M mN/m %

1 106,1 90,6 19,2 26

2 106,2 90,4 19,3 25

4 106,3 84,0 24,1 10

5 104,9 86,6 21,3 20

9 91,0 59,8 37,4 15

15 81,7 65,8 32,1 43

18b 91,2 74,5 27,0 36

19 102,0 76,6 28,3 10

Tab. 10: Oberfl ächenspannung und Polarität.


– mit Wasser und Formamid als Prüffl üssigkeiten – mit Hil-fe eines Randwinkelmessgeräts „FIBRO DAT 1100“ der Fa. Fibro System AB, Schweden. Angege-ben sind die Mittelwerte M der Randwinkel aus je 10 Einzelmes-sungen. Die Oberfl ächenspan-nungen und Polaritäten wurden aus den Mittelwerten der Rand-winkelmessungen nach der Me-thode der harmonischen Mitte-lung errechnet (Tab. 10).

3.2.8 KorrelationsanalyseDie Korrelationskoeffi zienten

wurden mit dem Tabellenkal-kulationsprogramm Excel unter Nutzung der Analyse-Funktion „Korrelation“ ermittelt. Bei der Analyse wurde jeder Faktor (Kartoneigenschaften, Druck-parameter, Spaltarbeiten) mit jedem anderen Faktor in der vorgegebenen Daten-Matrix bi-lateral korreliert und dabei der Korrelationskoeffi zient ermit-telt. So war es möglich, z. B. den Zusammenhang von 2 willkür-lichen Kartonkennwerten un-tereinander als auch zwischen jedem Kartonkennwert und der Zielgröße „Spaltarbeit“ zu ana-lysieren. Wechselwirkungen von 2 oder mehr Einfl ussgrößen (Kar-tonkennwerte, Druckparameter) auf die Zielgröße (Spaltarbeit) wurde hierbei nicht untersucht. Der Korrelationskoeffi zient wird für zwei Variablen (hier: x und y) nach der folgenden Formel be-rechnet:

Der Wertebereich der Korre-lationskoeffi zienten geht von -1 bis +1, wobei r = 0 darauf hin-weist, dass die Variablen sta-tistisch unabhängig voneinan-der sind. r = -1 weist auf eine perfekte negative und r = +1 auf eine perfekte positive Kor-relation hin. Dabei sollte man beachten, dass nur in diesen Grenzfällen (r = ± 1) ein linearer Zusammenhang zwischen zwei Variablen besteht. Anhand der Korrelationsanalyse und den ermittelten Korrelationskoef-fi zienten wurden die Einfl uss-größen, die mit der Zielgröße die höchste Korrelation bilden, ermittelt. Im Folgenden sind die Tabellen mit den Korrelations-koeffi zienten aus verschiedenen Ansätzen dargestellt.

Im ersten Ansatz wurden die Spaltarbeiten von Kartonpro-ben, die unter Variation der Farbzügigkeit (FZ), der Farbauf-tragsmengen (FAM) und der Druckgeschwindigkeit (DG) mit der Labor-Probedruckmaschine bedruckt wurden, mit den phy-sikalischen Karton-Kennwerten (Eigenschaften der unbedruck-ten Kartonmuster) korreliert. Die ermittelten Korrelationsko-effi zienten sind in Tab. 11 auf-gelistet.

Die höchsten Werte ergeben sich für Spaltfestigkeit nach dem Bedrucken und Biegesteifi g-keit, Dicke und Bruchkraft. Eine

Korrelation zur Farbzügigkeit, Farbauftragmenge und Druck-geschwindigkeit konnte nicht festgestellt werden.

Ein hoher Korrelationskoeffi -zient besteht erwartungsgemäß zwischen Spaltarbeit vor und nach dem Druck.

Anschließend wurde die Kor-relationsanalyse für die beiden Kartonsorten GC und GD jeweils getrennt wiederholt (Tab. 12 und Tab. 13):

Die höchsten Werte für GC-Kartons zeigen sich bei fl ächen-bezogener Masse , Biegesteifi g-keit, Berstfestigkeit, Bruchkraft und Feuchtdehnung. Hier kann aber nur von Tendenzen ausge-gangen werden, da die Korrela-tionswerte nicht sehr hoch sind. Die Korrelation mit der Farb-zügigkeit, Farbauftragsmenge ist sehr gering. Bezüglich der Druckgeschwindigkeit konnte ein Wert von -0,6 festgestellt werden.

Bei den GD-Kartons korrelie-ren die Probedruckparameter nicht. Die Anzahl der physika-lischen Kartoneigenschaften, die in der Korrelation mit der Spaltfestigkeit nach dem Druck höhere Werte liefern ist größer als bei GC-Kartons. Die größten Werte liefern hier fl ächenbe-zogene Masse, Dicke, Rauheit, Biegesteifi gkeit, Bruchkraft und Feuchtdehnung.

Aufgrund der niedrigen Kor-relationskoeffi zienten zwischen Farbzügigkeit bzw. Farbauf-tragsmengen und den gemes-senen Spaltarbeiten wurde die Korrelationsanalyse nochmals wiederholt, wobei nur noch die Variation der Druckgeschwin-digkeit (DG) bei allen Kartons, sowie separat für GC- und GD-Kartons berücksichtigt wurde.

Bei der Berücksichtigung al-ler Kartonmuster zeigt sich bei der Druckgeschwindigkeit keine Korrelation.

r =[uv]

[uu][vv]

[uv] =1

N{ (xi-x) (yj-y) }

N

i,j=1

empirischer Korrelationskoeffi zient

Dabei gilt u.a.:

[25]

[25]


Spaltarbeitswerte der bedruckten Kartons

Karton-Kennwerte Spaltarbeit (MD) Spaltarbeit (CD) Spaltarbeit (Gesamt)

Kartonsorte (GC od. GD)

0,44 0,37 0,41

Flächenbezogene Masse

-0,31 -0,38 -0,35

Dicke -0,55 -0,59 -0,58

spezifisches Volumen -0,45 -0,37 -0,41

Rauheitskennwert Ra* -0,26 -0,33 -0,30

Rauheitskennwert Rz** -0,28 -0,34 -0,32

Oberflächenspannung 0,29 0,27 0,28

Oberflächenpolarität 0,22 0,32 0,27

Biegesteifigkeit (MD) -0,40 -0,43 -0,42

Biegesteifigkeit (CD) -0,54 -0,58 -0,56

Berstfestigkeit (Vorderseite)

-0,36 -0,36 -0,36

Berstfestigkeit (Rückseite)

-0,19 -0,21 -0,21

Berstfestigkeit (Gesamt)

-0,28 -0,29 -0,29

Spaltwiderstand 0,85 0,78 0,82

Spaltarbeit (MD) 0,92 0,88 0,91

Spaltarbeit (CD) 0,91 0,86 0,89

Spaltarbeit (Gesamt) 0,92 0,87 0,90

E-Modul (MD) 0,26 0,25 0,26

E-Modul (CD) 0,11 0,07 0,09

Bruchkraft (MD) -0,36 -0,40 -0,38

Bruchkraft (CD) -0,59 -0,62 -0,61

Bruchdehnung (MD) -0,01 0,01 0,00

Bruchdehnung (CD) -0,31 -0,26 -0,28

Feuchtdehnung (MD) 0,06 0,00 0,03

Feuchtdehnung (CD) 0,03 -0,05 -0,01

Probedruck-Parameter

Farbzügigkeit 0,03 -0,02 0,01

Farbauftragsmenge -0,08 -0,07 -0,07

Druckgeschwindigkeit -0,19 -0,24 -0,22

Tab. 11: Korrelationsanalyse der Kartoneigenschaften (bedruckt/unbedruckt) mit den relevanten Probedruckparametern.




Flächenbezogene Masse -0,54 -0,42 -0,50

Dicke -0,54 -0,41 -0,49


Rauheitskennwert Ra 0,61 0,45 0,55

Rauheitskennwert Rz 0,59 0,44 0,54

Oberflächenspannung 0,06 -0,07 -0,01

Oberflächenpolarität 0,00 -0,11 -0,06




-0,72 -0,46 -0,61


-0,60 -0,44 -0,54

Berstfestigkeit (Gesamt) -0,68 -0,47 -0,60


Spaltarbeit (MD) -0,18 -0,22 -0,21



E-Modul (MD) 0,14 0,20 0,18

E-Modul (CD) -0,45 -0,20 -0,33

Bruchkraft (MD) -0,55 -0,42 -0,50

Bruchkraft (CD) -0,66 -0,46 -0,58

Bruchdehnung (MD) -0,68 -0,47 -0,60


Feuchtdehnung (MD) -0,69 -0,47 -0,60

Feuchtdehnung (CD) 0,26 0,27 0,28


Farbzügigkeit 0,11 0,19 0,16



Tab. 12: Korrelationsanalyse der GC-Kartoneigenschaften (bedruckt/unbedruckt) mit den relevanten Probedruckparametern.





Dicke -0,84 -0,84 -0,85

spezifisches Volumen -0,08 0,00 -0,04

Rauheitskennwert Ra -0,81 -0,80 -0,81

Rauheitskennwert Rz -0,79 -0,77 -0,79






-0,76 -0,74 -0,76


-0,63 -0,59 -0,61






E-Modul (MD) 0,05 0,15 0,10

E-Modul (CD) -0,28 -0,32 -0,30

Bruchkraft (MD) -0,83 -0,80 -0,83

Bruchkraft (CD) -0,91 -0,91 -0,92




Feuchtdehnung (CD) -0,88 -0,88 -0,89


Farbzügigkeit 0,03 -0,06 -0,01



Tab. 13: Korrelationsanalyse der GD-Kartoneigenschaften (bedruckt/unbedruckt) mit den relevanten Probedruckparametern.




Kartonsorte (GC od. GD) 0,42 0,35 0,39


Dicke -0,59 -0,62 -0,61








Berstfestigkeit (Vorderseite) -0,38 -0,35 -0,37

Berstfestigkeit (Rückseite) -0,20 -0,19 -0,20






E-Modul (MD) 0,25 0,29 0,27

E-Modul (CD) 0,06 0,05 0,06

Bruchkraft (MD) -0,37 -0,37 -0,38

Bruchkraft (CD) -0,62 -0,62 -0,62

Bruchdehnung (MD) 0,03 0,12 0,08


Feuchtdehnung (MD) 0,03 -0,05 -0,01




Tab. 14: Korrelationsanalyse der Kartoneigenschaften aller Kartons (bedruckt/unbedruckt) mit der Druckgeschwindigkeit.

Bei Betrachtung von GC-Kar-tons erhält man einen Korrelati-onskoeffi zienten von -0,59. Die-ser Wert ist nicht als hoch einzu-stufen, zeigt aber eine Tendenz auf.

Bei Analyse der Druckge-schwindigkeit mit der Spaltfe-

stigkeit bei GD-Kartons lässt sich keine Korrelation feststellen.

Es gibt Kartonsorten, die trotz geringer Spaltfestigkeit nicht auf die Variation drucktech-nischer Parameter reagieren. Im Gegensatz dazu existieren Sorten, die trotz hoher Spaltfe-

stigkeit stark auf die Variation drucktechnischer Parameter re-agieren.

Spaltfestigkeit allein ist nicht geeignet, kritische Kartonsor-ten zu erkennen. Offenbar ist das Kartonverhalten in der Druckmaschine Ergebnis eines





Dicke -0,51 -0,39 -0,49


Rauheitskennwert Ra 0,63 0,42 0,58

Rauheitskennwert Rz 0,60 0,42 0,56

Oberflächenspannung 0,29 -0,05 0,14

Oberflächenpolarität 0,20 -0,09 0,07







Spaltarbeit (MD) -0,02 -0,20 -0,11



E-Modul (MD) -0,03 0,17 0,07

E-Modul (CD) -0,71 -0,21 -0,51

Bruchkraft (MD) -0,53 -0,39 -0,51

Bruchkraft (CD) -0,71 -0,44 -0,63




Feuchtdehnung (CD) 0,13 0,24 0,20



Tab. 15: Korrelationsanalyse der GC-Kartoneigenschaften (bedruckt/unbedruckt) mit der Druckgeschwindigkeit.

komplexen Zusammenwirkens mehrerer Kartoneigenschaften. Diese Zusammenhänge konnten auch durch diese aufwändige Datenanalyse nicht befriedigend herausgearbeitet werden.

In der Korrelationsanalyse werden die Ergebnisse aus den Probedrucken mit anschließen-

der Spaltarbeitsmessung bestä-tigt. Es konnten keine signifi kan-ten Korrelationen festgestellt werden. Höhere Korrelations-werte lassen sich bei der Diffe-renzierung zwischen GC-Kar-tons und GD-Kartons erreichen, wobei sich auch hier kein zufrie-denstellendes Ergebnis zeigte.

Der Korrelationskoeffi zient zwischen Rauheit und Spaltar-beit ist bei GC- und GD-Karton gegenläufi g (Ra: GD –0,78, GC +0,58; Rz: GD: -0,75, GC +0,56). Es konnte keine Erklärung für dieses Phänomen gefunden werden.





Dicke -0,88 -0,88 -0,89

spezifisches Volumen -0,01 0,13 0,06














E-Modul (MD) 0,16 0,35 0,26

E-Modul (CD) -0,30 -0,36 -0,33

Bruchkraft (MD) -0,83 -0,77 -0,81

Bruchkraft (CD) -0,92 -0,90 -0,92







Tab. 16: Korrelationsanalyse der GD-Kartoneigenschaften (bedruckt/unbedruckt) mit der Druckgeschwindigkeit.


Abb. 28: Variation 1’ – Probedrucke mit 3 Rupftestfarben (F1, F2, F3),Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

Abb. 29: Variation 1’ – Probedrucke mit 3 Rupftestfarben (F1, F2, F3),Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

Farbe 1

Farbe 2

Farbe 3

51 2 43

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

Farbe 1

Farbe 2

Farbe 3

51 2 43


3.2.9 Probedrucke mit den Druckversuchkartons

Aufgrund der begrenzten Menge des Mustermaterials aus den ersten Probedruckver-suchen, war es notwendig, für den Druckversuch auf der Pra-xis-Offsetmaschine ausreichend neues Material zu besorgen. An

diesen fünf (neuen) Kartons (die Grundeigenschaften dieser Kar-tons sind unter 3.3.3.2 zusam-mengestellt) wurden wiederum Probedrucke angefertigt, wobei nur noch die Farbzügigkeit (Va-riation 1’), Farbauftragsmenge (Variation 2’) und die Druckge-schwindigkeit (Variation 4’) vari-

iert wurden. Bei diesen Einstel-lungen waren in der ersten Pro-bedruckserie die größten Unter-schiede festgestellt worden.

Die folgenden Diagramme zei-gen die Auswertungen dieser Versuche.

Bei der Variation der Farb-zügigkeit reagieren die Kar-

Abb. 30: Variation 2’ – Probedrucke mit 4 Farbauftragsmengen (FAM 1 bis 4),Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

Abb. 31: Variation 2’ – Probedrucke mit 4 Farbauftragsmengen (FAM 1 bis 4),Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

5 18b1 152 4 199

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

5 18b1 152 4 199


tons nur sehr gering. Lediglich Muster 4 (Druck in MD) und Mu-ster 3 (Druck in CD) zeigen den erwarteten Abfall der Spaltfe-stigkeit mit steigender Farb-zügigkeit in kontinuierlicher Abstufung. Die Abnahme der Spaltfestigkeit bewegt sich aber nur in einem kleinen Bereich, bei Muster 4 (Druck in MD) bewegt sich der Unterschied in der Grö-

ßenordnung der Schwankungs-toleranz.

Die Variation der Farbauf-tragsmenge brachte keine sig-nifi kanten Unterschiede. Die Messwerte bewegen sich alle auf ähnlichem Niveau. Ein allge-meiner Trend ist nicht auszuma-chen.

Wie aus den Diagrammen er-sichtlich ist, reagierten die Kar-

tons bezüglich ihrer Spaltfe-stigkeit nicht in der erwarteten abgestuften Weise auf die ver-änderte Druckgeschwindigkeit. Nur bei Muster 3 (Druck in MD) lässt sich eine leichtes Absinken der Spaltfestigkeit erkennen, al-lerdings wieder im Bereich der Standardabweichung.

Auch bei den neuen Mustern lassen sich keine signifi kanten

Abb. 32: Variation 4’ – Probedrucke mit 4 Druckgeschwindigkeiten (DG 1 bis 4),Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

Abb. 33: Variation 4’ – Probedrucke mit 4 Druckgeschwindigkeiten (DG 1 bis 4),Druckprozess in MD, Spaltarbeitsprüfung in CD.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

DG 1: 1,5 m/s

DG 2: 2,5 m/s

DG 3: 3,5 m/s

DG 4: 4,5 m/s

51 2 43

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

DG 1: 1,5 m/s

DG 2: 2,5 m/s

DG 3: 3,5 m/s

DG 4: 4,5 m/s

51 2 43


Reaktionen auf die Variationen der einzelnen Druckparameter feststellen. Die Unterschiede fallen sogar noch etwas gerin-ger als bei den Kartons der er-sten Serie aus. Alle getesteten Kartons zeigen entgegen der Erwartung keine oder nur sehr geringe Reaktion auf die ver-schiedenen Parameter. Bei bei-den Serien zeigte die verän-derte Farbzügigkeit und gestei-gerte Druckgeschwindigkeit am ehesten die erwarteten Unter-schiede, wenn auch nur in sehr geringem Maße.

3.3 Druckversuche im Technikum

3.3.1 AllgemeinesDie Druckversuche wurden in

der Druckerei der FOGRA mit der dort vorhandenen 5-Far-ben-Produktionsmaschine (HEI-DELBERG Speedmaster SM 74-5) durchgeführt. Die Test-Druck-form wurde so angelegt, dass sie u. a. auch gerasterte Bild-elemente aufwies. Basis für die Festlegungen der Druckbedin-gungen sind die beschriebenen Laborversuche und die daraus abgeleiteten Erkenntnisse unter Berücksichtigung der besonde-ren Erfahrungen auf drucktech-nischer und papiertechnischer Seite bei den beiden Kooperati-onspartnern (FOGRA und PTS).

Unter anderem wurden in den Druckversuchen die Auswir-kungen der Farbzügigkeit unter-sucht, wobei diese durch Einsatz zweier verschiedener Druckfar-bensätze variiert wurde. Ziel war es, herauszufi nden, inwie-weit sich durch Verringerung der Farbzügigkeit die Toleranz gegenüber der Neigung des Kartons zum Spalten erhöht und mit welchen Auswirkungen auf die Druckgüte zu rechnen ist. Be-sonderes Gewicht wurde auf die Erfassung von drucktechnischen

Einfl ussgrößen gelegt, die unter Laborbedingungen nicht zu er-fassen sind. Hierzu gehört z. B. die Druckfarbenbelegung. Beim Druck von leichten Rastertonfl ä-chen sind in den Druckereien nur relativ selten Spaltvorgänge in Falt schachtel kartons beobach-tet worden. Durch die nur parti-elle Bedeckung der Kartonober-fl äche mit Druckfarben treten in Verbindung mit den Zugkräf-ten der Druckfarben am Druck-tuch geringere Belastungen in der z-Richtung des Kartons auf als bei hoher Farbbelegung oder dem Druck von Vollfl ächen.

Die Gesamt-Schichtdicke der auf den Karton übertragenen Druckfarbe lässt sich durch re-produktionstechnische Maß-nahmen wie einer Unterfarben-reduzierung (UCR) oder einem Unbuntaufbau der Bilder beein-fl ussen. Es besteht somit even-tuell die Möglichkeit, zu einer Verminderung in der Wirkung der Farbzügigkeit und somit dem Anhaften der Kartonober-fl ächen an den Drucktüchern durch Reduzierung in den Farb-schichtdicken zu kommen. Wei-terhin kann eventuell das Mit-laufverhalten (Kleben des Bo-gens am Drucktuch) durch diese Maßnahmen günstig beeinfl usst und eine Reduzierung der Ab-zugskräfte insgesamt erreicht werden.

Für Druckversuche in der Ver-suchsdruckerei der FOGRA wur-de folglich eine Druckform ent-wickelt, bei der über das Format verteilt gleiche Abbildungen vorhanden sind, die konventio-nell, mit UCR und unbunt auf-gebaut waren. Neben diesen Abbildungen sind weiterhin Vollfl ächen der Grundfarben und deren Übereinanderdrucke vorhanden. Das Forschungsvor-haben hatte das Ziel, Informati-onen und Erkenntnisse über Kar-tonoberfl ächen bzw. -striche für

den Verpackungsdruck auf Falt-schachtelkarton zu fi nden, mit denen qualitativ hochwertige Drucke vorzugsweise unabhän-gig von der Art des eingesetzten Druckverfahrens möglich sind. Maßstab für die Qualitätsbewer-tung waren auch Faktoren, die die Verwendbarkeit bedruckten Kartons für die Herstellung von Faltschachteln (Weiterverarbei-tung) betreffen.

Während des Bedruckens der Kartons in der Praxis-Offsetma-schine wurden drucktechnische Parameter verändert, um zu unterschiedlichen Belastungen bzw. Beanspruchungen des Kartons zu kommen. Insgesamt wurden pro Bedruckstoff sieben Variationen durchgeführt:

1. Druckgeschwindigkeit 6000 Bogen/h



4. Erhöhung der Zylinder-beistellung um 0,02 mm

5. Erhöhung des Zylinder-beistellung um 0,05 mm

6. Verringerung der Feucht-mittelführung um 10 % gegenüber Normalstellung

7. Erhöhung der Feuchtmittel-führung um 20 % gegen-über Normalstellung

Ausgangspunkt für die Ver-änderung der Parameter war eine „Standardeinstellung“, d. h. Druckgeschwindigkeit von 6000 Bogen/h, normale Feucht-mittelführung und eine auf den Bedruckstoff eingestellte Zy-linderbeistellung. Von diesem Grundzustand aus wurden dann die verschiedenen Einstellungen „angefahren“.


3.3.2 Aufbau der TestformDie Testform war 4-farbig auf-

gebaut und enthielt neben den Grundfarben auch deren Zusam-mendruck. Ferner enthielt die Testform Bilder, welche mit ver-schiedenen Methoden separiert wurden. Zum Einsatz kamen ein konventioneller Buntaufbau so-wie UCR als auch GCR (Abb. 34).

Die einzelnen Tonwertsum-men der verschiedenen Bilder sind wie folgt gestaffelt:• Linkes UCR-Bild:

max. 240 %• Rechtes UCR-Bild:

max. 240 %• Linkes GCR-Bild:

max. 225 %• Rechtes GCR-Bild:

max. 270 %• „Standard Bild“:

max. 320 %

3.3.3 Verwendete Materialien

3.3.3.1 DruckfarbeDie Farbzügigkeit wurde durch

den Einsatz von zwei unter-schiedlich zügigen Farbsätzen variiert. Die verwendeten Druck-farbensätze waren folgende:

Farbsatz 1: Rapida Schwarz OD-FB

49 F 7000 Rapida Cyan OD-FB

43 F 7000 Rapida Magenta OD-FB

42 F 7000 Rapida Gelb OD-FB

41 F 7000

Farbsatz 2: Refl ecta Schwarz

49 FW 8000 Refl ecta Cyan OD-FB

43 FW 8000 Refl ecta Magenta OD-FB

42 FW 8000 Refl ecta Gelb OD-FB

41 FW 8000

ZügigkeitenDie Zügigkeitswerte der

Druckfarbensätze wurde mit dem prüfbau Inkomat 200 be-stimmt. Die Messparameter waren: Temperatur: 25 °C Messgeschwindigkeit:

200 m/min Verreibzeit: 20 s Messzeit: 2 min

Farbsatz 2 ist der Farbsatz, der die niedrigere Zügigkeit auf-weist. Dies machte sich auch in einer höheren Tonwertzunahme im Druck bemerkbar.

Abb. 34: Testform

Farbsatz Cyan [Inko]

Magenta[Inko]

Gelb[Inko]

Schwarz[Inko]

Mittelwert

Rapida 10,0 9,0 10,5 9,7 9,8

Reflecta 7,8 7,3 9,2 9,2 8,3 Tab. 17: Zügigkeiten


3.3.3.2 KartonsBedruckt wurden fünf Falt-

schachtelkartons unterschied-licher Hersteller: Karton 1:

350 g/m², 570 µm Dicke Karton 2:




300 g/m², 430 µm Dicke

Die Biegesteifi gkeitswerte der Kartons für den Druckversuch liegen im gleichen Bereich wie die Kartons in den Laborversu-chen (vgl. Tab. 2). Lediglich Mu-ster 5 aus den Laborversuchen weist eine deutlich höhere Bie-gesteifi gkeit auf (108,1 mNm).

Der Karton 1 aus dem Druck-versuch weist hohe, die Kartons 3, 4, 5 mittlere und Karton 2 niedrige Biegesteifi gkeitswerte auf.

Die Spaltarbeitswerte der Druckversuchkartons bewegen sich zwischen 126 J/m² und 236 J/m². Die Kartons liegen im Vergleich zu den Kartons der La-borversuche in einem mittleren Bereich. Dort lagen die Werte zwischen 101 J/m² und 302 J/m².

3.3.4 Spaltarbeitsmessungen an den bedruckten Kartons

Nach dem Druckversuch wur-de wiederum die Spaltfestigkeit an allen Vollfl ächen gemessen und darüber gemittelt.

Aufgrund der geringen Un-terschiede in den vorhergegan-genen Probedrucken wurde die Untersuchung auf die Kartons 1 und 4 beschränkt. Die Be-druckstoffe unterscheiden sich hinsichtlich ihres Spaltarbeits-niveaus im unbedruckten Zu-stand. Außerdem handelt es sich bei Karton 1 um einen GC-Kar-ton und bei Karton 4 um einen GD-Karton. Es sind in den nach-folgenden Abbildungen die ver-schiedenen Druckparameter ge-genübergestellt. Zusätzlich wur-de in den Farbsätzen (verschie-dene Zügigkeit) unterschieden.

Bei der Beurteilung der ver-schiedenen Bildaufbauarten wur-

de der zügigere Farbsatz „Ra-pida“ berücksichtigt. Zur Un-tersuchung des Einfl usses der verschiedenen Bildaufbauarten wurden die Druckvariationen ausgewählt, die die größten Belastungen auf den Karton in z-Richtung erwarten lassen. Untersucht wurden die Druck-bogen, die mit 10.000 Bogen/h und bei verringerter Feuchtmit-telführung (und somit erhöhter Farbzügigkeit) gedruckt wur-den.

Wie aus den Diagrammen (Abb. 35 und Abb. 36) ersichtlich ist, zeigten sich auch hier keine nennenswerten Veränderungen der Spaltfestigkeit durch den Druckprozess. Der Unterschied zum unbedruckten Karton liegt in der Größenordnung der Mes-sungenauigkeit. Auch zwischen den beiden Druckfarbensätzen (Rapida, Refl ecta) konnten bei Karton 4 keine nennenswerten Unterschiede festgestellt wer-den. Karton 1 zeigt überra-schenderweise bei Farbsatz „Ra-pida“ (höhere Zügigkeit) höhere Spaltwerte.

Die Unterschiede der verschie-denen Buntaufbauten sind bei 10.000 Bogen/h sehr gering (Abb. 37 und Abb. 38). Bei den Versuchen mit 10 % weniger Feucht mittel führung verhält sich Karton 1 erwartungsge-mäß, die Spaltarbeitswerte sind

Biegesteifigkeit längs [mNm]

Standardabweichunglängs

Biegesteifigkeit quer [mNm]

Standardabweichungquer

Karton 1 (GC1) 62,36 10,18 37,32 4,81

Karton 2 (GD2) 26,08 3,53 12,42 2,07

Karton 3 (GD2) 41,94 8,89 20,27 3,24

Karton 4 (GD2) 36,82 4,97 15,30 1,52

Karton 5 (GC1) 35,41 6,35 20,73 1,78

Spaltarbeit [J/m²]

Karton 1 (GC1) 136

Karton 2 (GD2) 236

Karton 3 (GD2) 236

Karton 4 (GD2) 203

Karton 5 (GC1) 126

Tab. 18: Biegesteifi gkeit der Kartons des Druckversuchs.

Tab. 19: Spaltarbeitswerte


Abb. 35: Druckversuch mit Karton 1 und zwei Druckfarbensätzen.

Abb. 36: Druckversuch mit Karton 4 und zwei Druckfarbensätzen.

0

50

100

150

200

250

300

350

Kartonmuster-Nr.

unbedr.

5 18b1 152 4 199

0

50

100

150

200

250

DG1 (6.000 B/h) DG2 (8.000 B/h) DG3 (10.000 B/h) Druck 1 (leicht erhöht) Druck 2 (stark erhöht) FM (-10%) FM (+20%)

Bedingungen (Druckversuche mit Karton 4)

unbedruckt Reflecta Rapida


Abb. 37: Vergleich der verschiedenen Buntaufbauten bei 10.000 Bogen/h mit Farbsatz Rapida.

Abb. 38: Vergleich der verschiedenen Buntaufbauten bei 10 % vrringerter Feuchtmittelführung mit Farbsatz Rapida.

0

50

100

150

200

250

300

Karton 1 Karton 4

Druck mit 10 % verringerter Feuchtmittelführung

max. 320% max. 240% max. 225%

0

50

100

150

200

250

300

Karton 1 Karton 4

Druck mit 10.000 Bogen/h

max. 320 % max. 240 % max. 225 %


bei UCR und GCR etwas höher als bei konventionellem Bild-aufbau (Abb. 37). Im Gegen-satz dazu verhält sich Karton 4 bei 10 %iger Reduzierung des Feuchtmittels entgegen der Er-wartung. Hier zeigt der konven-tionelle Bildaufbau die höchsten Spaltwerte (Abb. 38). Der Grund für dieses Verhalten ist in der hohen Standardabweichung der Messung und wahrscheinlich wiederum in der Inhomogenität des Mustermaterials zu suchen.

Somit kann gesagt werden, dass bei diesem Druckversuch die Einfl üsse der Druckparame-ter nicht herausgearbeitet wer-den konnten.

Dies liegt aller Wahrscheinlich-keit an der guten Qualität der eingesetzten Kartons.

Um den Einfl uss der einzelnen Parameter messen zu können, benötigt man Mustermaterial, welches durch den Druckprozess an die Grenze der Delamination gebracht wird. Nur dann sind die gemessenen Unterschiede groß genug, um eine Aussage über deren Einfl ussgröße zu treffen. Wie aus den vorhergegangen Di-agrammen ersichtlich ist, konn-te das hier eingesetzte Material nicht an diese Grenze gebracht werden. Es war im Zeitrahmen dieses Forschungsvorhabens nicht möglich, Mustermaterial mit hinreichend minderer Qua-lität in ausreichender Menge zu beschaffen.

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[19] Norm DIN 53121: 1996 Bestimmung der Biege-

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[20] Norm DIN EN ISO 1924-2: 1996

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Tastschnittverfahren – Regeln und Verfahren für die Beurteilung der Oberfl ächenbeschaffenheit

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Documents

Forschungsbericht FOGRA · Faltschachtelkarton Spaltfestigkeit Bogenoffsetdruck Verdruckbarkeit Das Projekt „Einﬂ uss der Spaltfestigkeit von Faltschach-telkartons auf die Verdruck-barkeitseigenschaften